专利名称：一种应用于城市轨道交通的应急牵引系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种应用于城市轨道交通的应急牵弓I系统。
背景技术：
蓄电池、超级电容器和飞轮作为三种主要应用于城市轨道交通的储能元件，其中蓄电池的能量密度大，功率密度较小，可存储的能量较多，放电电流平稳。但充电时间长，充放电电流较小，对温度敏感，循环次数少，寿命短；而超级电容器的功率密度高，能量密度较小，充放电电流大，能量转换效率高，循环寿命长，安全系数高，适用温度范围宽，绿色环保；飞轮同样有大功率密度，长寿命，对并环境友好，能量利用率高，但价格昂贵，安全性有待提高。在750V网压下，庞巴迪有将超级电容器装车作制动能量回收用，也有将蓄电池单独安装作为空车回库的动力源，但是目前仍未有混合储能装置在1500V网压下的应用，同时利用车载储能系统实施重载紧急移车在国内也属首次。
发明内容
本发明的目的在于提出一种应用于城市轨道交通的应急牵引系统。本发明提出的应用于城市轨道交通的应急牵引系统，包括供电网络10、城轨车辆的辅助系统20、主牵引逆变器30、牵引电机31、电力变换装置40、储能元件41和总控制器 50，供电网络10的输出端分别连接电力变换装置40、主牵引逆变器30和城轨车辆的辅助系统20 ；所述储能元件41 一端与供电网络10高压侧连接，一端与供电网络10连接；所述电力变换装置40的高压侧与主牵引逆变器30和城轨车辆的辅助系统20相连，低压侧与储能元件41相连；所述牵引电机31连接主牵引逆变器30的输出端，驱动列车运行；供电网络10、城轨车辆的辅助系统20、主牵引逆变器30、牵引电机31、电力变换装置40和储能元件41分别通过通讯总线连接总控制器50。本发明中，所述供电网络10为牵引变电站或馈电网络等中任一种，是列车正常运行时列车牵引吸收功率能量并在制动时反馈功率能量的地方。通常指架空供电线路。其输出端分别与所述的电力变换装置、牵引逆变器、辅助系统相连。本发明中，所述储能元件41包括在正常运营时制动能量回收用，在应急情况下提供大功率充放电的超级电容器串并联电路，以及用于提供高能量的多节蓄电池串并联电路。其一端与供电网络相连，一端与电力变换装置相连，并通过通讯总线向总控制器提供如剩余荷电状态等相应数据。本发明中，所述的用于控制能量变换及充放电管理的电力变换装置，受总控制器的控制，反映能量变换状态。其高压侧与电网、牵引逆变器和辅助系统相连，其低压侧与不同的储能元器件相连。本发明中，所述的用于控制列车工作的牵引电机接主牵引逆变器的输出，驱动列车运行，并受总控制器监控，使其在稳定工作条件下运行。
本发明中，所述的用于除牵引功率能量需求外功耗能耗的辅助系统，与供电电网和电力变换装置相连，并受总控制器控制，用以在正常运行中监控运行并在应急条件下适时切除不需要的辅助负载以节省能量。本发明中，所述的控制以上所有单元的总控制器与上述系统部分均通过通讯总线相连，监控不同单元的工作状态，诊断故障原因，调节能量功率输出，达到优化控制、节能及环境友好的目的。与现有技术相比，本发明具有以下优点
1.本发明解决了因供电中断而造成的部分区间乃至整条线路停运问题，利用储能装置的事前电力储备实施自牵引，按剩余功率能量将车辆移动至安全地段。很大程度上降低由供电系统的失效而导致的乘客积压滞留几率，避免地下运营的线路在失去供电后狭小昏暗空间极易导致的恐慌等一些极端情况和次生灾害及由其导致的公共安全、公共关系问题。2.本发明能在更高的网压下工作，目前已经出现的储能系统一般工作在750V的网压下，不能满足国内如上海等地区的1500V触网要求。3.本发明的牵引负载更大，有别于国外部分应用于小型轻型的有轨列车，本发明针对的是城市大客流的轨道交通，面向正线最高AW3负载下的列车予以牵引。4.本发明当出现触网故障后根据剩余功率能量，通过不同控制选择高速移车或是长距离移车模式，相应节省调度车辆救援所需的时间，加快了救援速度或是相应降低了救援难度。5.本发明在电网正常供电时，可以大大提高车辆制动能量的利用率，通过车载储能装置短时大电流充电将这部分能量进行临时储存，并在车辆启动、爬坡运行等大功率需求时予以释放，降低对触网的能耗功耗需求，实现节能的目的。6.本发明综合了超级电容器与蓄电池的各自优点，利用蓄电池高能量比、超级电容高功率比的特点，限制混合储能元件的重量、体积，有利于直接将系统安装在城轨车辆中，提高效率，解决地面级储能系统无法避免的传输线路损耗、线路短路断路而无法传递能
