一种地铁电容储能的设计方法与流程

1.本发明涉及电气设备的应用技术，特别是关于一种地铁电容储能的设计方法。


背景技术：

2.地铁列车车辆作为一种城市交通工具，在运行过程中，由于站间距离较短，列车启动、制动频繁，制动能量是相当可观的，地铁再生制动产生的回馈能量，一部分由同线路列车之间相互吸收，另一部分传统的做法是必须通过电阻转释放，以供电电网网压过高，这样一来，部分制动回馈的电能通过电阻而消耗，电能转变成热能向四周散发，带来一系列连锁反应：制动能量通过电阻发热的方式浪费
‑‑‑
隧道和站台内的温升问题
‑‑‑
增加了站内空调系统的负担
‑‑‑
造成更多的能源浪费
‑‑‑
增加地铁的建设费用金额运行费用。
3.在倡导环保节能生产、低碳绿色生活的时代下，降低能耗、节约能源、降低运营成本，是轨道交通再生制动能量的回馈吸收利用成为轨道交通发展研究的热点，目的在于设法将列车制动能量吸收并存储起来，当需要的时候再将吸收存储的能量释放出来，提高供电能量电能的利用率并减少能量的浪费。


技术实现要素：

4.本发明的目的之一是提供一种地铁电容储能设计的方法，能提供地铁电容储能设计电路。
5.本发明的目的之二是提供一种地铁电容储能设计的方法，它能提供一种输入数据少、计算简单的电容储能的参数计算方法。
6.本发明的目的之三是提供一种地铁电容储能设计的方法，它较之简单的定性分析法或者试验法，使计算过程更加快捷，设计结果更加准确。
7.本发明的目的是这样实现的，涉及一种地铁电容储能的设计方法，包括电抗和电容，其特征是：电容是由多支电容串并联组成，用于吸收和释放能量，电抗与电容串联形成电容储能单元，电容储能单元通过充电储能回路和放电释能回路与地铁接触网的正极与负极电连接，当车辆制动时，地铁接触网电压升高，地铁接触网电压大于电容两端电压值，地铁接触网电压通过充电储能回路向电容两端充压，使电容储能单元的电容电压升高，进行储能；当车辆牵引时，地铁接触网电压降低，地铁接触网电压低于电容两端电压值，电容两端电压通过放电释能回路向地铁接触网释放电能。
8.电容储能是一个由若干个电容器通过串并联，对于由n个电容串联、m个电容并联组成的n
×
m电容阵列，假设电容储能的放电功率为p
放电
，其中储能系统的端电压为n
∙
u(t),电流为m
∙
i(t)，同样假设每只电容的放电功率为p，则p=u(i)
∙
i(t)，电容总的放电功率p
放电
是：p
放电
=n
∙
u(t)
∙m∙
i(t)=n/k
∙
u(t)
∙k∙m∙
i(t)=n
∙m∙
p由上式知，当储能的电容个数确定后，每只电容的功率输出相同。
9.所述的充电储能回路包括：mosg1、mosg2、第一保护二极管d1、第二保护二极管d2、
电抗和电容,第一保护二极管d1正负极并接在mosg1源漏两端，第二保护二极管d2正负极并接在mosg2的源漏两端，mosg1和mosg2串接在地铁接触网电压两端，电抗和电容串接在mosg2的漏源两端，当车辆制动时，地铁接触网电压升高，使mosg1工作，mosg2不工作；第二保护二极管d2不导通，使地铁接触网电压通过mosg1、电抗和电容串接形成充电回路，使电容充电电压提升，进行储能。
10.所述的充电储能回路包括：mosg1、mosg2、第一保护二极管d1、第二保护二极管d2、电抗和电容,第一保护二极管d1正负极并接在mosg1源漏两端，第二保护二极管d2正负极并接在mosg2的源漏两端，mosg1和mosg2串接在地铁接触网电压两端，电抗和电容串接在mosg2的漏源两端；当车辆牵引时，地铁接触网电压降低，使mosg1不工作，mosg2工作；电容通过电抗、第一保护二极管d1向地铁接触网返回电压，电容进行释能。
