一种超级电容式有轨电车地面储能充电装置的制作方法

本实用新型属于有轨电车供电技术领域，具体涉及一种超级电容式有轨电车地面储能充电装置。

背景技术：

当前，有轨电车在全国各大城市得到了快速发展，超级电容式有轨电车以其良好的景观效果得到了广泛的应用。现有的超级电容式有轨电车充电装置的供电方式通常采用集中式，即一台牵引整流机组带多个站的充电装置。

超级电容式有轨电车充电时具有充电时间短(一般为30秒左右)，充电电流大(一般为2000A左右)的特点。当多辆列车在集中设置的牵引整流变电所的供电范围内同时进站时，这种短时脉冲供电的效果成倍增加，为上级电网引入较严重的谐波分量，对电网造成冲击。牵引整流变压器的额定容量根据其供电范围内同时充电的充电桩总电流进行校验。为了满足同时工作的尖峰充电电流，这必将造成牵引整流变压器设计容量过大，正常运行时负载率低。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种超级电容式有轨电车地面储能充电装置，该充电装置能使牵引整流变压器接近恒功率供电，消除冲击负荷对电网的影响，减小牵引整流变压器机组的额定容量，节省项目投资。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种超级电容式有轨电车地面储能充电装置，其包括DC/DC斩波降压模块、第一储能单元、第二储能单元、控制模块；所述DC/DC斩波降压模块的输入端与集中式牵引整流机组的直流输出端相连，DC/DC斩波降压模块的输出端分别与第一储能单元、第二储能单元连接，第一储能单元、第二储能单元通过隔离开关与车站充电装置连接；

所述第一储能单元、第二储能单元均包括输入断路器、储能模块、输出断路器、电量监测模块，所述输入断路器的一端与DC/DC斩波降压模块的输出端连接，输入断路器的另一端与储能模块的一端连接，储能模块的另一端通过输出断路器与隔离开关连接；所述储能模块通过信号线与所述电量监测模块连接；所述输入断路器、输出断路器、电量监测模块通过控制信号线与控制模块连接。

按上述方案，储能模块均为超级电容。超级电容接收集中式牵引整流机组发出的直流电能，并在电路接通时将存储的电能传送给各车站的充电装置。

DC/DC斩波降压模块将集中式牵引整流机组输出的直流电源电压调整到储能模块要求的范围，并限定集中式牵引整流机组输出的直流电流值。

电量监测模块为霍尔电压传感器，用于监测储能模块(超级电容)的电量，并将储能模块(超级电容)的电量百分比信号传送给控制模块。

控制模块通过电量监测模块监测储能模块的电量状态，并通过控制支路断路器的开闭对储能模块的充放电状态进行控制。即：控制模块根据电量监测模块(霍尔电压传感器)传来的两个储能模块(超级电容)的剩余电量信息，控制2个输入断路器、2个输出断路器回路的通断，决定两个储能模块(超级电容)是在充电状态还是放电状态。

所述系统的工作原理为：

集中供电式牵引整流机组的供电范围一般为2千米左右，一般覆盖3个站，6台充电装置。有轨电车停站时间较短，一般为30秒左右，而站间运行时间较长，一般为数分钟。当集中供电式牵引整流机组供电范围内的车站有一列电车进站充电时，为轻度负荷；当同时有两列电车进站充电时为中度负荷；当同时有三列电车进站充电时为重度负荷。

每个储能模块的容量≥重度负荷×60％；

当夜间线路停运时，集中供电式牵引整流机组为2个储能模块充电备用。当线路开班运行后，首先第一储能单元的输出断路器闭合，第一储能单元的输入断路器、第二储能单元的输入断路器、第二储能单元的输出断路器打开。第一储能单元的储能模块为各站充电装置提供电能。控制模块实时监测两个储能模块(超级电容)的剩余电量，当第一储能单元的储能模块电量≤10％时，第一储能单元的输入断路器、第二储能单元的输出断路器闭合，第一储能单元的输出断路器、第二储能单元的输入断路器打开；此时集中供电式牵引整流机组为第一储能单元的储能模块充电，第二储能单元的储能模块为各站充电装置提供电能。当第二储能单元的储能模块电量≤10％时，第一储能单元的输出断路器、第二储能单元的输入断路器闭合，第一储能单元的输入断路器、第二储能单元的输出断路器打开；此时集中供电式牵引整流机组为第二储能单元的储能模块充电，第一储能单元的储能模块为各站充电装置提供电能。如此循环。

当两个储能模块电量均≥90％时，停止对两个储能模块的充电。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

通过设置2个储能单元和控制模块，使集中式牵引整流机组对电网的能量需求变均匀，可降低牵引整流机组的额定容量，节省项目投资；

通过设置DC/DC斩波降压模块限定了集中式牵引整流机组的输出电压与电流，使集中式牵引整流机组以恒定的功率不间断的为2个并列设置的储能模块供电；在这种运行方式下，充电装置尖峰负荷的需求完全被储能模块消化，能有效减少充电时尖峰充电功率对电网的冲击；

