城市轨道交通超级电容储能系统的制作方法

本实用新型属于储能技术领域，尤其涉及一种城市轨道交通超级电容储能系统。

背景技术：

铁运营成本中地铁电能消耗占很大部分。目前城市轨道交通车辆普遍采用“再生制动+电阻制动+机械制动”的制动方式，再生制动将列车动能转换成电能反馈至供电网，部分再生制动的能量可以被线路上相邻车辆吸收。如再生能量不能被临车吸收，再生能量将被电阻吸收或切换为空气制动，制动能量将被白白浪费，同时还会带来隧道温升和粉尘污染等问题，能馈型再生能量回收装置是近几年新兴的再生能量回收方式，它通过能馈变流器将直流侧的再生制动能量反馈至低压AC400V或中压AC10/35kV侧，这种方式能够将再生制动能量反馈至交流侧，用作其他负载应用，因此可以做到再生制动能量的回收再利用能够达到节约能源的目的。但由于交流系统没有能量储存的环节，反馈能量若不能被负荷利用则会出现返送电等情况，对交流电网影响较大，超级电容作为一种新型储能量存储介质，有着功率密度大、使用寿命长的优点，可以满足大功率再生能量回收这一应用需求，但现有超级电容模块化设计较弱，系统管理费事费力。

鉴于此，有必要提供一种城市轨道交通超级电容储能系统，该城市轨道交通超级电容储能系统结构布局简单、模块化较强，维修方便，大大的节省了维修时间和维修费用。

技术实现要素：

本实用新型针对上述的城市轨道交通超级电容储能系统的技术问题，提出一种结构布局简单、模块化较强的充电机控制器。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种城市轨道交通超级电容储能系统，与牵引变电所连接，所述牵引变电所设置有电力监控系统，其特征在于：所述城市轨道交通超级电容储能系统包括控制柜、变流器柜及超级电容柜，所述控制柜、所述变流器柜及所述超级电容柜依次连接；

所述控制柜包括主控制器及人机交互设备，所述主控制器与所述人机交互设备通过网络总线连接，所述人机交互设备用于向用户显示人机交互界面并获取用户在人机交互界面输入的充放电指令，所述主控制器用于接受充放电指令并控制储能系统充电或者放电；

所述变流器柜包括双向DC/DC变流器及用于控制所述双向DC/DC变流器变流的变流控制器；

所述超级电容柜包括超级电容控制器、显示器及采集卡，所述超级电容控制器分别与所述显示器及所述采集卡通信连接，所述采集卡用于采集超级电容模组的参数信息并将采集卡采集的参数信息发送给超级电容控制器，所述显示器用于显示超级电容模组的参数信息；

所述主控制器与所述超级电容控制器及所述变流控制器通过网络总线和硬线连接，所述超级电容控制器及所述变流控制器通过网络总线连接以便将各自的运行状态及报警信息进行相互传递；

所述主控制器与所述电力监控系统网络连接以便对城市轨道交通超级电容储能系统进行远程监控。

作为优选，所述城市轨道交通超级电容储能系统还包括馈线柜及负极柜，所述馈线柜与牵引变电所的牵引网正极连接，所述负极柜分别与牵引变电所的牵引网负极连接，所述馈线柜包括第一高速断路器，所述负极柜包括第一电动隔离开关。

作为优选，所述控制柜还包括第二电动隔离开关、第一接触器、第二接触器、第三接触器、第一电阻及第二电阻，所述第二接触器与所述第一电阻串联后与所述第一接触器并联，所述第三接触器与所述第二电阻串联。