11.本发明的原理及优点是：电抗l是滤波斩波电抗，电容c由多支电容串并联组成，电抗与电容采用串联连接，连接在地铁接触网的正极和负极，通过电抗与电容串联组成电容储能系统装置，当车辆制动时产生的能量通过电容吸收，当车辆牵引时需要的能量通过电容释放，以此提高供电能量电能的利用率并减少能量的浪费。
12.下面结合实施例附图对本发明做进一步说明。
附图说明
13.图1是本发明实施例电路原理图；图2是充电储能回路图；图3是放电释能回路图。
14.图中：l、电抗；c、电容。
具体实施方式
15.以下将结合附图及实施例详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程充分理解并据以实施。
16.如图1、图2和图3所示，本发明涉及一种地铁电容储能的设计方法，包括电抗l和电容c，其特征是：电容c是由多支电容串并联组成，用于吸收和释放能量，电抗l与电容c串联形成电容储能单元，电容储能单元通过充电储能回路和放电释能回路与地铁接触网的正极与负极电连接，当车辆制动时，地铁接触网电压升高，地铁接触网电压大于电容c两端电压值，地铁接触网电压通过充电储能回路向电容c两端充压，使电容储能单元的电容c电压升高，进行储能；当车辆牵引时，地铁接触网电压降低，地铁接触网电压低于电容c两端电压值，电容c两端电压通过放电释能回路向地铁接触网释放电能。
17.电容储能是一个由若干个电容器通过串并联做成的系统装置，储能中电容的数量由待存储能量的多少来决定，在确定了电容储能需要的电容c单体个数后，电容c的串并联组合方式不影响储能的释放能量的效率。对于由n个电容串联、m个电容并联组成的n
×
m电容阵列，假设电容储能的放电功率为p
放电
，其中储能系统的端电压为n
∙
u(t),电流为m
∙
i(t)，同样假设每只电容的放电功率为p，则p=u(i)
∙
i(t)。电容总的放电功率p
放电
是：p
放电
=n
∙
u(t)
∙m∙
i(t)=n/k
∙
u(t)
∙k∙m∙
i(t)=n
∙m∙
p由上式知，当储能的电容c个数确定后，每只电容c的功率输出相同。若并联回路增
加k倍，则相应的串联回路减少k倍，结果并不影响电容上的电压、电流值的变化。而电容的串并联组合形式却使电容储能系统整体电压减小k倍，电流增加k倍。
18.p
放电
=n
∙
u(t)
∙m∙
i(t)=n/k
∙
u(t)
∙k∙m∙
i(t)=n
∙m∙
p电容储能的串并联设计，在输出功率一定时，如果储能的电容c串联个数过多，则整个电容储能回路承受的电压应力较大；如果电器并联个数较多，经过储能回路的电流较大，线路阻抗等回路损耗都会相应增大。所有在地铁电容储能设计时，要考虑实际应用，灵活确定储能电容的串并联个数。
19.如图2所示，本发明中充电储能回路包括：mosg1、mosg2、第一保护二极管d1、第二保护二极管d2、电抗l和电容c,第一保护二极管d1正负极并接在mosg1源漏两端，第二保护二极管d2正负极并接在mosg2的源漏两端，mosg1和mosg2串接在地铁接触网电压两端，电抗l和电容c串接在mosg2的漏源两端，当车辆制动时，地铁接触网电压升高，使mosg1工作，mosg2不工作；第二保护二极管d2不导通，使地铁接触网电压通过mosg1、电抗l和电容c串接形成充电回路，使电容c充电电压提升，进行储能。
20.如图3所示，充电储能回路包括：mosg1、mosg2、第一保护二极管d1、第二保护二极管d2、电抗l和电容c,第一保护二极管d1正负极并接在mosg1源漏两端，第二保护二极管d2正负极并接在mosg2的源漏两端，mosg1和mosg2串接在地铁接触网电压两端，电抗l和电容c串接在mosg2的漏源两端；当车辆牵引时，地铁接触网电压降低，使mosg1不工作，mosg2工作；电容c通过电抗l、第一保护二极管d1向地铁接触网返回电压，电容c进行释能。