通过设置电量监测模块和控制模块，以确保整个装置的稳定运行。

附图说明

图1为现有集中供电式充电系统的供电系统图；

图2为本实用新型超级电容式有轨电车地面储能充电装置的框图。

1、DC/DC斩波降压模块，2、控制模块，3、第一储能模块，4、第二储能模块，5、第一电量监测模块，6、第二电量监测模块，7、隔离开关，8、车站充电装置，9、集中式牵引整流机组，10、超级电容式有轨电车地面储能充电装置，K1、第一输入断路器，K2、第一输出断路器，K3、第二输入断路器，K4、第二输出断路器。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的实施例。

参见图1，现有的集中供电式充电系统中，集中式牵引整流机组9直接与车站充电装置8连接，存在牵引整流变压器机组的额定容量大，为上级电网引入较严重的谐波分量，对电网冲击较大。

参见图2，一种超级电容式有轨电车地面储能充电装置，该充电装置能减少牵引整流变压器机组的额定容量，减少对电网的冲击，其包括DC/DC斩波降压模块1、第一储能模块3、第二储能模块4、第一电量监测模块5、第二电量监测模块6、控制模块2；DC/DC斩波降压模块1的输入端与集中式牵引整流机组9的直流输出端相连，DC/DC斩波降压模块1的输出端通过输入母线分别与第一输入断路器K1的一端、第二输入断路器K3的一端连接，第一输入断路器K1的另一端通过第一储能模块3与第一输出断路器K2的一端连接，第二输入断路器K3的另一端通过第二储能模块4与第二输出断路器K4的一端连接，第一输出断路器K2的另一端和第二输出断路器K4的另一端通过输出母线与隔离开关7的一端连接，隔离开关7的另一端与车站充电装置8连接；第一储能模块3通过信号线与第一电量监测模块5连接，第二储能模块4通过信号线与第二电量监测模块6连接；控制模块2通过控制信号线分别与第一电量监测模块5、第二电量监测模块6、第一输入断路器K1、第一输出断路器K2、第二输入断路器K3、第二输出断路器K4连接。

本实施例中，第一储能模块3、第二储能模块4均为超级电容，用于接收集中式牵引整流机组9发出的直流电能，并在电路接通时将存储的电能传送给车站充电装置8。DC/DC斩波降压模块1将集中式牵引整流机组9输出的直流电源电压调整到储能模块要求的范围，并限定集中式牵引整流机组9输出的直流电流值。第一电量监测模块5、第二电量监测模块6为霍尔电压传感器，用于监测储能模块(超级电容)的电量，并将储能模块(超级电容)的电量百分比信号传送给控制模块2。控制模块2通过电量监测模块监测储能模块的电量状态，并通过控制断路器(第一输入断路器K1、第一输出断路器K2、第二输入断路器K3、第二输出断路器K4)的开闭对储能模块(第一储能模块3、第二储能模块4)的充放电状态进行控制。

当夜间线路停运时，第一输入断路器K1、第二输入断路器K3闭合，第一输出断路器K2、第二输出断路器K4打开，集中式牵引整流机组9为第一储能模块3、第二储能模块4充电。当线路开班运行后，首先第一输出断路器K2闭合，第一输入断路器K1、第二输入断路器K3、第二输出断路器K4打开，第一储能模块3为各站充电装置提供电能。控制模块2实时监测第一储能模块3、第二储能模块4的剩余电量，当第一储能模块3电量≤20％时，第一输入断路器K1、第二输出断路器K4闭合，第一输出断路器K2、第二输入断路器K3打开；此时集中式牵引整流机组9为第一储能模块3充电，第二储能模块4为各站充电装置提供电能。当第二储能模块4电量≤20％时，第一输出断路器K2、第二输入断路器K3闭合，第一输入断路器K1、第二输出断路器K4打开；此时集中式牵引整流机组9为第二储能模块4充电，第一储能模块3为各站充电装置提供电能。如此循环。

当第一储能模块3、第二储能模块4电量均≥90％时，停止对第一储能模块3、第二储能模块4的充电。

本实施例中，集中式牵引整流机组9的计算额定容量可得到较大幅度的降低。有轨电车停站充电时间较短(一般30秒左右)，两站间运行时间较长(一般数分钟)。而集中式牵引整流机组可以不间断对储能模块充电。因此，集中式牵引整流机组额定功率只要满足下式就可满足要求：

P_机组×(t_停+t_运)≥P_重×t_停

P_机组：所求牵引整流机组额定功率；

P_重：重度负荷情况下的充电功率需求；

t_停：车辆停站充电时间；

t_运：车辆两站间运行平均时间；

而现有牵引整流机组额定功率需满足下式：

P_机组≥P_重

可见，集中式牵引整流机组的额定容量可以得到数倍的降低，有效节省投资。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改，等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。