一种有轨电车充电系统的制作方法

本实用新型涉及一种充电系统，尤其是涉及一种基于超级电容储能型的有轨电车充电系统。

背景技术：

与常规的地铁线路相比，有轨电车的运量大约为地铁的1/4-1/3，但其建设周期约是同地区地铁线路的1/3，单位里程投资额也仅为地铁的1/5甚至更低，更适合于那些急于快速缓解区内交通问题的城市。尤其是城市迅速扩张后，人口迁移到周边区域的城市，可以极大地缓解市中心区域的交通压力。有轨电车由于本身站间距短，列车启动、制动频繁，超级电容储能型有轨电车因无需建设顶部接触网、适合快速充放电、能够回收制动能量等特点迅速而被重新推广。一般情况下，一条有轨电车线路，按10公里规划，一般有10-20个站点，其牵引供电由1～2台主变从电网供电。车辆进站时，地面的充电系统直接从城市电网中获取能量给车辆充电，由于其本身要求充电时间短，一般为几十秒，线路功率需求特别大，尤其是多个充电系统同时工作时，其功率叠加对电网的冲击不可小觑。车辆出站后，下一辆车辆进站前，常规有长达数分钟以上的时间间隔，该时段系统停止工作，整个线路负载几乎接近空载。

现有技术存在的不足之处：

1、线路负荷波动大，多属于尖峰性冲击负荷，对电网冲击大；

2、为确保线路容量满足峰值符合，主变变压器容量期线路容量设计过大，负载率低；

3、系统功率因数低。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种有轨电车充电系统，能有效地降低短时功率需求对电网的冲击，降低线路设计容量。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种有轨电车充电系统，包括依次连接的变压器、输入整流(AC/DC)模块和输出侧单向DC/DC直流变流模块，所述的变压器、输入整流(AC/DC)模块和输出侧单向DC/DC直流变流模块分别与一控制模块有控制线连接，所述的变压器外连电网侧，所述的输出侧单向DC/DC直流变流模块输出至电车侧，其特征是：所述的输出侧单向DC/DC直流变流模块输出至电车侧之前，还接入有一个输出开关及隔离模块；再增加一内部储能模块，其通过双向DC/DC变流模块接入所述的输入整流(AC/DC)模块和输出侧单向DC/DC直流变流模块之间，所述的内部储能模块和双向DC/DC变流模块也分别与原有的控制模块(现有技术)有控制线连接。

所述的内部储能模块为高功率密度超级电容。

所述的控制模块还外接有设在车上或车站上的电车到站传感器。

新充电系统的构成模块：

1、主电源从输入变压器隔离引入，进入AC/DC整流模块，该模块将电网的工频交流电源转换为直流电源，提供到公用直流母线上；

2、在公用直流母线上连接了DC/DC输出直流变流模块，这模块功能为将直流母线电源变换后使之适配于有轨电车需求，给有轨电车上的储能装置供电。

3、在公用直流母线上同时连接了DC/DC双向变流模块，这模块主要功能是通过直流变换将公共直流母线和内部储能元件之间形成能量传递。

4、内部储能模块提供一个能量储存功能，因其功率密度要求高，本系统采用超级电容作为储能元件。

新系统的工作原理：

由于有轨电车两站间的运行时间较长，一般为数分钟，停站的时间较短(上下客停站)，一般为数十秒；

当前车辆充电离站后，下一辆车辆进站充电前，充电系统开始从电网取电给内部储能器件充电储能，其时间可长达数分钟，所以储备同样的能量可以使用较低的输入功率，其功率需求与充电时长成反比关系，其间隔时间越长，需求的输入功率越小；

下一辆车辆进站后，充电系统将需要内部储能系统中储存的能量在极短的时间内释放给车辆上的储能装置，以确保车辆能够获取足够的能量。直到当前车辆离站后，重复上述过程。

有益效果：

1.增加了内部储能环节。无车辆在站时，系统给内部储能器件充电，由于其充电时间长，其充电功率得到了有效的降低；当机车进站需要充电时，内部储能通过DC/DC变流模块以大电流快速完成内部储能传递给机车端，其输出功率通常为电网输入侧功率的数十倍，短时间内完成机车需要的充电能量。