作为优选，所述变流器柜包括滤波器及双向DC/DC变流器，所述滤波回路与所述双向DC/DC变流器电连，所述双向DC/DC变流器包括第一IGBT元件、第二IGBT元件、第三IGBT元件、第四IGBT元件、第五IGBT元件、第六IGBT元件、第七IGBT元件及第八IGBT元件，所述第一IGBT元件的发射极与第五IGBT元件的集电极连接，所述第二IGBT元件的发射极与所述第六IGBT元件的集电极连接，所述第三IGBT元件的发射极与所述第七IGBT元件的集电极连接，所述第四IGBT元件的发射极与所述第八IGBT元件的集电极连接，所述第一IGBT元件的集电极、所述第二IGBT元件的集电极、所述第三IGBT元件的集电极及所述第四IGBT元件的集电极相互连接，所述第五IGBT元件的发射极、所述第六IGBT元件的发射极、所述第七IGBT元件的发射极及所述第八IGBT元件的发射极相互连接，所述双向DC/DC变流器还包括第一电感、第二电感、第三电感及第四电感，所述第一电感的一端与第一IGBT元件的发射极连接，所述第二电感的一端与第二IGBT元件的发射极连接，所述第三电感的一端与所述第三IGBT元件的发射极连接，所述第四电感的一端与所述第三IGBT元件的发射极连接；所述第一电感的另一端、所述第二电感的另一端、所述第三电感的另一端及所述第四电感的另一端相互连接，所述第一IGBT元件、所述第二IGBT元件、所述第三IGBT元件、所述第四IGBT元件、所述第五IGBT元件、所述第六IGBT元件、所述第七IGBT元件及所述第八IGBT元件均并联一个二极管；所述滤波回路包括第五电感及第一电容。

作为优选，所述超级电容柜包括第四接触器、第五接触器、第三电阻及超级电容模组，所述第四接触器与第五接触器连接，所述第四接触器与第三电阻串联后与所述所述超级电容模组并联。

作为优选，所述变流器柜还包括第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器、第四电流传感器、第五电流传感器及第一电压传感器，所述第一电流传感器与所述第一电感串联，所述第二电流传感器与所述第二电感串联，所述第三电流传感器与所述第三电感串联，所述第四电流传感器与所述第四电感串联，所述第五电流传感器与所述第五电感串联，所述第一电压传感器与所述第一电容并联。

作为优选，所述控制柜还包括第二电压传感器和第六电流传感器，所述第二电压传感器用于检测控制柜的输入端正极与输入端负极之间的电压，所述第六电流传感器用于检测控制柜输出端正极的电流。

作为优选，所述超级电容柜还包括第三电压传感器，所述第三电压传感器与所述超级电容模组并联。

作为优选，所述变流器柜还包括第一熔断器、第二熔断器、第三熔断器及第四熔断器，所述第一熔断器与所述第一电感串联，所述第二熔断器与所述第二电感串联，所述第三熔断器与所述第三电感串联，所述第四熔断器与所述第四电感串联。

作为优选，所述控制柜还包括第五熔断器，所述第五熔断器与所述第二电动隔离开关串联。

本实用新型的优点和积极效果在于：

1、本实用新型的所述城市轨道交通超级电容储能系统，通过设置不同功能的柜体，使该城市轨道交通超级电容储能系统结构布局简单、仅需对特定柜体进行管理监控，维修方便，大大的节省了维修时间和维修费用；

2、所述城市轨道交通超级电容储能系统设置了柜体之间的通讯网络及所述超级电容柜内两个独立的通信网络，所述超级电容控制柜内部采用独立的通信网络，通过设置两个独立的通信网络可以降低网络的通讯复杂程度，同时提高系统的通讯效率；

附图说明

图1为本实用新型一种城市轨道交通超级电容储能系统的电气结构示意图；

图2为本实用新型所述城市轨道交通超级电容储能系统的通讯结构示意图；

图3为本实用新型所述城市轨道交通超级电容储能系统的结构示意图；

图中：1、控制柜；11、主控制器2、变流器柜；21、变流控制器；3、超级电容柜；31、超级电容控制器；32、显示器；33、采集卡；4、馈线柜；5、负极柜；6、电力监控系统。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，图2中表示网络总线、“——”表示硬线，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1及图2所示，一种城市轨道交通超级电容储能系统，与牵引变电所连接，所述牵引变电所设置有电力监控系统6，所述城市轨道交通超级电容储能系统包括控制柜1、变流器柜2及超级电容柜3，所述控制柜1、所述变流器柜2及所述超级电容柜3依次连接；

