[发明专利]一种交直流混联地铁供电系统及其协调控制方法

权利要求书

1.一种交直流混联地铁供电系统，其特征在于，包括10kV/35kV中压交流母线、380V低压交流母线、6kV中压直流母线、1.5kV直流母线、光伏发电模块、风力发电模块、储能模块、双向DC-DC变换器、双向AC-DC变换器、第一变压器和第二变压器；

所述10kV/35kV中压交流母线和城市电网连接；所述10kV/35kV中压交流母线通过第一变压器和双向AC-DC变换器与6kV中压直流母线连接；所述6kV中压直流母线通过双向DC-DC变换器和1.5kV直流母线连接；所述10kV/35kV中压交流母线通过第二变压器和380V低压交流母线连接；所述光伏发电模块、风力发电模块和储能模块均与6kV中压直流母线连接；

所述风力发电模块包括依次连接的直驱式风力发电机组、整流器和直直变换器；

所述直直变换器包括电感L3、电阻R2、变压器T2、电容C3-C4、反并联二极管VD6-VD9和开关管S6-S9；

所述电容C4的一端分别与整流器的第一输出端、开关管S6的集电极、反并联二极管VD6的负极、开关管S8的集电极和反并联二极管VD8的负极连接；所述电容C4的另一端分别与整流器的第二输出端、开关管S7的发射极、反并联二极管VD7的正极、开关管S9的发射极和反并联二极管VD9的正极连接；所述电感L3的一端分别与开关管S6的发射极、反并联二极管VD6的正极、开关管S7的集电极和反并联二极管VD7的负极连接；所述电感L3的另一端分别与变压器T2初级线圈的一端连接；所述变压器T2初级线圈的另一端分别与开关管S8的发射极、反并联二极管VD8的正极、开关管S9的集电极和反并联二极管VD9的负极连接；所述变压器T2次级线圈的一端分别与二极管D6的正极和二极管D7的负极连接，其另一端分别与二极管D8的正极和二极管D9的负极连接；所述电阻R2的一端分别与二极管D6的负极、二极管D8的负极和电容C3的一端连接，其另一端分别与二极管D7的正极、二极管D9的正极和电容C3的另一端连接；

所述储能模块包括蓄电池和双向Buck-Boost变换器；

所述双向Buck-Boost变换器包括电感L4、电阻R3、电容C5、开关管S10-S11和反并联二极管VD10-VD11；

所述电感L4的一端和蓄电池的一端连接，其另一端分别与开关管S10的集电极、反并联二极管VD10的负极、开关管S11的发射极和反并联二极管VD11的正极连接；所述开关管S11的集电极分别与反并联二极管VD11的负极、电容C5的一端和电阻R3的一端连接；所述电阻R3的另一端分别与电容C5的另一端、反并联二极管VD10的正极、开关管S10的发射极和蓄电池的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的交直流混联地铁供电系统，其特征在于，所述光伏发电模块包括光伏阵列和两级式升压电路；

所述两级式升压电路包括电感L1-L2、电阻R1、变压器T1、电容C1-C2、二极管D1-D4、反并联二极管VD1-VD5和开关管S1-S5；

所述电感L1的一端和光伏阵列连接，其另一端分别与二极管D5的正极、开关管S5的集电极和反并联二极管VD5的负极连接；所述二极管D5的负极分别与电容C1的一端、开关管S1的集电极、反并联二极管VD1的负极、开关管S3的集电极和反并联二极管VD3的负极连接；所述光伏阵列的另一端分别与开关管S5的发射极、反并联二极管VD5的正极、电容C1的另一端、开关管S2的发射极、反并联二极管VD2的正极、开关管S4的发射极和反并联二极管VD4的正极连接；所述电感L2的一端分别与开关管S1的发射极、反并联二极管VD1的正极、开关管S2的集电极和反并联二极管VD2的负极连接；所述电感L2的另一端分别与变压器T1初级线圈的一端连接；所述变压器T1初级线圈的另一端分别与开关管S3的发射极、反并联二极管VD3的正极、开关管S4的集电极和反并联二极管VD4的负极连接；所述变压器T1次级线圈的一端分别与二极管D1的正极和二极管D2的负极连接，其另一端分别与二极管D3的正极和二极管D4的负极连接；所述电阻R1的一端分别与二极管D1的负极、二极管D3的负极和电容C2的一端连接，其另一端分别与二极管D2的正极、二极管D4的正极和电容C2的一端连接。

3.一种交直流混联地铁供电系统的协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：设置交直流混联地铁供电系统中1.5kV直流母线的电压最大阈值和电压最小阈值；

S2：基于电压最大阈值和电压最小阈值，根据1.5kV直流母线的电压判断整体动态负荷发生变化时地铁列车的工况，并利用光伏发电模块、风力发电模块和储能模块进行协调控制；

所述步骤S2中，若整体动态负荷发生变化使1.5kV直流母线的电压超过电压最大阈值时，地铁列车处于再生制动工况，则将电能从1.5kV直流母线经双向DC-DC变换器流动到6kV中压直流母线，其中，交直流混联地铁供电系统分为两种工作状态，具体为：

第一工作状态：当储能模块容量未达到储能上限时，控制储能模块中的双向Buck-Boost变换器工作，使电能依次从1.5kV直流母线流动到6kV中压直流母线和储能模块，利用储能模块储存能量，双向AC-DC变换器处于待机状态；

第二工作状态：当储能模块容量已达到储能上限时，储能模块处于待机状态，控制双向AC-DC变换器工作在逆变状态，使电能从6kV中压直流母线向10kV/35kV中压交流母线流动；

所述步骤S2中，若整体动态负荷发生变化使1.5kV直流母线的电压低于最小阈值时，地铁列车处于牵引工况，则由1.5kV直流母线提供电能，其中，交直流混联地铁供电系统分为两种工作状态，具体为：

第三工作状态：当整体动态负荷所需功率大于光伏发电模块和风力发电模块提供的功率且储能模块容量未达到储能下限时，则双向Buck-Boost变换器、光伏发电模块和风力发电模块共同工作，使储能模块释放能量并与光伏发电模块和风力发电模块共同向整体动态负荷供电，且双向AC-DC变换器处于待机状态；

第四工作状态：当整体动态负荷所需功率大于光伏发电模块和风力发电模块能提供的功率且储能模块容量已达到储能下限时，则储能模块处于待机状态，双向AC-DC变换器处于整流状态，使电能依次由10kV/35kV中压交流母线向6kV中压直流母线和1.5kV直流母线中流动；

第五工作状态：当整体动态负荷所需功率等于光伏发电模块和风力发电模块提供的功率时，则光伏发电模块和风力发电模块向整体动态负荷供电，储能模块和双向AC-DC变换器均处于待机状态；

第六工作状态：当整体动态负荷所需功率小于光伏发电模块和风力发电模块提供的功率且储能模块容量未达到储能上限时，则双向Buck-Boost变换器工作，使未被整体动态负荷利用的能量向储能模块流动，储能模块存储能量，双向AC-DC变换器处于待机状态；

第七工作状态：当整体动态负荷所需功率小于光伏发电模块和风力发电模块提供的功率且储能模块容量已达到储能上限时，则双向AC-DC变换器处于逆变状态，使未被整体动态负荷利用的电能向10kV/35kV中压交流母线流动；

所述步骤S2中，当电压失压低于最小阈值时，利用光伏发电模块、风力发电模块和储能模块向6kV中压直流母线提供电能。