[发明专利]一种地铁用混合储能系统

说明书

本发明提供了一种地铁用混合储能系统，通过结合锂电池高比能量和超级电容器高比功率的特点，综合考虑了地铁高峰、平峰运行时段、以及牵引网电压区间等因素的影响，得到了地铁回馈电能在锂电池组和超级电容器组之间的优化分配策略和混合储能系统的容量设计方法。本发明在保证牵引网电压处于安全范围的前提下，能够合理分配电池组和超级电容器组的功率/能量，有效提高了地铁回馈电能的回收效率；同时降低了锂电池组所需承担的功率上限，可以减少锂电池组并联容量和系统成本。

技术领域

本发明涉及轨道交通节能技术领域，具体涉及一种地铁用混合储能系统。

背景技术

城市地铁制动过程可回馈相当于牵引能量30％的制动能量到直流牵引网，其中不能被其它车辆吸收的多余电能普遍采用电阻进行消耗，用以避免电压升高所引起的牵引电网安全问题，但这同时也导致了回馈能量的浪费。

采用储能系统回收地铁直流牵引网多余的制动能量，一方面可以防止电压过高，实现节能，另一方面存储的能量在车辆加速的时候可以释放出来，提供电压支撑。然而，地铁制动所回馈的电能具有大功率、大能量的特点，单一储能元件组成的储能系统需要采用多组并联方式以提高功率或者能量等级，容易出现较大的容量冗余，造成系统配置上的较大浪费。将锂电池和超级电容组成混合储能系统，可以有效提高城市地铁储能系统的整体性能并降低成本，但是缺乏对混合储能系统控制和优化的综合考虑，导致目前的混合储能系统仍存在容量过大、节能率偏低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地铁用混合储能系统，以解决当前城市地铁储能系统容量冗余和回收能量低的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种地铁用混合储能系统，包括锂电池组、超级电容器组、第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器和协同控制器；

所述第一双向DC/DC变换器的低压侧连接锂电池组，高压侧连接于直流牵引网两端；所述第二双向DC/DC变换器的低压侧连接超级电容器组，高压侧连接于直流牵引网两端；所述协同控制器的检测输入端连接锂电池组、超级电容器组和直流牵引网，控制输出端连接第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器；

所述协同控制器通过检测直流牵引网电压U_grid、锂电池组荷电状态SOC_bat、超级电容器组荷电状态SOC_sc，结合地铁车辆运行时段，按照控制策略，对所述第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器的启停进行控制：

在高峰运行时段：若地铁车辆制动并导致直流牵引网电压上升，根据检测的U_grid实时值，先采用超级电容器组吸收回馈电能，若U_grid继续上升，再增加锂电池组吸收回馈电能；

在平峰运行时段：若地铁车辆制动并导致直流牵引网电压超过设定阈值，同时启动锂电池组和超级电容器组吸收回馈电能，并根据U_grid实时值对锂电池组充电倍率进行调整；

在地铁车辆处于启动或者加速阶段时：若直流牵引网电压下降，锂电池组和超级电容器组释放能量提供电压补偿。

所述高峰运行时段的控制策略具体为：

所述协同控制器设置所述超级电容器组、锂电池组的充电启动电压分别为U_sc、U_bat，并将U_sc、U_bat分别设定在[U_sc，min，U_sc，max]、[U_bat，min，U_bat，max]区间内，且同时满足U_sc，minU_bat，min、U_sc，maxU_bat，max；