CN114336584A

CN114336584A - 一种用于地铁再生能量吸收利用的控制系统及其控制方法

Info

Publication number: CN114336584A
Application number: CN202111619968.9A
Authority: CN
Inventors: 王纯一; 姚广; 魏振
Original assignee: Research Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry
Current assignee: Research Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry
Priority date: 2021-12-23
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2022-04-12

Abstract

本发明公开了一种用于地铁再生能量吸收利用的控制系统及其控制方法，所述方法包括以下步骤：进线柜检测直流母线的电压信号传输至检测模块，牵引网的电压与直流母线的电压相等，馈线柜分别检测上行牵引网的电流信号和下行牵引网的电流信号传输至检测模块，检测模块检测到的信号转换为数字量，输送给控制模块进行分析计算；上行牵引网或下行牵引网电流小于0，并且上行牵引网或下行牵引网的电压达到设定电压阈值，则控制模块输出能量吸收信号，能量吸收利用装置按照控制模块给出的能量吸收功率进行能量吸收。本发明的控制系统结构简单，操控方便，在现有技术基础上进一步改进，可以有效进行再生能量吸收。

Description

一种用于地铁再生能量吸收利用的控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及轨道交通节能技术领域，特别是涉及一种用于地铁再生能量吸收利用的控制系统及其控制方法。

背景技术

地铁的刹车方式有两种：机械制动和电制动。机械制动是通过列车转向架上的闸瓦与铁轨摩擦，将列车动能转化为热能，此种制动方式浪费了能量，而且由于闸瓦与铁轨频繁地摩擦，对车辆和铁轨有一定损伤。电制动也称再生制动，将列车的动能转化为电能，少部分供列车自身辅助系统使用，绝大部分返送回直流牵引网上，当牵引网内有其他列车启动时，再生能量可被其他列车吸收利用，否则，该部分能量会导致牵引网电压升高，危及设备安全。目前列车制动以再生制动为主，机械制动为辅，再生制动产生的再生能量需要被消耗或者吸收才能保证供电系统的安全稳定运行。

地铁列车在再生制动过程中会产生大量的再生电量，该部分电能约占地铁牵引能耗的40％以上，如果该部分能量可以被有效吸收利用，将大大节省地铁列车电能消耗。再生能量的一少部分供列车自身辅助系统使用，绝大部分返送回直流牵引网上，供牵引网内其他列车使用，但当无其他列车使用时，将造成大量的能量浪费，并且该部分能量会导致牵引网电压升高，危及设备安全。因此地铁站通常配有能量吸收或消耗装置。

目前地铁再生能量吸收利用装置的控制方法仅以直流母线电压作为吸收能量的判断依据，且吸收功率通过母线电压线性计算而得。由于直流母线电压变化较小且噪声较大，以及由于市电波动母线电压会出现一定的偏移，因此此种控制策略易导致能量吸收误触发的情况。而且，再生能量注入直流母线的功率与母线电压无线性关系，能量吸收功率与再生能量注入功率不匹配将导致再生能量吸收率降低。

目前普遍使用的再生能量吸收控制策略基本均为依赖电压的控制策略，如图4所示。该策略检测地铁牵引网直流母线电压，当电压高于阈值Ut时，启动能量吸收，吸收功率与检测到的电压呈线性关系，当达到满功率时功率不再随电压升高而增大。当电压低于Ut时，不进行能量吸收。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的对直流母线电压峰值识别不准确导致能量吸收率低及误触发，以及无法准确估计能量吸收功率的问题，而提供一种用于地铁再生能量吸收利用的控制方法。

本发明的另一方面，提供一种用于地铁再生能量吸收利用的控制系统。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种用于地铁再生能量吸收利用的控制方法，具体的，

进线柜检测直流母线的电压信号传输至检测模块，牵引网的电压与所述直流母线的电压相等，馈线柜分别检测上行牵引网的电流信号和下行牵引网的电流信号传输至所述检测模块，所述检测模块将检测到的信号转换为数字量，输送给控制模块进行分析计算；

上行牵引网或下行牵引网的电流小于0，并且上行牵引网或下行牵引网的电压达到设定电压阈值时，所述控制模块输出能量吸收信号，能量吸收利用装置按照控制模块给出的能量吸收功率进行能量吸收。