2.系统对电网的功率及能量需求变得均衡且持续，不论机车端是否有机车需要充电，电网输入侧均保持较低的功率需求，可有效缓解原充电模式的冲击性功率需求；有效地降低输入变压器及整流模块的功率和体积。

3、电网侧如异常断电，内部储能尚可给有轨电车充电，提升了整个充电系统的应急供电能力；

4、内部储能系统无储能或故障时，原直接充电模式尚可运行，不降低原系统的可靠性；

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1为现有的常规充电系统结构示意图；

图2为本发明的充电系统组成和连接关系示意图；

图3a为内部储能供电模式；

图3b为电网同内部储能同时供电模式；

图3c为电网直接供电模式。

图中的附图标记表示如下：1-电网输入变压器模块，2-AC/DC整流模块，3-输出侧单向DC/DC变流模块，4-超级电容，5-双向DC/DC变流模块，6-控制模块，7-输出开关及隔离模块，8-传感器模块。

具体实施方式

常规的充电系统的最小系统包括依次连接的变压器、输入整流(AC/DC)模块和输出侧单向DC/DC直流变流模块，变压器、输入整流(AC/DC)模块和输出侧单向DC/DC直流变流模块分别与一控制模块有控制线连接，变压器外连电网侧，其基本框图示意图如图1所示。

参见图2，本发明的有轨电车充电系统实施例，包括依次连接的变压器1、AC/DC整流模块2和输出侧单向DC/DC直流变流模块3，变压器1、AC/DC整流模块2和输出侧单向DC/DC直流变流模块3还分别与一控制模块6有控制线连接，变压器外连电网侧，输出侧单向DC/DC直流变流模块输出至电车侧。

在输出侧单向DC/DC直流变流模块3输出至电车侧之前，接入一个输出开关及隔离模块7；还有一高功率密度超级电容4，其通过双向DC/DC变流模块接入输入整流(AC/DC)模块和输出侧单向DC/DC直流变流模块之间，高功率密度超级电容和双向DC/DC变流模块也分别与原有的控制模块有控制线连接；控制模块还外接有设在车上或车站上的电车到站传感器。

隔离输出模块7用于切换上下行车辆充电并实现互锁，传感器模块8用于检测车辆进站状态及位置。

控制模块通过检测输入整流(AC/DC)模块2、输出侧单向DC/DC直流变流模块3以及双向DC/DC变流模块工作时的电压和电流，将输入整流(AC/DC)模块2、输出侧单向DC/DC直流变流模块3之间的公共直流母线电压控制在一个高于系统输出额定电压的固定值，并维持相对恒定。内部储能模块4工作电压低于直流母线电压时，以保证DC/DC直流变流模块3仅工作在降压斩波模式，双向DC/DC变流模块在充电时工作在降压斩波模式，放电时工作在升压斩波模式，输入整流(AC/DC)模块2可采用不可控整流模式，这样整个系统的控制算法得到有效简化。

当传感器8检测到机车进站信号后，充电系统从有轨电车端接触网检测到的车载储能系统的电压，并识别上、下行车辆，综合两个信号进行处理后，充电系统根据储能元件4的SOC状态与有轨电车车载储能装置的能量消耗情况进行对比分析，当内部储能足够满足机车需求时，系统采用图3a所示的工作模式，并在输出时同步闭合模块7对应轨道的开关器件，在机车端储能装置允许的情况下，以最大的功率和电流完成能量传递；当内部储能不足时，机车进站充电，系统同步采用电网和内部储能联合供电模式，确保电车车辆能迅速完成充电，其工作模式如图3b所示；

当内部储能系统未储能的情况下，机车进站充电，系统直接从电网供电满足机车充电能量，如图3c所示。

车辆离站后，模块7的开关器件断开，确保接触网断电，确保乘客安全，系统启动内部储能元件充电直至充满。