专利名称：一种基于飞轮技术的轨道交通系统储能再生装置的制作方法
技术领域：
本实用新型为电力电子技术领域，尤其是涉及轨道交通系统中，存储机车制动产生的电能，并在电网需要时，快速释放到电网中的电气设备。
背景技术：
地铁轨道交通大量使用直流供电，供机车驱动。机车在启动加速时从直流电网获取电能，机车在减速制动时，向系统反送电能，由于反送电能容易造成电网电压波动，所以为了避免电网电压波动，常规做法是在机车上安装大功率电阻箱，用于消耗反送的电能。该方法一方面消耗了机车的有效运能，另一方面浪费大量电能。因此如何解决反送电能再利用的技术，对于降低轨道交通能耗，提高机车运行效率意义重大。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种储能机构和相应的控制设备，有效利用轨道机车反送的电能，同时避免电网电压波动，降低轨道交通能耗，提高机车运行效率。为了实现本实用新型的目的，特提出一种基于飞轮技术的轨道交通系统储能再生装置，该装置由飞轮机械装置与相应的控制电路组成，所述储能再生装置包括直流母线、飞轮储能装置、控制系统、逆变器；其中，所述飞轮储能装置包括外壳和安装在外壳上的滚珠轴承，承载高速旋转的飞轮； 磁力线圈，安装在上下外壳内；飞轮转子，同时兼作马达和发电机的转子；所述逆变器由三相PWM逆变桥和滤波电容构成，将所述飞轮储能装置与所述直流母线接通，驱动所述飞轮转子高速旋转，或将飞轮储能装置释放的电能输送到所述直流母线中去；所述控制系统包括储能逆变控制器、直流检测系统和驱动系统，实时监测直流母线电压，驱动逆变器给飞轮储能装置储能或控制飞轮储能装置发电；所述飞轮储能装置还包括保护模块和冷却系统，该保护模块包括速度传感器、温度传感器和位置传感器，检测的数据包括飞轮储能装置的速度、温度和位置信息；所述冷却系统对飞轮储能装置进行冷却。所述驱动系统包括启动装置和脉宽调制控制装置，驱动所述逆变器，所述脉宽调制控制装置的脉冲信号为数字信号。所述储能再生装置用于1500V及以下直流电压等级，适合轨道交通系统对电压的需求，该装置可以安装在轨道机车上或轨道交通直流配电站中。本实用新型的储能再生装置一方面解决了机车制动时的反送电损耗问题，同时可以保证直流系统电压稳定，提高了机车和供电系统效率。
图1是本实用新型的储能再生装置原理图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本实用新型进一步详细说明。图1是本实用新型储能再生装置原理图；如图所示，本实用新型所述的储能再生装置是一种基于飞轮技术的轨道交通系统制动能储能再生装置，其特点是采用飞轮技术的机械装置与相应的控制电路构成，控制电路通过逆变器装置使电网电能驱动飞轮高速运动或将飞轮高速运动存储的动能转化为电能，输送给电网，电能在电网中双向流动。所述的储能再生装置包括直流系统、飞轮储能模块、控制系统模块、驱动模块、逆变器模块、保护模块以及冷却系统。其中飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置，已经是成熟的技术，该储能装置包括外壳和安装在外壳上的滚珠轴承，承载高速旋转的飞轮；外壳为上下两部分组合而成， 在上下外壳内安装环形磁力线圈，飞轮同时也作为马达和发电机的转子；该储能再生装置突破了化学电池储能的局限，用物理方法实现储能。将飞轮储能装置作为电动/发电互逆式双向电机，实现电能与高速运转飞轮转子的机械动能之间的相互转换与储存，并通过逆变器模块进行调频、整流、恒压，与直流电网互联。逆变器模块由三相PWM逆变桥和滤波电容构成，是一种双向变流器，在控制器控制下，可以将飞轮储能系统与直流母线接通，驱动飞轮机构高速旋转，也可以将飞轮储能系统释放的电能输送到直流母线中去，达到双向变流的功能。控制系统模块的储能逆变控制器实时监测直流母线电压，当母线电压升高时，控制器通过驱动电路对输出脉冲的脉宽进行调制，该调制信号转换为数字信号驱动逆变器模块，给飞轮机构储能。当母线电压降低时，控制器控制飞轮机构发电，通过驱动电路驱动逆变器模块，向直流电网注入电能。