储能系统实验平台的制作方法

本实用新型涉及轨道交通领域，具体而言，涉及一种储能系统实验平台。

背景技术：

直流牵引网瞬间电压升高降低，主要是由于列车制动时电动机转成发电机，把车辆的动能转换成电能，列车自带动力制动通常只会把产生的电能经过电阻转成无用的热能放走，一般不会造成直流接触电网电压升高，但这种方式占用列车的空间，隧道温度高，影响列车空调制冷效果。而再生制动能量储存装置则会把列车制动能量储存起来，当列车再次启动时把能量在回馈给直流网。随着这些储能装置技术和市场日趋成熟，如何检验这些储能系统性能和工作稳定性是研发人员和生产商应该思考的问题。

目前普遍的储能系统检验方式是在用调压器、整流变、电阻柜的组合，通过调压器实现牵引网电压升高，通过投电阻柜实现牵引网电压降低，但这种方法工厂需要大容量变压器，耗电量大不节能。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种储能系统实验平台，其能够有效改善上述问题。

本实用新型的实施例是这样实现的：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种储能系统实验平台，其包括充放电模块，

所述充放电模块与直流牵引网连接；

所述直流牵引网还连接有被测试的列车制动能量储存设备；

其中，所述充放电模块用于对所述直流牵引网充电或放电，以及通过放电模拟所述直流牵引网电压升高，以及通过充电模拟所述直流牵引网电压降低。

在本实用新型较佳的实施例中，所述充放电模块包括变流器和电容柜，

所述变流器的输出端与所述电容柜连接；

所述变流器的输入端与所述直流牵引网连接。

在本实用新型较佳的实施例中，所述变流器为DC-DC变流器。

在本实用新型较佳的实施例中，所述电容柜为超级电容柜。

在本实用新型较佳的实施例中，所述电容柜为可变电容或不可变电容。

在本实用新型较佳的实施例中，所述变流器包括变流单元及与所述变流单元连接的供电单元。

在本实用新型较佳的实施例中，所述充放电模块和所述列车制动能量储存设备以并联形式连接在所述直流牵引网上。

在本实用新型较佳的实施例中，所述储能系统实验平台还包括多个所述充放电模块，多个所述充放电模块以并联形式连接在所述直流牵引网上。

在本实用新型较佳的实施例中，所述充放电模块用于对所述直流牵引网进行快速或缓慢的充电或放电。

在本实用新型较佳的实施例中，所述储能系统实验平台还包括断路器，所述充放电模块通过所述断路器与所述直流牵引网连接。

本实用新型实施例提供的储能系统实验平台，通过设置充放电模块与直流牵引网连接，可通过所述充放电模块对所述直流牵引网进行放电或充电，以引起所述直流牵引网的电压的升高或降低；另外，所述直流牵引网还连接有被测试的列车制动能量储存设备，可通过所述充放电模块对所述直流牵引网充电或放电，通过放电模拟所述直流牵引网电压升高，以及通过充电模拟所述直流牵引网电压降低，以此来模拟列车的制动或启动状态，并便于对连接在所述直流牵引网上的被测试的列车制动能量储存设备在模拟的列车制动或启动时的工作状态进行研究。和现有技术相比，本实用新型提供的储能系统实验平台可通过变流器快速放电使直流牵引网电压升高、快速充电使直流牵引网电压降低，来模拟列车制动、启动的状态，可以方便对列车的制动、启动导致的直流网波动问题以及各种列车制动能量储存设备的工作状态进行研究，进一步提高产品研发以及出厂检验的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的储能系统实验平台的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的具体的储能系统实验平台的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的变流器的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的加入多组充放电模块的储能系统实验平台的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的加入断路器的储能系统实验平台的结构示意图。

