高速磁浮再生制动储能系统、方法和装置以及计算机介质与流程

1.本发明涉及磁浮列车技术领域，尤其涉及到一种高速磁浮列车再生制动储能系统、一种高速磁浮列车再生制动储能方法和一种高速磁浮列车再生制动储能装置以及一种计算机可读存储介质。


背景技术：

2.目前，国内既有高速磁浮铁路工程仅有上海高速磁浮示范线，在牵引变电所内设置了制动电阻，列车制动回馈的电能通过电阻消耗，浪费了大量的可回收能量。同时，制动电阻消耗电能，以热量的形式散到环境中，需要较大的占地面积和额外的通风设备，工程征地对于土地稀缺资源的发达城市非常困难。而磁浮列车作为功率大、时间短的波动性负荷，对于配电设备及变流系统均提出了较高的需求，因此提供一种满足磁浮列车配电和变流要求，并且能够实现列车制动能量回收，避免完全由电阻消耗电能导致的散热问题是当前亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高速磁浮再生制动储能系统、一种高速磁浮列车再生制动储能方法和一种高速磁浮列车再生制动储能装置以及一种计算机可读存储介质，其可以满足磁浮列车配电和变流要求，并且能够实现列车制动能量回收，避免完全由电阻消耗电能导致的散热问题。
4.一方面，本发明实施例提供了一种高速磁浮再生制动储能系统，包括：共直流母线的制动电阻、超级电容、牵引负荷以及工频电网；所述超级电容通过双向dc/dc转换器接入所述直流母线，所述牵引负荷通过dc/ac转换器接入所述直流母线，所述工频电网通过ac/dc转换器接入所述直流母线。
5.在本发明的一个实施例中，所述工频电网采用并列的双回路电源进线，两个所述回路电源分别依次连接对应的所述ac/dc转换器和所述dc/ac转换器后接到所述牵引负荷，所述直流母线架设于相邻两个所述回路电源连接的所述ac/dc转换器和所述dc/ac转换器之间，所述超级电容和所述双向dc/dc转换器串联接入所述直流母线。
6.在本发明的一个实施例中，所述高速磁浮再生制动储能系统还包括：交流母线，架设于相邻两个所述回路电源与其对应的所述ac/dc转换器之间且设置有分段开关。
7.在本发明的一个实施例中，所述双向dc/dc转换器、所述dc/ac转换器和所述ac/dc转换器为场效应管或整流桥堆。
8.另一方面，本发明实施例提出一种高速磁浮再生制动储能方法，包括：判断当前磁浮列车是否处于制动停车工况或者牵引起车工况；当判断为制动停车工况时，控制牵引负荷回馈电能且传输至储能装置吸收并储存；当判断为牵引起车工况时，控制所述储能装置释放电能并配合外部工频电网输入电能用以驱动所述磁浮列车。
9.在本发明的一个实施例中，所述高速磁浮再生制动储能方法还包括：当判断当前
磁浮列车未处于制动停车工况或者牵引起车工况时，所述牵引负荷回馈的电能仅由制动电阻消耗。
10.在本发明的一个实施例中，在所述由牵引负荷回馈电能且传输至储能装置吸收并储存之前，还包括：判断所述储能装置当前存储的电能是否小于第一预设阈值，当判断为是时由所述牵引负荷回馈电能且传输至储能装置吸收并储存，当判断为否时仅由所述制动电阻消耗所述牵引负荷回馈的电能；在所述由所述储能装置释放电能驱动所述磁浮列车之前，还包括：判断所述储能装置当前存储的电能是否大于第二预设阈值，当判断为是时由所述储能装置释放电能驱动所述磁浮列车，当判断为否时所述储能装置不投入使用。
11.在本发明的一个实施例中，在所述储能装置开始吸收并储存电能之后，还包括：判断所述储能装置当前存储的电能是否大于最大存储阈值，当判断为是时所述储能装置进行恒压充电，当判断为否时所述储能装置进行恒流充电；在所述储能装置释放电能开始释放电能之后，还包括：判断所述储能装置当前存储的电能是否小于最小存储阈值，当判断为是时所述储能装置退出使用，当判断为否时所述储能装置进行恒压放电。
12.又一方面，本发明实施例提出一种高速磁浮再生制动储能装置，包括：列车工况判断模块，用于判断当前磁浮列车是否处于制动停车工况或者牵引起车工况；电能回馈控制模块，用于当判断为制动停车工况时，控制牵引负荷回馈电能且传输至储能装置吸收并储存；电能释放控制模块，用于当判断为牵引起车工况时，控制所述储能装置释放电能并配合外部工频电网输入电能用以驱动所述磁浮列车。
13.再一方面，本发明实施例提出一种高速磁浮再生制动储能系统，包括：存储器和连接所述存储器的一个或多个处理器，存储器存储有计算机程序，处理器用于执行所述计算机程序以实现上述中任意一个实施例所述的高速磁浮再生制动储能方法。