所述控制柜1包括主控制器11及人机交互设备，所述主控制器11与所述人机交互设备通过网络总线连接，所述人机交互设备用于向用户显示人机交互界面并获取用户在人机交互界面输入的充放电指令，所述充放电指令包括充电阈值及放电阈值等指令，所述主控制器11用于接受充放电指令并控制储能系统充电或者放电；

所述变流器柜2包括双向DC/DC变流器及用于控制所述双向DC/DC变流器变流的变流控制器21；

所述超级电容柜3包括超级电容控制器31、显示器及采集卡33，所述超级电容控制器31分别与所述显示器及所述采集卡33通信连接，所述采集卡33用于采集超级电容模组的参数信息并将采集卡33采集的参数信息发送给超级电容控制器31，所述参数信息包括超级电容模组的电流、电压及温度等信息，所述显示器用于显示超级电容模组的参数信息，如超级电容模组的电压信息、电流信息、温度信息以及由超级电容控制器31根据采集卡33采集的参数信息所计算的超级电容模组的历史充放电曲线等，所述超级电容模组由70个单体超级电容器14串5并组成；

所述主控制器11与所述超级电容控制器31及所述变流控制器21通过网络总线和硬线连接，所述超级电容控制器31及所述变流控制器21通过网络总线连接以便将各自的运行状态及报警信息进行相互传递；所述主控制单元通过硬线和网络总线与变流控制器21、超级电容控制器31连接，通过硬线信号与通讯信号相互补充完成信息传递和控制功能，可将控制信息进行分类，将重要控制信号与普通信息进行分离，分别通过硬线和通讯网络进行传递，充分的结合了两种控制方式的优点，减少了控制接口的复杂程度，并保证了系统的可靠性。

所述城市轨道交通超级电容储能系统设置了柜体之间的通讯网络及所述超级电容柜3内两个独立的通信网络，所述超级电容控制柜1内部采用独立的通信网络，通过设置两个独立的通信网络可以降低网络的通讯复杂程度，同时提高系统的通讯效率。

所述主控制器11与所述电力监控系统6网络连接以便对城市轨道交通超级电容储能系统进行远程监控。

进一步参见图1，所述城市轨道交通超级电容储能系统还包括馈线柜4及负极柜5，所述馈线柜4与牵引变电所的牵引网正极连接，所述负极柜5分别与牵引变电所的牵引网负极连接，所述馈线柜4包括第一高速断路器HB，所述负极柜5包括第一电动隔离开关MS1。

所述城市轨道交通超级电容储能系统，通过设置不同功能的柜体，使该城市轨道交通超级电容储能系统结构布局简单、仅需对特定柜体进行管理监控，维修方便，大大的节省了维修时间和维修费用。

参见图1，所述控制柜1还包括第二电动隔离开关MS2、第一接触器KM1、第二接触器KM2、第三接触器KM3、第一电阻R1及第二电阻R2，所述第二接触器KM2与所述第一电阻R1串联后与所述第一接触器KM1并联，所述第三接触器KM3与所述第二电阻R2串联。