图标：100-充放电模块；120-变流器；122-变流单元；124-供电单元；140-电容柜；200-直流牵引网；300-列车制动能量储存设备；400-断路器；1000-储能系统实验平台。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，“输入”、“输出”、“反馈”、“形成”等术语应理解为是描述一种光学、电学变化或光学、电学处理。如“形成”仅仅是指光信号或电信号通过该元件、仪器或装置之后发生了光学上或电学上的变化，使得所述光信号或所述电信号受到处理，进而获得实施技术方案或解决技术问题所需要的信号。

在本实用新型的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述该储能系统实验平台中各元件的工作原理，表现所述装置中各部分的连接关系，只是明显区分了各元件之间的相对位置关系，并不能构成对元件或结构内的光路方向、连接顺序及各部分结构大小、尺寸、形状的限定。

以下简介本实用新型实施例中的列车制动能量储存设备的原理及背景。

在城市轨道交通工程中，普遍采用直交变压变频的传动方式，车辆的制动方式为电制动(再生制动)加机械制动，运行中以电制动为主，机械制动为辅。列车在运行过程中，由于站间距较短，列车启动、制动频繁，制动能量相当可观。根据经验，地铁再生制动产生的能量除了一定比例(一般为20％～80％，根据列车运行密度和区间距离的不同而异)被其他相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被列车的吸收电阻以发热的方式消耗掉或被线路上的吸收装置吸收。过去，国内城市轨道交通主要的吸收方式是采用电阻能耗吸收装置处理列车运行过程中的再生能量，这不仅浪费能量，而且也增加了站内空调通风装置的负担，并使城轨建设费用和运行费用增加。如能将这部分能量储存再利用，这些问题将迎刃而解。

目前，吸收装置所采用的吸收方案主要有电阻耗能型、电容储能型、飞轮储能型和逆变回馈型等4种。其中电阻耗能型是将制动能量消耗在吸收电阻上，这是目前国内外应用比较普遍的方案，该方案控制简单、工作可靠、应用成熟，其主要缺点是该方案只能将电能转换为热能排掉，造成能源浪费，而且电阻散热会导致环境温度升高，因此需要相应的通风装置，即增加了相应的电能消耗；电容储能型是将制动能量吸收到大容量电容器组中，当供电区间有列车需要取流时将所储存的电能释放出去，其主要缺点是要设置体积庞大的电容器组，且电容因频繁处于充放电状态而导致使用寿命短；飞轮储能型的基本原理与电容储能型一样，只是储能元件为飞轮电机，但由于飞轮长时间处于高速旋转状态，且飞轮质量也很大，故摩擦耗能问题严重，飞轮工作寿命短；逆变回馈型是将车辆制动时的直流电逆变成工频交流电与车站内电网并网，该吸收方案有利于能源的综合利用，实现了节能。

本实用新型实施例中的列车制动能量储存设备主要指的是上述的电容储能型再生制动能量吸收装置，其能够把列车制动能量储存起来，当列车再次启动时把能量在回馈给直流网。

本实用新型实施例提供的储能系统实验平台，则能够为这些列车制动能量储存设备提供一种工作环境，以在非实际列车运行过程中，即可对这些列车制动能量储存设备的性能和工作稳定性进行检验，能够有效提高设备的产品研发以及出厂检验的效率，相对于现有技术中耗能大、设备要求高的检测系统，能够大大缩减成本。

实施例

请参照图1，本实用新型实施例提供了一种储能系统实验平台1000，其包括充放电模块100，所述充放电模块100与直流牵引网200连接，所述直流牵引网200还连接有被测试的列车制动能量储存设备300。

本实施例中，所述充放电模块100用于对所述直流牵引网200充电或放电，以及通过放电模拟所述直流牵引网200电压升高，以及通过充电模拟所述直流牵引网200电压降低。

请参照图2，作为一种优选的实施方案，本实施例中，所述充放电模块100还包括变流器120和电容柜140，所述变流器120的输出端与所述电容柜140连接，所述变流器120的输入端与所述直流牵引网200连接。

本实施例中，通过调节变流器120和电容柜140，即可通过变流器120和电容柜140对直流牵引网200放电来使直流牵引网200电压升高，或是通过该变流器120和电容柜140对充电使直流牵引网200电压降低，以模拟直流牵引网200在真实的列车制动、启动环境下的电压波动。