14.再又一方面，本发明实施例提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行权利要求上述中任意一个实施例所述的高速磁浮再生制动储能方法。
15.由上可知，通过本发明所构思的上述方案与现有技术相比，可以具有如下一个或多个有益效果：
16.(1)通过将超级电容、牵引负荷和工频电网分别通过dc/dc转换器、dc/ac转换器和ac/dc转换器接入直流母线，当磁浮列车处于再生制动工况时，牵引负荷产生的能量通过dc/ac转换器进行回馈并由超级电容进行存储，当磁浮列车处于牵引工况时，通过超级电容形成的储能系统放电，减小对外部工频网的能量需求，有助于供电系统节能提效；
17.(2)工频电网采用并列的双回路电源进线，超级电容储能装置接入直流母线后架设于相邻两个回路电源连接的ac/dc转换器和dc/ac转换器之间，提出了供电系统上行、下行两分区共用超级电容储能装置的接线方式，能够提高储能装置的利用率；
18.(3)通过能量管理系统的能量分配策略，充分发挥储能装置的削峰填谷功能，一定程度上降低了主变电所、整流器等部分设备的容量需求。
19.通过以下参考附图的详细说明，本发明的其他方面的特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
20.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
21.图1为本发明实施例提供的一种高速磁浮再生制动储能系统处于制动工况的能量流动示意图；
22.图2为本发明实施例提供的一种高速磁浮再生制动储能系统处于牵引工况的能量流动示意图；
23.图3为本发明实施例提供的一种高速磁浮再生制动储能系统的具体结构示意图；
24.图4为本发明实施例提供的一种高速磁浮再生制动储能方法的流程图；
25.图5为本发明实施例提供的一种高速磁浮再生制动储能装置的结构示意图；
26.图6为本发明实施例提供的一种高速磁浮再生制动储能系统的结构示意图；
27.图7为本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质的结构示意图。
28.附图标记说明
29.11：直流母线；12：制动电阻、13：超级电容；14：牵引负荷、15：工频电网；16：双向dc/dc转换器；17：dc/ac转换器；18：ac/dc转换器；19：交流母线；
30.s21至s23：高速磁浮再生制动储能方法的步骤；
31.30：高速磁浮再生制动储能装置；301：列车工况判断模块；302：电能回馈控制模块；303：电能释放控制模块；
32.40：高速磁浮再生制动储能系统；41：处理器；42：存储器；
33.50：计算机可读存储介质。
具体实施方式
34.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相组合。下面将参考附图并结合实施例来说明本发明。
35.为了使本领域普通技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，都应当属于本发明的保护范围。
36.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等适用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外。术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备国有的其它步骤或单元。
37.还需要说明的是，本发明中多个实施例的划分仅是为了描述的方便，不应构成特别的限定，各种实施例中的特征在不矛盾的情况下可以相结合，相互引用。
38.【第一实施例】
39.如图1和2所示，本发明第一实施例提出一种高速磁浮再生制动储能系统，例如包括：共用直流母线11的制动电阻12、超级电容13、牵引负荷14以及工频电网15。其中，制动电
阻12例如直接串联接入直流母线11，超级电容13通过双向dc/dc转换器16接入直流母线11，牵引负荷14通过dc/ac转换器17接入直流母线11，工频电网15通过ac/dc转换器18接入直流母线11。
