[发明专利]一种用于轨道交通的三电平拓扑储能装置及其控制方法

权利要求书

1.一种用于轨道交通的三电平拓扑储能装置，包括预充电电路、中点电位箝位电路、超级电容器Cap和n个双向DC/DC变流支路；其特征在于：中点电位箝位电路由电容C1和电容C2组成，电容C1的一端经预充电电路接于直流牵引电网的正极，C1的另一端与C2串联后接于直流牵引电网的负极；双向DC/DC变流支路由四个IGBT器件V1、V2、V3和V4以及电抗器L1组成，V1、V2、V3和V4依次串联后的两端分别接于C1与C2串联后的两端，V2与V3的连接点接于C1与C2的连接点；V1与V2的连接点、V3与V4的连接点分别接于电抗器L1的两个输入端上，L1的两个输出端分别接于超级电容器Cap的两端。

2.根据权利要求1所述的用于轨道交通的三电平拓扑储能装置，其特征在于：所述预充电电路由继电器KM1、继电器KM2和预充电电阻R1组成，继电器KM2的常开点与电阻R1串联再与继电器KM1的常开点并联后，一端接于直流牵引电网的正极，另一端与电容C1相连接。

3.根据权利要求1或2所述的用于轨道交通的三电平拓扑储能装置，其特征在于：所述IGBT器件为1700V的IGBT。

4.根据权利要求1或2所述的用于轨道交通的三电平拓扑储能装置，其特征在于：所述超级电容器Cap由多个超级电容单体串并联组成。

5.一种基于权利要求1所述的用于轨道交通的三电平拓扑储能装置的制动能量吸收再利用控制方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：

a).检测电压：实时检测直流牵引电网的电压，设检测的电压值为Vpn；

b).电压比较：将检测到的直流牵引电网的电压Vpn与设定参考电压Vref作比较，如果Vpn＞Vref，则判断出列车处于制动状态引起电网电压上升，此时进入储能模式，充电命令信号进行置1有效；如果Vpn＜Vref，则判断出列车处于启动加速状态引起电网电压下降，此时进入释放模式，放电命令信号进行置1有效；

c).电压外环：将电压Vpn与设定参考电压Vref做差并经比例积分处理后，生成超级电容充放电的控制信号；

d).电流闭环：将超级电容器的充放电电流与步骤c)产生的超级电容充放电的控制信号做差，得到电流闭环的控制输出信号；

e).中点电位调节：将电容C1两端的电压Vpm与电容C2两端的电压Vmn做差，得到中点电位的偏差信号；将中点电位的偏差信号与电流闭环的控制输出信号叠加得到一路调制信号，与电流闭环的控制输出信号做差得到另一路调制信号；

f).驱动信号的生成：将步骤e)中得到的两路调制信号均与载波信号作比较，得到两路PWM驱动信号；一路PWM驱动信号分成两路分别与充电命令和放电命令进行与运算后，分别接于所有双向DC/DC变流支路中的V1和V3的控制端；另一路PWM驱动信号分成两路分别与充电命令和放电命令进行与运算后，分别接于所有双向DC/DC变流支路中的V2和V4的控制端。