[发明专利]一种双流制机车储能系统的控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种双流制机车储能系统的控制方法及系统，机车进入制动工况或切换工况时，通过牵引电机对超级电容器组的充电来实现再生制动能量的回收，机车进入牵引工况时，通过超级电容器组对直流侧电容的放电来为牵引电机提供牵引能量，大大提高了再生制动能量的利用率，减小了机车供电制式切换下直流侧电容电压的波动。同时，超级电容器组分别以充电电流指令值、放电电流指令值进行充电和放电，对超级电容器组进行充放电保护，避免了过充和过放，既能够提供一定功率输出，又保留有一定的吸收能量空间；将充电电流指令值和放电电流指令值限制在机车所有器件允许承受的范围内，避免了因过大的充放电电流对机车器件的损坏。

技术领域

本发明属于双流制机车控制技术领域，尤其涉及一种双流制机车储能系统的控制方法及系统。

背景技术

随着社会经济的发展，轨道交通是解决当前环境污染以及交通拥堵的最好的交通运输方式。轨道交通因其在运输任务和运行区间等方面的差异，存在多种形式以及多种供电电流制式的现状。

目前主要的轨道交通方式包括高速铁路、动车组、重载货运机车、轻轨、地铁车辆、单轨列车以及磁悬浮轨道交通，其中远距离、大功率的干线铁路运输通常采用交流供电制式。而距离相对较短的城市轨道交通，受绝缘尺寸、城市景观等限制，其供电电压等级不能太高，并且城市轨道运输主要侧重于旅客运输，载重和运行速度相对较低，普遍采用功率更低的直流供电制式。一般而言，不同供电制式的轨道交通运行方式是各自独立运行的。目前世界上牵引供电制式包括交流25kV/50Hz、15kV/16.7Hz以及直流3kV、1.5kV和750V。而多流制电力机车能在上述两种或者两种以上供电制式下实现不停车连续运行，不但可以减少换乘站的建立，降低投资成本，并且因乘客无需换乘，能大量减少乘客的换乘时间。

近年来，我国的高铁技术得到了飞速发展，- 随着我国高速铁路、城际铁路和城市轨道交通的稳步发展，三种轨道交通的互通互联问题已经出现。长期以来，由于我国铁路系统与城市轨道交通系统分别归属不同的运营部门，彼此独立运行，所以中国的电力机车均采用独立的供电制式，造成我国在多流制牵引传动系统方面的研究相对滞后。从长远发展考虑，我国必须加快研制具有自主知识产权的高性能多流制牵引传动系统，并需要攻克包括多流制机车供电制式切换时直流侧电容电压波动、机车能量利用率低等一系列关键技术难题。在地铁等轨道交通系统的运营成本中，电费占30％左右，电力消耗巨大。

双流制机车综合了直流供电制式下城轨列车起制动频繁，所产生的再生制动能量较大的特点，这部分再生制动能量约占总电能的15％，具有很大的节能空间与再利用价值。但是，现有双流制机车的这部分再生制动能量大部分都通过制动电阻消耗掉，这不仅造成能量浪费，还引起发热，造成传动系统温度上升，降低了系统的使用寿命。如果将再生制动电能回馈到牵引电网或者将其存储起来再应用于双流制机车，具有很大的商业前景；同时，也有望解决多流制机车供电制式切换时的电压波动问题，提高双流制机车运行的可靠性。

储能装置在国内外的轨道交通领域已有了一定的应用，根据储能装置的类型不同，可以分为蓄电池储能、飞轮储能、超级电容储能和混合储能等几种，而根据储能装置位置的不同可分为地面/置地式和车载式两种。超级电容具有功率密度高、充放电迅速的特点，能够与城轨列车的运行特性相匹配；而且其使用寿命长，后期的维护成本低；安全性和环保性也好。相对于蓄电池和飞轮储能，超级电容储能系统已经开始引入交流铁路牵引列车，并且取得了较为理想的效果。因此对于结合了直流城轨交通和交流铁路交通牵引传动系统的双流制机车来说，目前来这两种应用场合下都取得了不错效果的超级电容是更为合适的储能器件。