在上述技术方案中，所述检测模块为ADC芯片。

在上述技术方案中，所述直流母线的电压信号通过所述进线柜的传感器等比缩小后传送至所述ADC芯片，所述上行牵引网的电流信号和下行牵引网的电流信号通过所述馈线柜的传感器等比缩小后传送至所述ADC芯片。

在上述技术方案中，能量吸收功率＝牵引网电压*上行或下行牵引网电流。

在上述技术方案中，若上行牵引网和下行牵引网均需要吸收再生能量时，能量吸收总功率＝上行牵引网吸收功率和下行牵引网吸收功率之和。

在上述技术方案中，当牵引网电压为750V时，所述电压阈值为750-830V，优选为780V。

本发明的另一方面，提供一种用于地铁再生能量吸收利用的控制系统，包括进线柜、馈线柜和能量吸收利用系统，交流母线通过所述的进线柜电连接至直流母线上，所述馈线柜包括第一馈线柜和第二馈线柜，直流母线通过所述第一馈线柜与下行牵引网电连接，所述直流母线通过所述第二馈线柜与上行牵引网电连接，所述能量吸收利用系统电连接于所述直流母线上，所述进线柜和馈线柜分别与所述能量吸收利用系统电连接。

在上述技术方案中，所述能量吸收利用系统包括检测模块、控制模块和能量吸收利用装置，所述检测模块与所述控制模块电连接，所述控制模块和所述能量吸收利用装置电连接。

在上述技术方案中，所述检测模块与所述第一馈线柜电连接以接收下行牵引网的电流信号并转化为对应的数字量，所述检测模块与所述第二馈线柜电连接以接收上行牵引网的电流信号并转化为对应的数字量。

在上述技术方案中，所述检测模块与所述进线柜电连接以转换所述直流母线的电压信号为数字量。

在上述技术方案中，所述控制模块对所述检测模块输出的数字量进行计算后控制所述能量吸收利用装置的吸收功率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的控制系统结构简单，操控方便，在现有技术基础上进一步改进，可以有效进行再生能量吸收。

2.本发明的控制方法可有效识别牵引网电压的升高，对电压峰值检测的准确度高，有效增加吸收的再生能量，能量吸收连续且完整，避免出现误触发的情况，同时可以计算出再生能量注入功率，实时调整能量吸收功率，实现能量的准确、高效吸收。且对牵引网电压的噪声具有很好的抵抗能力。

3.本发明的应用使再生能量注入直流母线的功率与母线电压呈正相关关系，能量吸收功率与再生能量注入功率匹配，从而提高再生能量吸收率。

附图说明

图1所示为能量吸收利用系统于牵引站内的安装示意图。

图2所示为能量吸收利用系统模块划分示意图。

图3所示为能量吸收的吸收功率波形图。

图4所示为目前普遍使用的能量吸收控制策略的吸收功率示意图。

图中：1-ADC芯片，2-控制模块，3-能量吸收利用装置。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种用于地铁再生能量吸收利用的控制方法，具体的，进线柜检测直流母线的电压信号传输至检测模块，上行牵引网、下行牵引网的电压与直流母线的电压相等，馈线柜分别检测上行牵引网的电流信号和下行牵引网的电流信号传输至所述检测模块，所述检测模块将检测到的信号转换为数字量，输送给控制模块进行分析计算，在本实施例中所述检测模块选用ADC芯片(模数转换芯片)1。

数字量交由控制模块2进行分析计算，分析方法如下：

牵引网电压＞设定阈值 (1)

上行或下行牵引网电流＜0 (2)

电压阈值根据具体选择的牵引网电压波动范围选择，在本实施例中为780V，任意牵引网电流小于0(地铁列车运行时能量流入列车，此时电流为正，当列车刹车时，能量从列车流出，电流反向，因此电流为负)，并且牵引网电压达到设定阈值，则控制模块2输出能量吸收信号，能量吸收功率计算方法为：

总吸收功率＝牵引网电压*牵引网电流 (3)

若上行和下行牵引网均需要能量吸收，则总吸收功率为上行牵引网吸收功率和下行牵引网吸收功率之和。

能量吸收利用装置3接收到能量吸收信号后，按照控制模块2给出的能量吸收功率进行能量吸收。

当铁轨上有多辆车同时运行时，总体能量的流向依旧与电流正负相关，因此本控制方法同样适用于多车交汇时的再生能量吸收。再生能量注入的功率可以根据电压和电流实时计算，据此调整能量吸收功率可以达到最高的能量利用率，并且不会额外从电网吸收能量。