21.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种地铁电容储能的设计方法，包括电抗（l）和电容（c，其特征是：电容（c）是由多支电容串并联组成，用于吸收和释放能量，电抗（l）与电容（c）串联形成电容储能单元，电容储能单元通过充电储能回路和放电释能回路与地铁接触网的正极与负极电连接；当车辆制动时，地铁接触网电压升高，地铁接触网电压大于电容（c）两端电压值，地铁接触网电压通过充电储能回路向电容（c）两端充压，使电容储能单元的电容（c）电压升高，进行储能；当车辆牵引时，地铁接触网电压降低，地铁接触网电压低于电容（c）两端电压值，电容（c）两端电压通过放电释能回路向地铁接触网释放电能。2.根据权利要求1所述的一种地铁电容储能的设计方法，其特征是：电容储能是一个由若干个电容器通过串并联，对于由n个电容串联、m个电容并联组成的n
×
m电容阵列，假设电容储能的放电功率为p
放电
，其中储能系统的端电压为n
∙
u(t),电流为m
∙
i(t)，同样假设每只电容的放电功率为p，则p=u(i)
∙
i(t)。电容总的放电功率p
放电
是：p
放电
=n
∙
u(t)
∙
m
∙
i(t)=n/k
∙
u(t)
∙
k
∙
m
∙
i(t)=n
∙
m
∙
p由上式知，当储能的电容个数确定后，每只电容的功率输出相同。3.根据权利要求1所述的一种地铁电容储能的设计方法，其特征是：所述的充电储能回路包括：mosg1、mosg2、第一保护二极管d1、第二保护二极管d2、电抗（l）和电容（c）,第一保护二极管d1正负极并接在mosg1源漏两端，第二保护二极管d2正负极并接在mosg2的源漏两端，mosg1和mosg2串接在地铁接触网电压两端，电抗（l）和电容（c）串接在mosg2的漏源两端，当车辆制动时，地铁接触网电压升高，使mosg1工作，mosg2不工作；第二保护二极管d2不导通，使地铁接触网电压通过mosg1、电抗（l）和电容（c）串接形成充电回路，使电容（c）充电电压提升，进行储能。4.根据权利要求1所述的一种地铁电容储能的设计方法，其特征是：所述的充电储能回路包括：mosg1、mosg2、第一保护二极管d1、第二保护二极管d2、电抗（l）和电容（c）,第一保护二极管d1正负极并接在mosg1源漏两端，第二保护二极管d2正负极并接在mosg2的源漏两端，mosg1和mosg2串接在地铁接触网电压两端，电抗（l）和电容（c）串接在mosg2的漏源两端；当车辆牵引时，地铁接触网电压降低，使mosg1不工作，mosg2工作；电容（c）通过电抗（l）、第一保护二极管d1向地铁接触网返回电压，电容（c）进行释能。

技术总结
本发明涉及一种地铁电容储能的设计方法，包括电抗和电容，其特征是：电抗是滤波斩波电抗，电容由多支电容串并联组成，电抗与电容采用串联连接，连接在地铁接触网的正极和负极，当车辆制动时产生的能量通过电容吸收，当车辆牵引时需要的能量通过电容释放。这种地铁电容储能设计的方法，能对地铁接触网是能量进行随时吸收和释放，使用器件较少、设计简单更加准确。确。确。


技术研发人员：王俭 郭天一 安涛 马晨 武阳 高梅 李超 袁龙海
受保护的技术使用者：通号（西安）轨道交通工业集团有限公司
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/9/14