一种轨道交通超级电容储能装置及其充电控制方法与流程

本发明属于城市轨道交通超级电容储能装置控制，特别是涉及一种轨道交通超级电容储能装置及其充电控制方法。

背景技术：

1、地铁列车高速运行时具有较大的势能刹车时地铁势能转化电能，由于地铁列车重量较大，速度较高，所以刹车制动时会产生很大的再生制动能量，城市轨道交通超级电容储能装置可以把地铁刹车制动能量储存至超级电容；地铁列车启动时，超级电容柜提供电能，支撑地铁列车加速启动，适用于分散供电或行车间隔较大的市域线路。目前常用的地铁刹车能量吸收方式，有储能吸收方式与逆变回馈方式。其中，储能吸收方式不与交流电网连接，可以不受电网谐波影响，而且可以节省交流中压变压器等设备，与传统逆变回馈方式相比，具有明显优点。储能吸收方式又包括超级电容储能、飞轮储能、锂电容储能，超级电容储能有功率密度高、动态性能好、寿命长等优点，因此超级电容储能装置成为城市轨道交通能量回收节能的一种重要方案，受到广泛关注和应用。

2、轨道交通系统由于人流量大、速度快、安全准时的特点，对其系统中设备稳定性要求特别高。由于地铁列车刹车制动时能量一般较大，特别是轨道交通超级电容储能装置需要吸收地铁列车刹车时的高制动能量，保证列车安全可靠刹车；启动时为地铁列车启动提供启动能量，所以轨道交通超级电容储能装置不稳定，可能影响列车刹车功能及直流网设备安全性。

3、超级电容分为多支路并联后与超级电容储能装置低压侧串联，每个支路串联一个直流接触器，直流接触器不支持带电流操作，地铁超级电容装置的电容柜直流接触器一侧接电容。所以直流接触器闭合使轨道交通超级电容储能启动时，存在各电容柜电压不一致，通常由于直流接触器两端电压压差不同。因此，在启动时装置时会产生直流开关闭合时过流冲击损坏设备。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种轨道交通超级电容储能装置及其充电控制方法，以解决现有技术中同时对多个电压值差异过大的电容柜充电时过流冲击损坏变流器的问题。

2、为实现上述目的，本发明的方案包括：

3、一种轨道交通超级电容储能装置充电控制方法的技术方案，接收变流器低压侧多支路并联的电容柜电压并进行排序，按照排序结果先闭合电压值最小的电容柜的接触器对该电容柜进行充电；充电时，获取该回路中未在充电的电压值最低的电容柜，当判断未在充电的电压值最低的电容柜与当前正在充电的电容柜之间的电压差值小于设定的偏差阈值时，再闭合未在充电的电压值最低的电容柜的接触器对达到相同电压水平的电容柜进行充电，直到充电完成。

4、本发明的有益效果为：对电容柜进行排序后对电容柜按照电压由低到高的顺序充电后合闸，避免在直流接触器闭合使轨道交通超级电容储能启动时，存在各电容柜电压不一致，直流接触器两端电压压差不同产生的电流冲击，由此引起的设备损坏。

5、进一步地，所述回路中未在充电的电压值最低的电容柜通过如下方法获取，检测该回路中未闭合接触器两端的电压值，电压值最低的未闭合接触器所对应的电容柜即为未在充电的电压值最低的电容柜。

6、本发明的有益效果为：先对未在充电的电压值最低的电容柜的进行充电，避免同时闭合所有接触器导致电容柜电压不一致。

7、进一步地，通过如下方法获取未在充电的电压值最低的电容柜与当前正在充电的电容柜之间的电压差值，检测未在充电的电压值最低的电容柜的接触器两端的电压值，该检测的电压值即为所述电压差值。

8、本发明的有益效果为：获取未在充电的电压值最低的电容柜与当前正在充电的电容柜之间的电压差值，从而通过控制接触器的开或关减少电压差值，使得接触器两端电压压差保持在一个合理范围。

9、进一步地，对电容柜进行充电时采用双闭环控制方法，所述双闭环控制方法首先将电容柜的充电电压环指令赋值为未在充电的电压值最低的电容柜的电压值，以当前电压作为电压环反馈进行电压环pi运算，将电压环运算结果作为电流内环给定值；以当前电流值作为电流内环反馈进行电流内环pi运算，将电流内环pi运算结果作为调制波进行充电控制。

10、本发明的有益效果为：采用双闭环控制对电压较低的电容柜进行更准确的充电控制，使其所有电容柜在闭合接触器充电时，与正在充电的电容柜之间的电压差值均保持在安全的较小范围。

11、进一步地，通过超级电容储能装置后台设置电容柜初始充电电流指令限幅和所述偏差阈值。

12、本发明的有益效果为：超级电容储能装置在后台提前设置初始充电电流指令限幅和偏差阈值，保证了进行电容充电时的电流幅值和各个电容柜的电压偏差范围。

13、一种轨道交通超级电容储能装置，包括储能变流器，所述储能变流器高压侧用于连接轨道交通牵引网，所述储能变流器低压侧并联有若干个电容柜构成一个回路，每个电容柜对应设置有接触器；超级电容储能装置控制器接收变流器低压侧多支路并联的电容柜电压并进行排序，按照排序结果先闭合电压值最小的电容柜的接触器对该电容柜进行充电；充电时，获取该回路中未在充电的电压值最低的电容柜，当判断未在充电的电压值最低的电容柜与当前正在充电的电容柜之间的电压差值小于设定的偏差阈值时，再闭合未在充电的电压值最低的电容柜的接触器对达到相同电压水平的电容柜进行充电；直到充电完成。