量功率等问题。7.本发明可以减少新线路上的变电站数量，节省新线路的变电站投资，延长现有变电站级馈电线路的使用寿命，考虑到日趋上涨的工业用电费用，投资回报比较明显，并有绿色环保作用。
图1为本发明的实施例的示意图。图2为本发明的状态流图。图3为本发明的应急流程图。图中标号10为供电网络，20为城轨车辆的辅助系统，30为主牵引逆变器，31为牵弓丨电机，40为电力变换装置，41为储能元件，50为总控制器。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。实施例1 应用于城市轨道交通的应急牵引系统。包括用于提供电能的供电网络10，用于高能量或是大功率放电的储能元件41，用于控制能量变换以及充放电管理的电力变换装置40，用于控制列车工作、驱动列车运行的牵引电机31，用于除牵引功率能量需求外功耗能耗的辅助系统20及用于控制以上所有单元的总控制器50。所述的用于提供电能的供电网络10，包括牵引变电站、馈电网络等，是列车正常运行时列车牵引吸收功率能量并在制动时反馈功率能量的地方，通常指架空供电线路。其输出端分别与所述的电力变换装置40、主牵引逆变器30、城轨车辆的辅助系统20相连。所述的用于高能量、大功率放电的储能元件20，包括在正常运营时制动能量回收用，在应急情况下提供大功率充放电的超级电容器串并联电路，以及用于提供高能量的多节蓄电池串并联电路。其一端与供电网络10相连，一端与电力变换装置40相连，并通过通讯总线向总控制器提供如剩余荷电状态等相应数据。所述的用于控制能量变换及充放电管理的电力变换装置40，受总控制器50的控制，反映能量变换状态。其高压侧与供电网络10、主牵引逆变器 30和城轨车辆的辅助系统20相连，其低压侧与不同的储能元器件相连。所述的用于控制列车工作的交流电机接牵引逆变器的输出，驱动列车运行，并受总控制器50监控，使其在稳定工作条件下运行。所述的用于除牵引功率能量需求外功耗能耗的辅助系统，与供电网络 10和电力变换装置40相连，并受总控制器50控制，用以在正常运行中监控运行并在应急条件下适时切除不需要的辅助负载以节省能量。所述的控制以上所有单元的总控制器50与上述系统部分均通过通讯总线相连，监控不同单元的工作状态，诊断故障原因，调节能量功率输出，达到优化控制、节能及环境友好的目的。本实施例为本发明在城市轨道交通制动能量回收及应急牵引中的应用
如图1所示，10表示的是供电网络，其在正常情况下给城轨列车提供所需的功率和能量。20表示的是城轨车辆的辅助系统，它包括了空调、闭路电视、照明、通讯等多种设备。 3x(x为(Tl)表示的是城轨车辆的主牵引部分，其中30为主牵引逆变器，31为牵引电机，一般城市轨道交通车辆一节动车将会配备1台主牵引逆变器和4台牵引电机，在应急情况下将根据能耗、效率、颠覆转矩等多方面因素决定使用的动车数量即选用的电机数量。4x(x 为(Tl)表示的是这个应急牵引系统的能量存储和底层控制部分，其中40表示电力变换装置，它将41表示的储能元件所事前存储的能量变换成牵引部分、辅助系统等所需要的电压等级，并在电网正常工作时将因制动等原因导致的过高网压变换成储能元件的电压等级并由储能元件存储多余能量，以备下次启动或是应急模式下的能量储备。50表示的是总控制器，它根据事前的设定选择列车的运行模式。图2表示本发明的状态流图，列车的运行模式被分为待机、充电、放电、停机、应急等五种状态，其中充电态表示列车制动时储能元件充电的情况，放电态表示列车启动或上坡等需要大功率时储能元件放电的情况，待机态表征列车除充电、放电态以外的正常运行情况。