[发明专利]一种电气化铁路单相混合储能装置及控制方法

说明书

一种电气化铁路单相混合储能装置及控制方法，其特征是所述控制模块包括主控和从控，所述主控包括电压互感器和电流互感器，主控采集电网电压、电流信号进行有功无功控制，实现对电网有功以及无功的调节，所述从控设置在逆变装置内，从控通过光纤与主控通讯，从控根据主控下发的指令控制逆变装置工作，所述储能装置与逆变装置的直流侧相连，用于储存能量，逆变装置的交流侧依次通过滤波电抗器和缓冲电路与单相电网相连接；通过对机车制动能量的储存与释放，可提高牵引供电系统的能量利用率，减少铁路公司的运营成本；还可提高电网功率因数，减少因功率因数不足带来的罚款；通过超级电容与锂电池的配合使用，提高装置容量和寿命。

技术领域

本发明涉及电气化铁路制动储能技术领域，尤其涉及一种电气化铁路单相混合储能装置及控制方法。

背景技术

随着我国铁路行业的发展，电气化铁路的占比越来越大，由此带来的各种问题日趋明显。目前，电力机车主要有两种制动方式，一种是再生制动，一种是盘形制动。当发生再生制动时，电力机车的动能通过牵引电机转换成电能回馈到接触网上，当接触网上有其它电力机车时，其回馈的能量可以直接供给其它电力机车使用；当回馈的能量大于消耗的能量时，多余的电能会通过能量回馈装置回馈到三相电网上，由于电力公司在进行电能计费时采用单向计费，对于回馈到电网的电能不计费。因此，对于铁路公司而言，回馈到电网的电能并不能产生收益，实际是等于浪费。另外电气化铁路电费包含电度电量和需量电费两部分，需量电费由每个月最大功率决定，通过储能的方式可以在测量刹车回馈的时候把能量存储下来，在车辆启动加速的时候释放出这部分能量，可以达到降低需量电费，降低电度电量两部分的作用。

另一方面，由于电力机车属于单相波动负荷，其特点是负荷随时间大幅度波动，由此导致无功波动较大，如果使用普通的电容器进行补偿，则可能出现过补和欠补的情况。这不仅导致电网电压突变，还有可能因为功率因数过低或者无功倒送导致铁路公司罚款。

有一些专利或者论文曾经对电气化铁路的电能综合调节或者储能做出了描述，有的是将能量在两个供电臂之间传递，未包含储能作用，如中国专利201610780481.1《电气化铁路牵引变电所变压器电能质量综合控制装置》；有的是采用变压器降低电压到低压变流器模式，未能实现直接连接27.5kV高压的模式，增加了变压器的损耗，如中国专利201410002448.7《用于电气化铁路的电能调节装置及其方法》；有的是简单采用一种储能介质，无法兼顾超级电容的大功率能力和锂电池的大容量性能，如中国专利201721334804.0《一种应用于电气化铁路的多能互补并网系统》。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种电气化铁路单相混合储能装置及控制方法，兼顾了两种储能介质的特点，既保证了充放电速度又保证了充放电总能量足够大。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种电气化铁路单相混合储能装置，包括控制模块、储能装置、逆变装置、滤波电抗器和缓冲电路，所述控制模块包括主控和从控，所述主控包括电压互感器和电流互感器，主控采集电网电压、电流信号进行有功无功控制，实现对电网有功以及无功的调节，所述从控安装在逆变装置内，从控通过光纤与主控通讯，从控根据主控下发的指令控制逆变装置工作，所述储能装置与逆变装置的直流侧相连，用于储存能量，逆变装置的交流侧依次通过滤波电抗器和缓冲电路与单相电网相连接。

进一步地，逆变装置设置为H桥拓扑结构，逆变装置包含4个IGBT模块，所述IGBT模块的交流侧依次串联并通过滤波电抗器和缓冲电路与单相电网相连接。

进一步地，缓冲电路包括缓冲电阻和断路器，所述缓冲电阻与断路器并联连接。

进一步地，储能装置包括超级电容、锂电池和DC/DC模块，所述超级电容通过DC/DC模块与锂电池相连接，用于超级电容与锂电池之间的能量交换，超级电容用于大功率快速存储和释放能量，锂电池用于大容量长时间存储和释放能量。