40.具体的，图1为高速磁浮再生制动储能系统处于制动工况的能量流动示意图，牵引负荷14制动时利用惯性切割磁感线产生感应电流，通过dc/ac转换器17将产生的感应电流转换为额定直流电，由直流母线11进行传输。直流母线传输的电能可以通过双向dc/dc转换器16变压后存储于超级电容13构成的储能装置。超级电容13无法存储的部分电能可由制动电阻12进行消耗。
41.图2为高速磁浮再生制动储能系统处于牵引工况的能量流动示意图，牵引负荷14需要输入电能进行牵引时，此时列车处于加速过程，整个供电系统需要输出较大功率，例如通过工频电网15和超级电容13进行协同分配。工频电网15输出的交流电通过ac/dc转换器18转换为直流电输入直流母线11，再通过dc/ac转换器17转换为牵引负荷14所需的部分交流电。同时，超级电容13通过双向dc/dc转换器16输出直流电能进入直流母线11，同样通过dc/ac转换器17转换为交流电驱动牵引负荷14。
42.如此一来，通过设置基于超级电容装置+制动电阻的再生制动能量管理系统，在列车牵引/制动时合理投入超级电容使用，有助于供电系统节能提效，并且通过能量管理系统的能量分配策略，充分发挥超级电容储能装置的削峰填谷功能，可一定程度上减小牵引系统各转换设备容量的需求。
43.在一个实施方式中，如图3所示，工频电网15例如采用并列的双回路电源进线，两路工频电网电源分别依次连接对应的ac/dc转换器18和dc/ac转换器17后接到牵引负荷14。直流母线11架设于相邻两路工频电网电源连接的ac/dc转换器18和dc/ac转换器17之间，超级电容13和双向dc/dc转换器16构成的超级电容储能装置例如以串联方式接入直流母线11。如此一来，通过提供电系统上行、下行两分区共用超级电容储能装置的接线方式，能够进一步提高储能装置的利用率。
44.进一步的，高速磁浮再生制动储能系统例如还包括：交流母线19，架设于相邻两路工频电网电源与其对应的ac/dc转换器18之间且设置有分段开关，通过该分段开关的分段控制，可灵活选择接入系统的超级电容储能装置的数量。
45.综上所述，本发明实施例提出的高速磁浮再生制动储能系统通过将超级电容、牵引负荷和工频电网分别通过dc/dc转换器、dc/ac转换器和ac/dc转换器接入直流母线，当磁浮列车处于再生制动工况时，牵引负荷产生的能量通过dc/ac转换器进行回馈并由超级电容进行存储，当磁浮列车处于牵引工况时，通过超级电容形成的储能系统放电，减小对外部工频网的能量需求，有助于供电系统节能提效；工频电网采用并列的双回路电源进线，超级电容储能装置接入直流母线后架设于相邻两个回路电源连接的ac/dc转换器和dc/ac转换器之间，提出了供电系统上行、下行两分区共用超级电容储能装置的接线方式，能够提高储能装置的利用率；通过能量管理系统的能量分配策略，充分发挥储能装置的削峰填谷功能，一定程度上降低了主变电所、整流器等部分设备的容量需求。
46.【第二实施例】
47.如图4所示，本发明第二实施例提出一种高速磁浮再生制动储能方法，包括如下步骤：步骤s21判断当前磁浮列车是否处于制动停车工况或者牵引起车工况；步骤s22当判断
为制动停车工况时，由牵引负荷回馈电能且传输至储能装置吸收并储存；步骤s23当判断为牵引起车工况时，由所述储能装置释放电能并配合外部工频电网输入电能用以驱动所述磁浮列车。
48.本实施例提出的高速磁浮再生制动储能方法例如由磁浮列车本身控制系统或者上位机软件执行，提到的上位机例如为个人计算机、手持设备、便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、可编辑的消费电子设备、网络pc、小型计算机、大型计算机、或者包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
49.进一步的，结合如图5所示，高速磁浮再生制动储能方法例如还包括：当判断当前磁浮列车未处于制动停车工况或者牵引起车工况时，所述牵引负荷回馈的电能仅由制动电阻消耗。
50.进一步的，在所述由牵引负荷回馈电能且传输至储能装置吸收并储存之前例如还包括：判断所述储能装置当前存储的电能是否小于第一预设阈值，当判断为是时由所述牵引负荷回馈电能且传输至储能装置吸收并储存，当判断为否时仅由所述制动电阻消耗所述牵引负荷回馈的电能。在所述由所述储能装置释放电能驱动所述磁浮列车之前例如还包括：判断所述储能装置当前存储的电能是否大于第二预设阈值，当判断为是时由所述储能装置释放电能驱动所述磁浮列车，当判断为否时所述储能装置不投入使用。