停机态表示正常关机或是电网发生故障时列车自切断与电网联系时的状态。应急态表示应急牵引时进入的状态。图3是应急工况的流程图。当出现故障后首先切断与触网间的物理连接以保护列车本身设备，同时打开应急通风照明。然后对列车进行自检，如果列车本身牵引系统出现问题，那只能在原地等待救援，但如若只是触网发生问题，则由司机在综合调度中心指令、前后方路况及列车自身能源储备的前提下判断是否进入应急移车。进入应急移车后则对系统在预充电后按给定电压升压，并由路况等多方面因素确定牵引方案。 然后进行移车到站后打开车门进行疏散工作。
目前的自牵引系统在750V较低网压、地铁空车回库、有轨电车等方面有所使用， 但一方面使用的储能元件单一，工作所需满足的电压很低；另一方面能够驱动的负载很轻使得减少了对于功率方面的需求。然而在网压1500V、正线重载运行时往往就力不从心。本发明针对高压大功率高能量的需求，混合使用不同性质的储能器件，并通过总控制器控制， 能够满足在恶劣工况下一定距离内的应急移车需求，有效地消除眼下城市轨道交通运营过程中因供电中断而造成的部分区间乃至整条线路停运现象，避免由地下运营线路在失去供电后狭小昏暗空间诱发的恐慌和次生灾害及由其导致的公共安全、公共关系问题；本发明还能应用在轨道交通的正常运营过程中，将大部分被制动电阻消耗的能量事先存储于储能器件并在必要时予以释放，减少对供电网的功率能量需求，有效提高制动能量的利用率，并由此降低对供电线网的需求，延长变电站间的间距，减少变电站的数量，对节能减排、环境保护、降低运营成本均具有深刻意义。
权利要求
1.一种应用于城市轨道交通的应急牵引系统，包括供电网络(10)、城轨车辆的辅助系统(20)、主牵引逆变器(30)、牵引电机(31)、电力变换装置(40)、储能元件(41)和总控制器(50)，其特征在于供电网络(10)的输出端分别连接电力变换装置(40)、主牵引逆变器 (30)和城轨车辆的辅助系统00)；所述储能元件Gl) —端与供电网络(10)高压侧连接， 一端与供电网络(10)连接；所述电力变换装置GO)的高压侧与主牵引逆变器(30)和城轨车辆的辅助系统O0)相连，低压侧与储能元件Gl)相连；所述牵引电机(31)连接主牵引逆变器(30)的输出端，驱动列车运行；供电网络(10)、城轨车辆的辅助系统O0)、主牵引逆变器(30)、牵引电机(31)、电力变换装置00)和储能元件Gl)分别通过通讯总线连接总控制器(50)。
2.根据权利要求1所述的应用于城市轨道交通的应急牵引系统，其特征在于所述供电网络(10)为牵引变电站或馈电网络中任一种。
3.根据权利要求1所述的应用于城市轨道交通的应急牵引系统，其特征在于所述储能元件Gl)包括在正常运营时制动能量回收用，在应急情况下提供大功率充放电的超级电容器串并联电路，或用于提供高能量的多节蓄电池串并联电路。
全文摘要
本发明涉及一种应用于城市轨道交通的应急牵引系统，包括供电网络、城轨车辆的辅助系统、主牵引逆变器、牵引电机、电力变换装置、储能元件和总控制器，供电网络的输出端分别连接电力变换装置、主牵引逆变器和城轨车辆的辅助系统；所述储能元件一端与供电网络高压侧连接，一端与供电网络连接；所述电力变换装置的高压侧与主牵引逆变器和城轨车辆的辅助系统相连，低压侧与储能元件相连；所述牵引电机连接主牵引逆变器的输出端，驱动列车运行；供电网络、城轨车辆的辅助系统、主牵引逆变器、牵引电机、电力变换装置和储能元件分别通过通讯总线连接总控制器。本系统适用的电压等级更高，体积更小，牵引负载更大，牵引距离更远，可靠性好、控制灵活，寿命长，应用范围广，投资回报时间较短。
文档编号B60L15/00GK102303536SQ20111010883
公开日2012年1月4日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者周巧莲, 姚勇涛, 李济棋, 沈小军, 袁登科, 韦莉, 顾帅 申请人:同济大学