本实用新型涉及城市轨道交通再生制动能量回收技术，具体是一种基于飞轮的储能型地铁再生制动能量回收系统。
背景技术：
随着城市化进程的加快，我国城市轨道交通的快速发展。然而由于其速度快、站距短、起制动频繁的运行特性，根据国内外轨道交通运行经验，地铁再生制动能量可占牵引能量的20%以上。若不回收再利用，必将造成能量的巨大浪费。
到目前为止，地铁制动能量回收的方案一般有以下几种方式：
(1)电阻耗能型，即将电能转换为热能形式耗散，无再利用过程，造成不必要的能源浪费，且电阻散热会导致环境温度升高，需增加相应的通风、制冷设备，这又增加了相应的电能消耗。
(2)电容储能型，该方法是将制动能转化为电能储存在超级电容中，当列车有需要时再释放出来。其主要缺点是能量密度低，因此，相同的能量就需要设置体积更加庞大的电容器组，且电容因频繁处于充放电状态而导致使用寿命短。
(3) 电池储能型，其基本原理和电容储能型的原理一样，但由于频繁的大倍率充放电，电池的极化较严重，容量也会衰减，循环寿命受损。
(4)逆变回馈型，该方法是将制动产生的直流电逆变为工频交流电直接回馈至电网，但该技术复杂，设备投资很大，相关技术正处于研究阶段，并未成熟。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于飞轮的储能型地铁再生制动能量回收系统，该系统结构简单，整体成本低，可安装于站内，减轻列车负担，节约列车能耗，而且易于维护。整套系统安全、易用、可靠。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于飞轮的储能型地铁再生制动能量回收系统，包括正负极开关柜、飞轮储能单元，所述的正负极开关柜与飞轮储能单元电连接，正负极开关柜与地铁线路电连接，飞轮储能单元设有2个以上，飞轮储能单元与飞轮储能单元以并联形式连接于正负极开关柜；飞轮储能单元均设有DC/DC双向变换器及飞轮，飞轮设有飞轮驱动柜和高速电机；飞轮驱动柜与能量管理单元电连接，能量管理单元与电压互感器电连接，电压互感器设置在整流变压器低压侧。
采用上述技术方案的本实用新型，与现有技术相比，有益效果是：
通过飞轮储能单元进行蓄能或对外释能，飞轮运行于真空度较高的环境中，无摩擦、风阻小、寿命长、能量密度高，几乎不需要维护，结构简单，整体成本低，可安装于站内，减轻列车负担，节约列车能耗，而且极易于维护，整套系统安全、易用、可靠。
DC/DC开关柜一边与地铁直流母线相连，另一边与若干飞轮储能单元并联。在飞轮储能单元内变换电压大小、交直流，供飞轮正常工作。且配有保护装置、控制单元。
进一步的，本实用新型优选方案如下：
所述的飞轮储能单元均通过通讯线路接于人机交互界面，显示清晰，操作简单。
所述的飞轮储能单元设有保护装置，保护装置即SCADA系统,其与系统中的飞轮储能单元通过干接点的形式进行连接，保护装置还与可编程逻辑控制器电连接。保护装置即SCADA系统,其与系统中的飞轮储能单元通过干接点的形式进行连接，执行飞轮储能单元的运行、停止、故障上报。使用数据采集与监视控制系统(SCADA)保护装置对装置进行保护，各种故障动作处理逻辑定义在可编程逻辑控制器(PLC)输入输出端子上；通过控制策略，实现能量的双向流动。
附图说明
图1是本实用新型实施例的框架结构示意图；
图2是本本实用新型的控制策略图；
附图标记说明：1－正负极开关柜；2－DC/DC双向变换器；3－飞轮驱动柜；4－高速电机。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本实用新型。
参见图1，一种基于飞轮的储能型地铁再生制动能量回收系统，由正负极开关柜1、飞轮储能单元组成；正负极开关柜1与飞轮储能单元电连接，正负极开关柜1与地铁线路电连接，飞轮储能单元设有2个以上，飞轮储能单元与飞轮储能单元以并联形式连接于正负极开关柜1；飞轮储能单元均设有DC/DC双向变换器2及飞轮，飞轮设有飞轮驱动柜3和高速电机4；飞轮驱动柜3与能量管理单元电连接，能量管理单元与电压互感器电连接，电压互感器设置在整流变压器低压侧。
飞轮储能单元均通过通讯线路接于人机交互界面。
飞轮储能单元设有保护装置，保护装置即SCADA系统,其与系统中的飞轮储能单元通过干接点的形式进行连接，保护装置还与可编程逻辑控制器电连接。
使用数据采集与监视控制系统(SCADA)保护装置对装置进行保护，各种故障动作处理逻辑定义在可编程逻辑控制器(PLC)输入输出端子上；通过控制策略，实现能量的双向流动；对SCADA保护装置中PLC的各端子输入输出作了详细定义，并给出不同情况下PLC端子的动作与相应实现的功能。
DC/DC双向变换器2的控制目标为保证低压侧的电压Uout为高压侧电压Uin的0.5倍，DC/DC采集高压侧实际电压并将该信号放大0.5倍传输给飞轮驱动柜3，飞轮驱动柜3通过比较实际牵引网压Ureal和无负载时牵引网压Umean实现能量的双向流动。
以1500V DC/DC与飞轮联合运行实施例，对本实用新型进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征更易于被本领域技术人员理解。
参阅图1，1500V正负极开关柜1一边与直流1500V地铁线路相连，另一边与3台GTR333飞轮储能单元并联。当地铁进站时，速度降低，处于再生制动工况，能量通过母线经开关柜存储至飞轮，飞轮转速提高。由于再生制动能量具有较大的瞬时功率，为满足输出电流的要求，提高输出功率，在飞轮储能单元上装有双向DC/DC双向变换器2和驱动柜，采用输出并联的方式来提高变换器输出容量，并应用并联协同控制策略，智能选择飞轮存入或放出能量，均衡飞轮的转速，控制各模块的流动能量，避免某一飞轮转速过高或过低，以此提高系统的可靠性。
图2是具体控制策略图，1500V-750V DC/DC双向变换器2低压侧（750VDC侧）直流母线与飞轮直流母线相连，DC/DC双向变换器2的控制目标为：
保证低压侧的电压U_out为高压侧电压U_in的0.5倍。
在这种控制策略下，DC/DC双向变换器2 将高压侧电压转换为0.5倍低压侧，实现能量的双向流动。飞轮储能装置不需要做软件或硬件上的改动，飞轮的控制策略保持在飞轮储能装置侧，减小DC/DC双向变换器2的复杂程度，飞轮储能装置与DC/DC联合控制具体策略如下：
1. 通过分压电阻采集实际直流牵引网压或者通过DC/DC双向变换器2采集到的（将该信号传递给飞轮储能装置）实际牵引网压U_real
2. 通过能量管理单元的空载网压辨识得到无负载时牵引网压U_mean
3. 当U_real>U_mean时，飞轮储能装置从牵引网吸收能量。
4. 当U_real<U_mean时，飞轮储能装置向牵引网释放能量。
以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的保护不限于此，任何本领域的技术人员所能想到的与本技术方案技术特征等同的变化或替代，都涵盖在本实用新型的保护范围之内。