[发明专利]一种基于TAB变换器的地铁能量回馈供电系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于TAB变换器的地铁能量回馈供电系统及其控制方法。该系统通过三端口的TAB变换器引入UPS电池和超级电容组成的混合储能系统，实现了全部制动能量的吸收，减小了牵引直流网压波动和牵引网峰值功率，充分利用了站内闲置UPS，降低了储能装置造价；系统采用改进的下垂控制方法，实现了牵引网电压的有效控制以及系统源荷储之间功率的合理分配，同时实现了电池SOC的复位以及模块间电池的SOC均衡，使得电池对低频功率的平滑优势得到充分发挥，保障UPS应急功能不受影响，提高了系统的可用性和可靠性。

技术领域

本发明涉及城市轨道交通领域，具体说是一种基于TAB变换器的地铁能量回馈供电系统及其控制方法。

背景技术

随着城市轨道交通的快速发展，城市轨道交通系统的能量消耗越来越大，在能源短缺与环境恶化的双重问题下，改造传统地铁供电系统，提高地铁供电系统的能源利用率具有重要意义。

传统地铁供电系统主要由牵引网和动力照明网两部分构成，由所在区域变电站或地铁主变电所进行供电。目前牵引网侧直流母线主要通过牵引网经过不控多脉整流器获得，但由于多脉整流器只能实现功率单向流动，地铁在刹车过程中回馈的能量只能通过制动电阻耗散或由旁车吸收，造成了很大能量损失。同时，地铁较高的起动刹车功率对牵引变电站峰值功率提出了较高的要求。此外牵引网侧直流母线电压也由于多脉整流器较软的外特性会产生较大的电压波动。另一方面，配置给站内设备的不间断电源(UPS)常年处于浮充的工作状态，不能充分利用电源的储能功能。同时目前针对传统地铁供电系统直流母线电压的控制多需要列车的运行速度和位置工况，对系统通信要求较高，降低运行可靠性。因此对新型地铁能量回馈的供电系统及其控制方法的研究具有重要意义。

发明内容

针对现有技术上的不足，本发明的目的在于提供一种基于TAB变换器的地铁能量回馈供电系统及其控制方法，以提高地铁供电系统的能源利用率。

为解决上述问题，本发明提供一种基于TAB变换器的地铁能量回馈供电系统，包括：牵引网侧降压变压器、多脉整流器、PWM逆变器、混合储能系统、动力照明网侧降压变压器、牵引直流母线；

所述牵引网侧降压变压器的高压侧和接触网相连，低压侧和多脉整流器的输入端相连；多脉整流器的输出端与牵引直流母线相连；多脉整流器用以将牵引网电压降压整流后，连接至牵引直流母线；

所述PWM逆变器输入端与牵引网直流母线相连，输出端与牵引负载相连；用以为列车提供牵引动力；

所述动力照明网侧降压变压器的高压侧与动力照明网相连，用以降压引出动力照明网低压侧，低压侧用来为站内负载供电；

所述混合储能系统的分别与所述牵引直流母线、所述动力动力照明网侧降压变压器低压侧、站内负载相连。用以吸收列车刹车回馈能量，提高能源利用率，并使得牵引网和动力照明网能够互为备用，提高系统运行可靠性。

作为优选，所述混合储能系统包含若干混合储能模块，所述混合储能模块相互并联；每一混合储能模块分别与所述牵引直流母线、动力照明网侧变压器低压侧、站内负载相连。

作为优选，所述混合储能系统中的各混合储能模块完全相同。

作为优选，所述混合储能模块包括总能量管理器、超级电容、UPS电池；

所述综合能量管理器采用基于TAB变换器的三端口双向隔离DC/DC变换器(IBDC)，其输入端与牵引直流母线相连，输出端分别与超级电容、UPS电池储能侧输入端相连；

所述UPS电池的电源侧输入端与所述动力照明网侧降压变压器的低压侧相连。

本发明还提供一种基于TAB变换器的地铁能量回馈供电系统控制方法，所述方法包括：