[发明专利]铁路轨道再生制动能量储存装置

说明书

技术领域：

本发明属于能量储存装置制造技术领域，涉及一种城市铁路轨道再生制动能量储存装置。

背景技术：

目前，在城市及铁路轨道交通工程中，直-交变压变频的传动方式已经普遍采用，列车制动逐渐向再生制动方面发展。列车在运行过程中，由于站点间距较短，列车起动、制动频繁，制动耗能相当巨大，地铁再生制动产生的反馈能量为牵引能量的30％以上。再生能量除少量被其它相邻列车吸收利用外，剩余部分主要被列车的吸收电阻或线路上的吸收电阻装置以发热的方式消耗吸收掉。据考察北京地铁750V直流供电电压在机车进站制动时可升到1000V以上，这是由于列车再生制动能量在直流电网上不能被相邻列车完全吸收造成的。当列车发车密度较低时，再生能量被其它车辆吸收的概率将大大降低。当列车发车间隔大于10min时，再生制动能量被吸收的概率几乎为零，这样绝大部分制动能量被车辆吸收电阻所吸收，变成热能并向四外散发。由于列车的制动主要发生在运行过程中，如果再生能量由车辆吸收电阻吸收，必将带来隧道和站台内的温升问题，同时也增加了站内环境控制装置的负担，造成大量的能源浪费，并使地铁的建设(冷却通风)费用和运行费用增加。现今国内铁路轨道交通在地面采用电阻吸收消耗装置处理列车运行过程中的再生能量，这不仅浪费能量，而且带来隧道和站台内的温升问题，同时也增加了站内空调通风装置的负担，同样使城轨的建设费用和运行费用增加。设计发明一种新型铁路电气轨道的能量储存装置以解决上述问题是现今地铁站点建设亟待解决的技术问题

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，寻求解决电气铁路的隧道和站台内的温升问题，降低站内环境控制装置的负担，减轻能源浪费，降低地铁及城际铁路的建设费用和运行费用。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括直流母线、预充电单元、电阻吸收单元、双向变换器单元、超级电容单元、蓄电池单元、逆变单元、超级电容、蓄电池和逆变器共十个单元或器件；直流母线直接通过断路器Q1与预充电单元的输入端连接，预充电单元的输出端与电阻吸收单元连接，电阻吸收单元的输出端对接双向变换器单元，双向变换器单元的输出端接入由超级电容组成的超级电容单元，超级电容单元输出端对接蓄电池单元，蓄电池单元的输出端对接由逆变器构成的逆变单元，各单元电连通构成一体式整机能量储存机构；预充电单元由电压传感器SV1和SV2、接触器KM1、KM2和KM3、电阻器R1和R2、电感器L1、电容器C和电流传感器SA2电连通组合构成；电阻吸收单元由三组等效绝缘栅双极晶体管(斩波器)串联吸收电阻后并联构成；双向变换器单元由绝缘栅双极晶体管(斩波器)IGBT1和IGBT2串联后通过串联接点连接的电感器L、电流传感器SA3和电阻器R电连通组成；超级电容单元由超级电容、绝缘栅双极晶体管(斩波器)IGBT3和电压传感器SV3电连通构成；蓄电池单元由蓄电池经开关K4与电压传感器SV4并联组成，其输出端通过串接的电流传感器SA4接入逆变器输入端。

本发明的电阻吸收单元根据各个传感器检测信号综合判断线网上是否有列车处于再生电制动状态，一旦确认列车处于再生制动状态并需要吸收能量时，斩波器立即投入工作，用电阻吸收能量，稳定直流母线电压不再上升，确保列车充分有效利用电制动；电阻吸收单元能在直流母线电压升高时有效的降低电压，保护器件；但电阻吸收是将再生制动能量以热量的形式消耗掉。

本发明的超级电容单元中的双向DC-DC变换器是该单元的重要组成部分，实现双象限运行，即变换器两端电压方向不变，但电流方向可以改变，在功能上相当于Boost变换器和Buck变换器的组合；主要工作在三个状态：列车牵引或加速时，变换器等效为升压斩波器，超级电容中的能量释放给直流母线，经逆变器提供给牵引电机；列车惰行时，变换器停止工作，处于备用保持状态；列车制动或减速时，牵引电机向直流电网反馈能量，使线网电压抬高，变换器动作，等效为降压斩波器，把电网上的多余能量传递给超级电容；通过以上三个状态的切换，使直流电网电压避免大范围波动，改善供电质量，将列车制动能量循环利用，节约电能。