实施例2

一种基于实施例1的用于地铁再生能量吸收利用的控制系统，如图1所示，包括进线柜、馈线柜和能量吸收利用系统。所述进线柜分别与交流母线和直流母线电连接，所述馈线柜包括第一馈线柜和第二馈线柜，所述第一馈线柜分别与直流母线和下行牵引网电连接，所述第二馈线柜分别与直流母线和上行牵引网电连接，所述能量吸收利用系统电连接于直流母线上，所述进线柜和馈线柜分别与所述能量吸收利用系统电连接。

如图2所示，所述能量吸收利用系统包括依次电连接的ADC芯片1、控制模块2和能量吸收利用装置3，由于进线柜和馈线柜将交流母线、直流母线和牵引网连接在一起，因此它们的电压相同。所述进线柜将电压信号输送至ADC芯片，所述馈线柜将上行、下行牵引网的电流信号输送至所述ADC芯片1，所述ADC芯片1将等比减小后的电压和电流信号转化为数字量传递至所述控制模块2，所述数字量经所述控制模块2控制计算后传输至所述能量吸收利用装置3进行能量吸收利用。

实施例3

本实施例为基于实施例1的控制方法的应用，经仔细分析研究列车车载数据和监测数据，发现列车的加速和减速行为与直流牵引网内的电压和电流均有明显对应关系。当列车减速时，对应电压的升高，且电流向馈线柜流动，表示能量由列车向牵引网注入。

对我国某地铁的某牵引站内实测的电压和电流数据进行仿真，电压的变化范围为700-900V，电流的变化范围为-800～+1000A，电流变化范围明显大于电压，因此引入电流进行判断可降低噪声的影响，本实施例选取电压阈值为780V，得到能量吸收功率的波形图，如图3所示，从图中可以看出，能量吸收均发生在牵引网电压峰值处，且能量吸收功率与牵引网电压和电流的乘积均成正相关，即牵引网电压和电流均较大时，吸收功率也较大。图中能量吸收功率曲线表明，吸收功率的峰独立且相距较远，表明没有由于电压噪声波动出现误触发，对噪声抵抗能力强，本发明可有效识别牵引网电压的升高，能量吸收连续且完整，几乎不会出现误触发的情况。

经仿真验证，吸收的再生能量占列车牵引能耗的比重达到了25％，与目前普遍使用的方法相比能量吸收率提升显著。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于地铁再生能量吸收利用的控制方法，其特征在于，

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述检测模块为ADC芯片。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述直流母线的电压信号通过所述进线柜的传感器等比缩小后传送至所述ADC芯片，所述上行牵引网的电流信号和下行牵引网的电流信号通过所述馈线柜的传感器等比缩小后传送至所述ADC芯片。

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，能量吸收功率＝牵引网电压*上行或下行牵引网电流。

5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，若上行牵引网和下行牵引网均需要吸收再生能量时，能量吸收总功率＝上行牵引网吸收功率和下行牵引网吸收功率之和。

6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当牵引网电压为750V时，所述电压阈值为750-830V，优选为780V。

7.一种用于地铁再生能量吸收利用的控制系统，其特征在于，包括进线柜、馈线柜和能量吸收利用系统，交流母线通过所述的进线柜电连接至直流母线上，所述馈线柜包括第一馈线柜和第二馈线柜，直流母线通过所述第一馈线柜与下行牵引网电连接，所述直流母线通过所述第二馈线柜与上行牵引网电连接，所述能量吸收利用系统电连接于所述直流母线上，所述进线柜和馈线柜分别与所述能量吸收利用系统电连接。

8.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述能量吸收利用系统包括检测模块、控制模块和能量吸收利用装置，所述检测模块与所述控制模块电连接，所述控制模块和所述能量吸收利用装置电连接。

9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述检测模块与所述第一馈线柜电连接以接收下行牵引网的电流信号并转化为对应的数字量，所述检测模块与所述第二馈线柜电连接以接收上行牵引网的电流信号并转化为对应的数字量。

10.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述检测模块与所述进线柜电连接以转换所述直流母线的电压信号为数字量。

11.如权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述控制模块对所述检测模块输出的数字量进行计算后控制所述能量吸收利用装置的吸收功率。