本发明涉及再生电能回收技术领域，具体为一种基于混合储能的再生电能回收利用实验系统。
背景技术：
轨道交通、电梯等目前普遍采用直流供电和变压变频相结合的方式，提供电机所需要的电能。当处于制动状态时，电机可将机械能转化为电能、并通过变压变频逆变器将电能回馈至直流供电网，该部分能量一般可占系统耗能的20％以上。回馈电能会抬升直流母线电压、影响系统安全运行，传统方式是采用电阻耗散方式以抑制电压上升，但这造成了再生电能的极大浪费。
采用储能系统、尤其是混合储能系统实现回馈电能的回收利用是实现系统节能的有效方式。然而，由于再生电能具有高功率、大能量的特点，常用的控制策略易于导致储能系统存在较大的容量冗余，经济性较差，难以有效推广到实际应用中。因此，以一定经济性指标下设置的储能系统参数为基础、实现电能在混合储能系统中的优化分配控制，是储能回收系统应用中需要解决的关键问题。考虑到混合储能系统控制策略的应用涉及不同工况下再生电能的功率/能量等级、储能系统蓄能释能阈值设置等复杂的工程问题，搭建物理仿真平台将是实现控制算法验证以及混合储能系统有效应用的基本前提。
技术实现要素：
本发明的目的即在于提供一种基于混合储能的再生电能回收利用实验系统，以实现再生电能模拟及混合储能系统控制策略的验证。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种基于混合储能的再生电能回收利用实验系统，包括直流电源、再生电能模拟系统、混合储能系统、直流制动电阻柜、上位机控制系统；所述的直流电源的输入侧连接三相市电，输出侧形成直流母线的连接平台；所述的再生电能模拟系统包括第一双向dc/dc变换器、第一锂电池储能系统，所述的第一双向dc/dc变换器的高压侧与直流母线的两端连接、其低压侧与第一锂电池储能系统连接；所述的混合储能系统包括第二双向dc/dc变换器、第二锂电池储能系统、第三双向dc/dc变换器、超级电容储能系统；所述的第二双向dc/dc变换器的高压侧与直流母线的两端连接、其低压侧与第二锂电池储能系统连接；所述的第三双向dc/dc变换器的高压侧与直流母线的两端连接、其低压侧与超级电容储能系统连接；所述的直流制动电阻柜与直流母线的两端连接；所述的上位机控制系统分别与第一双向dc/dc变换器、第二双向dc/dc变换器、第三双向dc/dc变换器相连实现通讯。
作为上述方案的改进，所述的直流制动电阻柜包括制动电阻和开关电路，所述的制动电阻和开关电路串联后与直流母线两端连接。
作为上述方案的改进，所述的直流电源为单向电源，其用于将三相市电单向流向直流母线，直流母线的能量不可回馈至三相市电。
作为上述方案的改进，所述的上位机控制系统可通过软件获得输出电流波形，并以此设定第一双向dc/dc变换器的输出电流大小和方向，通过第一双向dc/dc变换器控制第一锂电池储能系统中能量的存储释放。第一双向dc/dc变换器和第一锂电池储能系统用于模拟轨道交通车辆、电梯曳引机系统等，当上位机系统中设置输出电流为负时，直流母线通过第一双向dc/dc变换器向第一锂电池储能系统充电，可模拟车辆或者曳引机的牵引状态；当上位机系统中设置输出电流为正时，第一锂电池储能系统通过第一双向dc/dc变换器向直流母线放电，可模拟车辆或者曳引机的制动状态，此时即向直流母线回馈再生电能。
作为上述方案的改进，所述的第二双向dc/dc变换器和第三双向dc/dc变换器作为储能变流器使用，通过设定第二双向dc/dc变换器充放电的启动电压实现第二锂电池储能系统的存储释放；通过设定第三双向dc/dc变换器充放电的启动电压实现超级电容储能系统的存储释放；当第二双向dc/dc变换器和第三双向dc/dc变换器检测到直流母线电压大于设定值时，控制第二锂电池储能系统和超级电容储能系统并网充电；当检测到直流母线电压小于设定值时，分别控制第二锂电池储能系统和超级电容储能系统并网放电；第二双向dc/dc变换器和第三双向dc/dc变换器的充电启动电压可独立设置，且充电模式和放电模式的启动电压可设置为不同数值。
作为上述方案的改进，所述直流制动电阻柜用于模拟轨道交通供电系统、电梯供电系统自带的制动电阻器，在直流母线电压高于安全上限时自动投切使用，以保证系统的安全运行，当检测到直流母线电压大于设定值时，直流制动电阻柜启动进行分流，直至直流母线电压小于设定值，直流制动电阻柜停止消耗电能并待机。
