超级电容储能、滤波及稳压的再生制动城轨供电系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供超级电容储能、滤波及稳压的再生制动城轨供电系统。所述一种超级电容储能、滤波及稳压的再生制动城轨供电系统包括：包括24脉波整流器、单周期控制系统和带有超级电容的双向Buck变换器。24脉波整流器的2个整流变压器的输入接供电电网，每个整流变压器有2个副边线圈，2个整流变压器的4个副边线圈输出电压相位依次相差15o；24脉波整流器的输出接到带有超级电容的双向Buck变换器和城轨列车直流供电系统的母线，带有超级电容的双向Buck变换器与城轨列车直流供电系统的母线并联。单周期控制系统控制带有超级电容的双向Buck变换器的开关管。
【专利说明】超级电容储能、滤波及稳压的再生制动城轨供电系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及城市轨道交通节能技术，具体涉及一种超级电容储能、滤波及稳压的再生制动城轨供电系统。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展，城市化进程的加快，我国城市城道交通发展迅速。城轨列车再生制动可较好地节约电能，具有节能减排的重要意义。目前城轨列车再生制动的技术有:(1)电阻吸收制动，由IGBT作为开关器件及吸收电阻组成，制动时开通IGBT，使列车制动能量通过吸收电阻将能量消耗掉，优点是结构简单，缺点是耗能，导致周围环境温度上升，需要采取措施保证有足够的通风量，如安装相应的通风动力装置，进一步增加了相应的电能消耗；(2)逆变回馈制动，通过逆变器将列车制动能量回馈到电网，优点是节能，缺点是逆变回馈一般需要采用工频变压器，极大地增加了逆变回馈装置的体积，不利于在城轨交通中的应用；(3)超级电容储能制动，主要采用IGBT双向变换器将再生制动能量储存到超级电容中，待牵引网电压下降时释放能量，优点是节能，缺点是必须有较大滤波电容，直流电压波动大、整流器功率因数低，影响城轨列车供电质量和电网质量。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于克服上述现有再生制动能量吸收技术的不足，提出一种超级电容储能、滤波及稳压的再生制动城轨供电系统。
[0004]本实用新型采用的技术方案是:包括24脉波整流器、单周期控制系统和带有超级电容的双向Buck变换器；24脉波整流器的输出接到带有超级电容的双向Buck变换器和城轨列车直流供电系统的母线，带有超级电容的双向Buck变换器与城轨列车直流供电系统的母线并联，单周期控制系统控制带有超级电容的双向Buck变换器的开关管。
[0005]24脉波整流器的2个整流变压器的输入接供电电网，每个整流变压器有2个副边线圈，2个整流变压器的4个副边线圈输出电压相位依次相差15° ;24脉波整流器的输出接到带有超级电容的双向Buck变换器和城轨列车直流供电系统的母线。
[0006]带有超级电容的双向Buck变换器由第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、电感L和超级电容C组成。第一二极管、第二二极管分别反并联在第一开关管、第二开关管上，第一开关管的发射极与第二开关管的集电极相连，电感L两端分别与第一开关管的发射极和超级电容连接，第一开关管的发射极连接城轨列车直流供电系统的母线。
[0007]与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和技术效果:带有超级电容的双向Buck变换器具有有源滤波、稳压和储能调节的功能。与现有城轨列车电阻吸收制动技术相t匕，具有节能的优势；与现有城轨列车逆变回馈制动技术相比，除节能外，无需笨重的逆变装置，体积小、成本低；与现有城轨列车超级电容储能制动技术相比，除节能外，无需较大滤波电容，直流电压稳定、整流器功率因数高，城轨列车供电质量和电网质量高。【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本实用新型的一种超级电容储能、滤波及稳压的再生制动城轨供电系统图；
[0009]图2是图1所示城轨供电系统中超级电容充电状态的导通电路图；
[0010]图3是图1所示城轨供电系统中超级电容放电状态的导通电路图；
[0011]图4是本实用新型的一种超级电容储能、滤波及稳压的再生制动城轨供电系统的控制流程图；
[0012]图5为图4所示城轨供电系统控制流程图中的单周期控制框图。
【具体实施方式】
[0013]为进一步阐述本实用新型的内容和特点，以下结合附图对本实用新型的具体实施方案进行具体说明。但本实用新型的实施不限于此。