一般轨道机车减速制动时，机车是将电能反送到直流系统中，直流系统电压升高， 电能通过双向变流器驱动飞轮高速旋转，将电能转化为机械能储存在飞轮装置中，直流系统电压稳定，同时，控制器实时监测电网功率消耗和直流母线电压，在需要时，快速将飞轮装置中储存动能转化为电能，将电能释放至电网，稳定电网电压，该装置实现双向电能流动。保护模块和冷却系统对飞轮的运动状态进行检测，保护模块包括速度传感器、温度传感器和位置传感器，检测的数据包括飞轮的速度、温度和位置信息。冷却系统确保飞轮储能系统的工作温度的安全。 本飞轮储能系统可用于1500V及以下直流电压等级，适合该装置可以安装在轨道机车上或轨道交通直流配电站中，以便节约机车空间。该装置一方面解决了机车制动时的反送电损耗问题，同时可以保证直流系统电压稳定，提高了机车和供电系统效率。在储能时，电能通过逆变器模块变换后驱动电机运行，飞轮作为电机的转子加速转动，以动能的形式把能量储存起来，完成电能到机械能转换的储存能量过程，能量储存在高速旋转的飞轮体中；之后，飞轮维持一个恒定的转速，直到接收到一个能量释放的控制信号；释能时，高速旋转的飞轮带动发电机发电，经逆变器模块输出到直流系统，完成机械能到电能转换的释放能量过程。整个飞轮储能系统实现了电能的输入、储存和输出过程。所述的控制器采用基于数字信号处理器的控制电路。本实用新型可实现快速的储能和释放，动态平衡直流系统电压，自生不产生谐波， 对电网无污染；储能释放时间小于5ms ；功耗低，满载运行效率大于96%;具有232/485、以太网等多种通信方式；装置可并联运行；单元采用模块化设计，结构紧凑、安装维护方便。 适用于1500V及以下直流电压等级，具有双相电能流动，存储机车制动产生的电能，并在机车启动时，将存储能量快速释放到电网的功能，降耗节能。以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种基于飞轮技术的轨道交通系统储能再生装置，由飞轮机械装置与相应的控制电路组成，其特征在于，所述储能再生装置包括直流母线、飞轮储能装置、控制系统、逆变器； 其中，所述飞轮储能装置包括外壳和安装在外壳上的滚珠轴承，承载高速旋转的飞轮；磁力线圈，安装在上下外壳内；飞轮转子，同时兼作马达和发电机的转子；所述逆变器由三相PWM逆变桥和滤波电容构成，将所述飞轮储能装置与所述直流母线接通，驱动所述飞轮转子高速旋转，或将飞轮储能装置释放的电能输送到所述直流母线中去；所述控制系统包括储能逆变控制器、直流检测系统和驱动系统，实时监测直流母线电压，驱动逆变器给飞轮储能装置储能或控制飞轮储能装置发电。
2.根据权利要求1所述的轨道交通系统储能再生装置，其特征在于，所述飞轮储能装置还包括保护模块和冷却系统，该保护模块包括速度传感器、温度传感器和位置传感器，检测的数据包括飞轮储能装置的速度、温度和位置信息；所述冷却系统对飞轮储能装置进行冷却。
3.根据权利要求1所述的轨道交通系统储能再生装置，其特征在于，所述驱动系统包括启动装置和脉宽调制控制装置，驱动所述逆变器。
4.根据权利要求3所述的轨道交通系统储能再生装置，其特征在于，所述脉宽调制控制装置的脉冲信号为数字信号。
5.根据权利要求1-4所述的轨道交通系统储能再生装置，其特征在于，所述储能再生装置用于1500V及以下直流电压等级，该装置安装在轨道机车上或轨道交通直流配电站中。
专利摘要本实用新型是一种基于飞轮技术的轨道交通系统储能再生装置，包括直流母线、飞轮储能装置、控制系统、逆变器；其中，飞轮储能装置包括一个同时兼作马达和发电机的飞轮转子；逆变器由三相PWM逆变桥和滤波电容构成，将所述飞轮储能装置与所述直流母线接通，驱动所述飞轮转子高速旋转，或将飞轮储能装置释放的电能输送到所述直流母线中去；所述控制系统包括储能逆变控制器、直流检测系统和驱动系统，实时监测直流母线电压，驱动逆变器给飞轮储能装置储能或控制飞轮储能装置发电；本实用新型的储能再生装置一方面解决了机车制动时的反送电损耗问题，同时可以保证直流系统电压稳定，提高了机车和供电系统效率。
文档编号H02J3/30GK202103435SQ20112018084
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者刘富刚, 张昊, 张金金, 索红亮 申请人:北京英博新能源有限公司, 北京英博电气股份有限公司, 廊坊英博电气有限公司