51.进一步的，在所述储能装置开始吸收并储存电能之后例如还包括：判断所述储能装置当前存储的电能是否大于最大存储阈值，当判断为是时所述储能装置进行恒压充电，当判断为否时所述储能装置进行恒流充电。在所述储能装置释放电能开始释放电能之后例如还包括：判断所述储能装置当前存储的电能是否小于最小存储阈值，当判断为是时所述储能装置退出使用，当判断为否时所述储能装置进行恒压放电。
52.本发明第二实施例公开的高速磁浮再生制动储能方法适用于前述第一实施例中所述的高速磁浮再生制动储能系统，具体的高速磁浮再生制动储能系统的架构及功能如第一实施例中所述，故在此不再进行详细讲述，且实施例的有益效果同前述第一实施例的有益效果相同。
53.【第三实施例】
54.如图5所示，本发明第三实施例提出了一种装置30，例如包括：列车工况判断模块301、电能回馈控制模块302和电能释放控制模块303。
55.其中，列车工况判断模块301用于判断当前磁浮列车是否处于制动停车工况或者牵引起车工况。电能回馈控制模块302用于当判断为制动停车工况时，控制牵引负荷回馈电能且传输至储能装置吸收并储存。电能释放控制模块303用于当判断为牵引起车工况时，控制所述储能装置释放电能并配合外部工频电网输入电能用以驱动所述磁浮列车。
56.本发明第三实施例公开的装置30所实现的高速磁浮再生制动储能方法如前述第二实施例所述，故在此不再进行详细讲述。可选地，第三实施例中的各个模块和上述其他操作或功能分别为了实现第二实施例所述的方法，且本实施例的有益效果同前述第二实施例的有益效果相同，为了简洁，不在此赘述。
57.【第四实施例】
58.如图6所示，本发明第四实施例提出一种高速磁浮再生制动储能系统40，例如包括：存储器42和连接存储器42的一个或多个处理器41。存储器42存储有计算机程序，处理器
41用于执行所述计算机程序以实现如第二实施例所述的高速磁浮再生制动储能方法。具体的高速磁浮再生制动储能方法可参考第二实施例所述的方法，为了简洁在此不再赘述，且本实施例提供的高速磁浮再生制动储能系统40的有益效果与第一实施例提供的高速磁浮再生制动储能方法的有益效果相同。
59.【第四实施例】
60.如图7所示，本发明第四实施例提出一种计算机可读存储介质50，计算机可读存储介质50为非易失性存储器且存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，例如使得所述一个或多个处理器执行前述第二实施例所述的高速磁浮再生制动储能方法。具体方法可参考第二实施例所述的方法，为了简洁在此不再赘述，且本实施例提供的计算机可读存储介质50的有益效果同第二实施例提供的高速磁浮再生制动储能方法的有益效果相同。
61.此外，可以理解的是，前述各个实施例仅为本发明的示例性说明，在技术特征不冲突、结构不矛盾、不违背本发明的发明目的前提下，各个实施例的技术方案可以任意组合、搭配使用。
62.在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和/或方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元/模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多路单元或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
63.所述作为分离部件说明的单元/模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元/模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多路网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元/模块来实现本实施例方案的目的。
64.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元/模块的形式实现。
65.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。