14、进一步地，所述回路中未在充电的电压值最低的电容柜通过如下方法获取，检测该回路中未闭合接触器两端的电压值，电压值最低的未闭合接触器所对应的电容柜即为未在充电的电压值最低的电容柜。

15、进一步地，通过如下方法获取未在充电的电压值最低的电容柜与当前正在充电的电容柜之间的电压差值，检测未在充电的电压值最低的电容柜的接触器两端的电压值，该检测的电压值即为所述电压差值。

16、进一步地，对电容柜进行充电时采用双闭环控制方法，所述双闭环控制方法首先将电容柜的充电电压环指令赋值为未在充电的电压值最低的电容柜的电压值，以当前电压作为电压环反馈进行电压环pi运算，将电压环运算结果作为电流内环给定值；以当前电流值作为电流内环反馈进行电流内环pi运算，将电流内环pi运算结果作为调制波进行充电控制。

17、进一步地，通过超级电容储能装置后台设置电容柜初始充电电流指令限幅和所述偏差阈值。

技术特征：

1.一种轨道交通超级电容储能装置充电控制方法，其特征在于，接收变流器低压侧多支路并联的电容柜电压并进行排序，按照排序结果先闭合电压值最小的电容柜的接触器对该电容柜进行充电；充电时，获取该回路中未在充电的电压值最低的电容柜，当判断未在充电的电压值最低的电容柜与当前正在充电的电容柜之间的电压差值小于设定的偏差阈值时，再闭合未在充电的电压值最低的电容柜的接触器对达到相同电压水平的电容柜进行充电，直到充电完成。

2.根据权利要求1所述的轨道交通超级电容储能装置充电控制方法，其特征在于，所述回路中未在充电的电压值最低的电容柜通过如下方法获取，检测该回路中未闭合接触器两端的电压值，电压值最低的未闭合接触器所对应的电容柜即为未在充电的电压值最低的电容柜。

3.根据权利要求1所述的轨道交通超级电容储能装置充电控制方法，其特征在于，通过如下方法获取未在充电的电压值最低的电容柜与当前正在充电的电容柜之间的电压差值，检测未在充电的电压值最低的电容柜的接触器两端的电压值，该检测的电压值即为所述电压差值。

4.根据权利要求1所述的轨道交通超级电容储能装置充电控制方法，其特征在于，对电容柜进行充电时采用双闭环控制方法，所述双闭环控制方法首先将电容柜的充电电压环指令赋值为未在充电的电压值最低的电容柜的电压值，以当前电压作为电压环反馈进行电压环pi运算，将电压环运算结果作为电流内环给定值；以当前电流值作为电流内环反馈进行电流内环pi运算，将电流内环pi运算结果作为调制波进行充电控制。

5.根据权利要求4所述的轨道交通超级电容储能装置充电控制方法，其特征在于，通过超级电容储能装置后台设置电容柜初始充电电流指令限幅和所述偏差阈值。

6.一种轨道交通超级电容储能装置，其特征在于，包括储能变流器，所述储能变流器高压侧用于连接轨道交通牵引网，所述储能变流器低压侧并联有若干个电容柜构成一个回路，每个电容柜对应设置有接触器；超级电容储能装置控制器接收变流器低压侧多支路并联的电容柜电压并进行排序，按照排序结果先闭合电压值最小的电容柜的接触器对该电容柜进行充电；充电时，获取该回路中未在充电的电压值最低的电容柜，当判断未在充电的电压值最低的电容柜与当前正在充电的电容柜之间的电压差值小于设定的偏差阈值时，再闭合未在充电的电压值最低的电容柜的接触器对达到相同电压水平的电容柜进行充电；直到充电完成。

7.根据权利要求6所述的轨道交通超级电容储能装置，其特征在于，所述回路中未在充电的电压值最低的电容柜通过如下方法获取，检测该回路中未闭合接触器两端的电压值，电压值最低的未闭合接触器所对应的电容柜即为未在充电的电压值最低的电容柜。

8.根据权利要求6所述的轨道交通超级电容储能装置，其特征在于，通过如下方法获取未在充电的电压值最低的电容柜与当前正在充电的电容柜之间的电压差值，检测未在充电的电压值最低的电容柜的接触器两端的电压值，该检测的电压值即为所述电压差值。

9.根据权利要求6所述的轨道交通超级电容储能装置，其特征在于，对电容柜进行充电时采用双闭环控制方法，所述双闭环控制方法首先将电容柜的充电电压环指令赋值为未在充电的电压值最低的电容柜的电压值，以当前电压作为电压环反馈进行电压环pi运算，将电压环运算结果作为电流内环给定值；以当前电流值作为电流内环反馈进行电流内环pi运算，将电流内环pi运算结果作为调制波进行充电控制。

10.根据权利要求9所述的轨道交通超级电容储能装置，其特征在于，通过超级电容储能装置后台设置电容柜初始充电电流指令限幅和所述偏差阈值。

技术总结
本发明涉及一种轨道交通超级电容储能装置及其充电控制方法，适用于轨道交通超级电容储能装置系统。其中，该超级电容储能装置电容柜启动过程的控制方法包括如下两路超级电容储能变流器设置为现场运行模式；两路超级电容储能变流器分别对各自低压侧电容柜进行初始电压排序；两路超级电容储能变流器根据低压侧启动逻辑进行充电和闭合接触器。本发明适用于城市轨道交通超级电容储能装置电容柜现场启动操作，对低压侧电容柜电压进行排序，启动时按照电容柜电压由低到高的顺序，逐次给电容柜充电，并闭合相应电容柜直流接触器，避免电容柜直流接触器合闸时两侧电压偏差大导致的电流冲击。

技术研发人员：黄小有,刘刚,孙健,张锐,王宏亮,任静,汪海涛,李二帅,郑帅,王志伟
受保护的技术使用者：河南许继电力电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12