进一步地，所述变流器柜2包括滤波器及双向DC/DC变流器，所述滤波回路与所述双向DC/DC变流器电连，所述双向DC/DC变流器包括第一IGBT元件Q1、第二IGBT元件Q2、第三IGBT元件Q3、第四IGBT元件Q4、第五IGBT元件Q5、第六IGBT元件Q6、第七IGBT元件Q7及第八IGBT元件Q8，所述第一IGBT元件Q1的发射极与第五IGBT元件Q5的集电极连接，所述第二IGBT元件Q2的发射极与所述第六IGBT元件Q6的集电极连接，所述第三IGBT元件Q3的发射极与所述第七IGBT元件Q7的集电极连接，所述第四IGBT元件Q4的发射极与所述第八IGBT元件Q8的集电极连接，所述第一IGBT元件Q1的集电极、所述第二IGBT元件Q2的集电极、所述第三IGBT元件Q3的集电极及所述第四IGBT元件Q4的集电极相互连接，所述第五IGBT元件Q5的发射极、所述第六IGBT元件Q6的发射极、所述第七IGBT元件Q7的发射极及所述第八IGBT元件Q8的发射极相互连接，所述双向DC/DC变流器还包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3及第四电感L4，所述第一电感L1的一端与第一IGBT元件Q1的发射极连接，所述第二电感L2的一端与第二IGBT元件Q2的发射极连接，所述第三电感L3的一端与所述第三IGBT元件Q3的发射极连接，所述第四电感L4的一端与所述第三IGBT元件Q3的发射极连接；所述第一电感L1的另一端、所述第二电感L2的另一端、所述第三电感L3的另一端及所述第四电感L4的另一端相互连接，所述第一IGBT元件Q1、所述第二IGBT元件Q2、所述第三IGBT元件Q3、所述第四IGBT元件Q4、所述第五IGBT元件Q5、所述第六IGBT元件Q6、所述第七IGBT元件Q7及所述第八IGBT元件Q8均并联一个二极管；所述滤波回路包括第五电感L5及第一电容C1。

进一步地，所述超级电容柜3包括第四接触器KM4、第五接触器KM5、第三电阻R3及超级电容模组，所述第四接触器KM4与第五接触器连接KM5，所述第四接触器KM4与第三电阻R3串联后与所述所述超级电容模组并联。

进一步地，所述变流器柜2还包括第一电流传感器TC1、第二电流传感器TC2、第三电流传感器TC3、第四电流传感器TC4、第五电流传感器TC5及第一电压传感器TV1，所述第一电流传感器TC1与所述第一电感L1串联，所述第二电流传感器TC2与所述第二电感L2串联，所述第三电流传感器TC3与所述第三电感L3串联，所述第四电流传感器TC4与所述第四电感L4串联，所述第五电流传感器TC5与所述第五电感L5串联，所述第一电压传感器TV1与所述第一电容C1并联。

进一步地，所述控制柜1还包括第二电压传感器TV2和第六电流传感器TC6，所述第二电压传感器TV2用于检测控制柜1的输入端正极与输入端负极之间的电压，所述第六电流传感器TC6用于检测控制柜1输出端正极的电流。

进一步地，所述超级电容柜3还包括第三电压传感器TV3，所述第三电压传感器TV3与所述超级电容模组并联。

进一步地，所述变流器柜2还包括第一熔断器F1、第二熔断器F2、第三熔断器F3及第四熔断器F4，所述第一熔断器F1与所述第一电感串联L1，所述第二熔断器F2与所述第二电感串联L2，所述第三熔断器F3与所述第三电感L3串联，所述第四熔断器F4与所述第四电感L4串联。

进一步地，所述控制柜1还包括第五熔断器F5，所述第五熔断器F5与所述第二电动隔离MS2开关串联。

系统工作流程如下：所述城市轨道交通超级电容储能系统经过一系列分合闸操作后系统进入充放电就绪状态，列车进站制动时，首先列车进行再生电制动，列车的再生制动装置将列车的动能转变为电能反馈给牵引网，并使牵引网电压升高，超过所述城市轨道交通超级电容储能系统设定的电压限值时，所述城市轨道交通超级电容储能系统快速存储再生制动电能；当列车出站起动或加速时，牵引网电压下降，当低于城市轨道交通超级电容储能系统设定的电压限值时，所述城市轨道交通超级电容储能系统快速释放存储的能量，提供给需要能量的列车，在保证列车运行的情况下，降低牵引供电系统的能量消耗。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；其中，变流器柜个数与超级电容柜个数可根据需要等同增加，图1及图3仅为实例说明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。