本实施例中，所述电容柜140是一种新型储能装置，它兼有物理电容器和电池的特性，能提供比物理电容器更高的能量密度，比电池具有更高的功率密度和更长的循环寿命，根据电容配置的容量可输出比列车制动更高的有功功率和有功电能。

本实施例中，优选的，所述变流器120为DC-DC变流器120，即用于直流电转换的变流器120。DC-DC变流器120能够通过PWM控制，在小负载时具有耗电小的优点。

本实施例中，优选的，所述电容柜140为超级电容柜140。相对于普通的电容柜140，超级电容柜140是利用双电层原理的电容器，当外加电压加到超级电容柜140的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容柜140的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态，如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷相应减少。

与利用化学反应的蓄电池不同，超级电容柜140的充放电过程始终是物理过程，性能十分稳定，故而安全系数高、低温性能好、寿命长且免维护，为本实施例中列车制动能量储存设备300的测试提供了良好稳定的测试环境。

本实施例中，所述电容柜140可以是可变电容，即能够在一定范围内进行电容量调节的电容柜140。在不需要对电容量进行调节的情况下，所述电容柜140也可以选择不可变电容。

请参照图3，本实施例中，所述变流器120可以包括变流单元122及与所述变流单元122连接的供电单元124。可以理解的是，所述变流单元122主要用于进行直流变流，而所述供电单元124则用于对该变流单元122进行供电，以使变流器120能够持续正常工作。

本实施例中，所述充放电模块100和所述列车制动能量储存设备300以并联形式连接在所述直流牵引网200上。

请参照图4，本实施例中，所述储能系统实验平台1000还可以包括多个所述充放电模块100，多个所述充放电模块100以并联形式连接在所述直流牵引网200上。

本实施例中，所述多个充放电模块100可以是以多组变流器120与电容柜140组合的形式变脸在所述直流牵引网200上。通过加入多组充放电模块100，可以对直流牵引网200在不同位置处的电压波动分别进行模拟，提高了产品检测的效率。

本实施例中，所述充放电模块100可以主动对直流牵引网200进行充电或放电，且能够控制对所述直流牵引网200进行快速或缓慢的充电或放电。即通过调节变流器120的输出，可以得到直流牵引网200的一个直流牵引网200电压波动的快速的变化或缓慢的变化。

请参照图5，本实施例中，如果变流器120没有控制电路通断的功能，则所述储能系统实验平台1000还可以包括断路器400，所述充放电模块100通过所述断路器400与所述直流牵引网200连接。特别的，被测试的所述列车制动能量储存设备300与直流牵引网200之间，也可以设置断路器400。

本实施例提供的储能系统实验平台1000搭建方便、节能，通过调节充放电模块100的充放电模式，可以准确模拟实际直流牵引网200中的电压升高和降低，方便产品研发以及出厂检验。

综上所述，本实用新型实施例提供的储能系统实验平台，通过设置充放电模块与直流牵引网连接，可通过所述充放电模块对所述直流牵引网进行放电或充电，以引起所述直流牵引网的电压的升高或降低；另外，所述直流牵引网还连接有被测试的列车制动能量储存设备，可通过所述充放电模块对所述直流牵引网充电或放电，通过放电模拟所述直流牵引网电压升高，以及通过充电模拟所述直流牵引网电压降低，以此来模拟列车的制动或启动状态，并便于对连接在所述直流牵引网上的被测试的列车制动能量储存设备在模拟的列车制动或启动时的工作状态进行研究。和现有技术相比，本实用新型提供的储能系统实验平台可通过变流器快速放电使直流牵引网电压升高、快速充电使直流牵引网电压降低，来模拟列车制动、启动的状态，可以方便对列车的制动、启动导致的直流网波动问题以及各种列车制动能量储存设备的工作状态进行研究，进一步提高产品研发以及出厂检验的效率。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。