[0014]参考图1，本实用新型的一种超级电容储能、滤波及稳压的再生制动城轨供电系统，24脉波整流器、单周期控制系统和带有超级电容的双向Buck变换器。24脉波整流器的2个整流变压器的输入接供电电网，每个整流变压器有2个副边线圈，2个整流变压器的4个副边线圈输出电压相位依次相差15° ;24脉波整流器的输出接到带有超级电容的双向Buck变换器和城轨列车直流供电系统的母线，带有超级电容的双向Buck变换器与城轨列车直流供电系统的母线并联。带有超级电容的双向Buck变换器由第一开关管S1、第二开关管S2、第一二极管D1、第二二极管D2、电感L和超级电容C组成。第一二极管D1、第二二极管D2分别反并联在第一开关管S1、第二开关管S2上，第一开关管S1的发射极与第二开关管S2的集电极相连，电感L两端分别与第一开关管SI的发射极和超级电容C连接，第一开关管S1的发射极连接城轨列车直流供电系统的母线。
[0015]当城轨列车制动或轻载时，城轨列车直流供电系统的母线电压高于750V或1500V,开关管S1和二极管D2导通，带有超级电容的双向Buck变换器工作在降压状态，将城轨列车回馈的能量释放到超级电容，超级电容充电，如图2所示；当城轨列车启动或电网电压降落时，城轨列车直流供电系统的母线电压低于750V或1500V,开关管S2与二极管D1导通，带有超级电容的双向Buck变换器工作在升压状态，超级电容储存的电能，经带有超级电容的双向Buck变换器供给城轨列车，超级电容放电，如图3所示。
[0016]图4是示出本实用新型的一种超级电容储能、滤波及稳压的再生制动城轨供电系统的控制流程图。参考图4，当城轨直流供电系统母线电压低于750V或1500V，单周期控制系统控制带有超级电容的双向Buck变换器工作于升压状态，超级电容放电，城轨直流供电系统母线电压升高。当城轨直流供电系统母线电压高于750V或1500V，采样超级电容电压，与设定值相比较，若超级电容电压小于设定值，单周期控制控制系统控制带有超级电容的双向Buck变换器工作于降压状态，超级电容充电，城轨直流供电系统母线电压下降；若超级电容电压大于设定值，开关S导通，吸收电阻R接入耗能，城直流供电系统母线电压下降。采用单周期控制系统控制带有超级电容的双向Buck变换器，通过带有超级电容的双向Buck变换器的调节，实现超级电容的充放电，稳定城轨直流供电系统母线电压。
[0017]图5是示出本实用新型的一种超级电容储能、滤波及稳压的再生制动城轨供电系统的单周期控制框图。[0018]本实用新型的一种城轨供电系统具有有源滤波功能，即把带有超级电容的双向Buck变换器与城轨列车共同等效为纯电阻，用等效电阻Re来模拟，则控制目标表示为式
(I)。在准静态状态下，带有超级电容的双向Buck变换器输入输出关系满足式(2)。把式
(I)代入式(2)，等式两边同乘电流i的采样比Rs，得到式(3)。在每个开关周期Ts内，认为
1、u。近似不变，对式(3)两边同时在I个开关周期内积分，得式(4)。在每个开关周期内，如果满足式(4)，则控制目标式(I)得到满足。式(4)用单周控制理论来实现，其控制框图参考图5。.Mn
[0019]式 I
【权利要求】
1.超级电容储能、滤波及稳压的再生制动城轨供电系统，其特征在于:包括24脉波整流器、单周期控制系统和带有超级电容的双向Buck变换器；24脉波整流器的输出接到带有超级电容的双向Buck变换器和城轨列车直流供电系统的母线，带有超级电容的双向Buck变换器与城轨列车直流供电系统的母线并联，单周期控制系统控制带有超级电容的双向Buck变换器的开关管。
2.根据权利要求1所述的超级电容储能、滤波及稳压的再生制动城轨供电系统，其特征在于:24脉波整流器的2个整流变压器的输入接供电电网，每个整流变压器有2个副边线圈，2个整流变压器的4个副边线圈输出电压相位依次相差15° ；24脉波整流器的输出接到带有超级电容的双向Buck变换器和城轨列车直流供电系统的母线。
3.根据权利要求1所述的超级电容储能、滤波及稳压的再生制动城轨供电系统，其特征在于:带有超级电容的双向Buck变换器由第一开关管(S1X第二开关管(S2)、第一二极管(D1X第二二极管(D2)、电感L和超级电容C组成；第一二极管(D1X第二二极管(D2)分别反并联在第一开关管(S1X第二开关管(S2)上，第一开关管(S1)的发射极与第二开关管(S2)的集电极相连，电感L两端分别与第一开关管(S1)的发射极和超级电容C连接，第一开关管(S1)的发射极连接城轨列车直流供电系统的母线。
【文档编号】H02M3/10GK203589823SQ201320713030
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】张波, 付坚, 丘东元, 肖文勋 申请人:华南理工大学