本发明具有以下有益效果：采用双向dc/dc变换器和锂电池储能系统模拟轨道车辆、电梯曳引机等，减少了传统小电机模拟方式所带来的不确定因素，有效提高了系统运行的稳定性；同时通过上位机控制系统连接轨道交通、电梯等直流供电网能量流动仿真软件，可获得再生电能的输出波形并以此设置输出电流大小和方向，精确地模拟了回馈电能的功率/能量等级，更切合实际分析的需要。另一方面，可以综合设置混合储能系统充放电电压阈值、制动电阻启停电压阈值，对控制策略在实际系统的控制效果具有较好的验证作用。
附图说明
图1是本发明的基于混合储能的再生电能回收利用实验系统的拓扑结构图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于混合储能的再生电能回收利用实验系统，包括直流电源10，第一双向dc/dc变换器201，第二双向dc/dc变换器202，第三双向dc/dc变换器203，第一锂电池储能系统301，第二锂电池储能系统302，超级电容储能系统303，直流制动电阻柜40，上位机控制系统50。
所述直流电源10输入侧连接三相220v市电，在市电稳定情况下，输出侧为直流538v的直流母线平台；直流电源10为单向电源，电能由三相市电通过直流电源10流向直流母线，直流母线能量不可回馈至三相市电。所述第一双向dc/dc变换器201、第二双向dc/dc变换器202、第三双向dc/dc变换器203的额定功率选择为5kw，能量可以双向流动。所述锂电池储能系统选择250v22ah的动力电池组，工作电压范围在218.4v～284.7v之间，最大充放电倍率为2c。所述超级电容储能系统303选择5kw*8s的超级电容器组，工作电压范围在190v～250v之间，最大充放电电流为26.3a。所述直流制动电阻柜40选择额定功率为5kw直流电阻及开关电路，短时最大功率可达到2倍额定功率。
所述第一双向dc/dc变换器201和第一锂电池储能系统301组成再生电能模拟系统，第一双向dc/dc变换器201的高压侧连接于直流母线两端、低压侧连接第一锂电池储能系统301；所述第二双向dc/dc变换器202、第二锂电池储能系统302、第三双向dc/dc变换器203、超级电容储能系统303组成混合储能系统，第二双向dc/dc变换器202的高压侧连接于直流母线两端、低压侧连接第二锂电池储能系统302，第三双向dc/dc变换器203的高压侧连接于直流母线两端、低压侧连接超级电容储能系统303；所述直流制动电阻柜40连接于直流母线两端。
所述上位机控制系统50分别与第一双向dc/dc变换器201、第二双向dc/dc变换器202、第三双向dc/dc变换器203相连实现通讯，通讯协议采用485协议。
所述上位机控制系统50可通过仿真软件、文本文件等获得再生电能的输出电流波形，并以此设定第一双向dc/dc变换器201的输出电流大小和方向，通过第一双向dc/dc变换器201控制第一锂电池储能系统301中能量的存储释放。当上位机系统中得到的输出电流为负时，直流母线通过第一双向dc/dc变换器201向第一锂电池储能系统301充电，可模拟车辆或者曳引机的牵引状态；当上位机系统中得到的输出电流为正时，第一锂电池储能系统301通过第一双向dc/dc变换器201向直流母线放电，可模拟车辆或者曳引机的制动状态，此时即向直流母线回馈再生电能。
所述第二双向dc/dc变换器202和第三双向dc/dc变换器203作为储能变流器使用，结合第二锂电池储能系统302和超级电容储能系统303构成混合储能系统，通过设定变换器充放电的启动电压实现第二锂电池储能系统302和超级电容储能系统303中能量的存储释放，且充电模式和放电模式的启动电压可分别设置。当第二双向dc/dc变换器202和第三双向dc/dc变换器203检测到直流母线电压大于设定值时，分别控制第二锂电池储能系统302和超级电容储能系统303并网充电，直至直流母线电压低于设定值；针对538v直流母线平台，一般其安全上限电压可认为是580v，因此，超级电容储能系统303的充电电压阈值设置为550v，第二锂电池储能系统302的充电电压阈值设置为560v。当检测到直流母线电压小于设定值时，分别控制第二锂电池储能系统302和超级电容储能系统303并网放电，直至直流母线电压高于设定值；其中，两者的放电电压均可设置为530v。
所述直流制动电阻柜40在直流母线电压高于安全上限580v时自动投切使用，以保证系统的安全运行。当检测到直流母线电压超过580v时，直流制动电阻柜40启动进行分流，直至直流母线电压低于580v，直流制动电阻柜40停止消耗电能并待机。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。