本發(fā)明涉及軌道交通領域，具體涉及一種能量回饋系統(tǒng)和該能量回饋系統(tǒng)的啟動方法。

背景技術：

牽引網(wǎng)電壓正常運行時在1500V左右，而軌道交通能量回饋系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)啟動前的母線電壓初始值為0。能量回饋系統(tǒng)與牽引網(wǎng)之間的第一接觸器合閘啟動前要確保二者壓差盡量小，因為壓差越大合閘時對電網(wǎng)、電容、開關的沖擊越大，會造成配電開關跳閘、電容損壞、開關損壞。市場上常用的做法是利用牽引網(wǎng)串聯(lián)緩沖電阻對母線充電，當母線電壓和牽引網(wǎng)電壓接近時控制第一接觸器合閘對接，采用該方法的不足在于：1、牽引網(wǎng)通過緩沖電阻對母線電容進行充電時，對牽引網(wǎng)會造成沖擊，不利于軌道交通牽引網(wǎng)的穩(wěn)定和安全；2、由于存在母線電容的緩沖效應，母線電壓無法及時跟蹤牽引網(wǎng)電壓波動；3、母線充電速度較慢，要實現(xiàn)能量回饋系統(tǒng)的母線電壓與牽引網(wǎng)電壓的壓差足夠小，需要較長時間。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術中的問題，提供一種能量回饋系統(tǒng)和啟動方法，所述的能量回饋系統(tǒng)能夠支持實現(xiàn)更為有效的啟動方法，采用該啟動方法啟動時，能量回饋系統(tǒng)與牽引網(wǎng)連接時母線電壓與牽引網(wǎng)電壓基本一致，從而使牽引網(wǎng)不受到?jīng)_擊；進一步還可避免母線電容與第一接觸器在母線充電時因受沖擊而損壞。

為達成上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種能量回饋系統(tǒng)，包括第一接觸器、母線、母線電容、變流單元、第二接觸器、牽引網(wǎng)電壓檢測單元、母線電壓檢測單元和變流控制單元；所述的第一接觸器用于啟閉牽引網(wǎng)與母線的電連接，特別是用于在母線電壓跟蹤到牽引網(wǎng)電壓后閉合以建立牽引網(wǎng)與母線的電連接關系；所述的母線電容跨接于母線；所述的變流單元用于實現(xiàn)直流到交流或交流到直流的轉(zhuǎn)換，其直流端跨接于母線，其交流端通過第二接觸器連接交流電網(wǎng)；所述的牽引網(wǎng)電壓檢測單元用于測量牽引網(wǎng)電壓并發(fā)送給變流控制單元；所述的母線電壓檢測單元用于測量母線電壓并發(fā)送給變流控制單元；所述的變流控制單元在閉合第二接觸器后接收牽引網(wǎng)電壓檢測單元發(fā)送的牽引網(wǎng)電壓和母線電壓檢測單元發(fā)送的母線電壓，并對變流單元實施跟蹤控制以使母線電壓實時跟蹤牽引網(wǎng)電壓。

進一步地，所述的變流單元采用具有雙向變流功能的電路，可以為三相全橋電路、三相半橋電路、T型三電平電路或I型三電平電路。

進一步地，所述的能量回饋系統(tǒng)還包括一組以上的交流緩沖單元，每組交流緩沖單元均與第二接觸器并聯(lián)，且均包括串接在一起的緩沖電阻和第三接觸器。

前兩個技術方案中的能量回饋系統(tǒng)的啟動方法包括如下步驟：步驟11：合閘第二接觸器；步驟12：延遲第一時間間隔后啟動變流單元和變流控制單元，由變流控制單元對變流單元實施跟蹤控制以使母線電壓實時跟蹤牽引網(wǎng)電壓；步驟13：在變流控制單元對變流單元實施跟蹤控制過程中，變流控制單元判斷母線電壓與牽引網(wǎng)電壓之間差值的絕對值是否小于或等于牽引網(wǎng)電壓的2％，如判斷結(jié)果為是則執(zhí)行步驟14，如判斷結(jié)果為否則返回再次執(zhí)行步驟13；步驟14：變流控制單元停止對變流單元的跟蹤控制，并控制變流單元保持母線電壓；步驟15：合閘第一接觸器。

進一步地，所述的第一時間間隔大于或等于50毫秒。

第三種技術方案中的能量回饋系統(tǒng)的啟動方法包括如下步驟：步驟21：合閘緩沖單元的第三接觸器；步驟22：延遲第二時間間隔后合閘第二接觸器；步驟23：延遲第三時間間隔后啟動變流單元和變流控制單元，由變流控制單元對變流單元實施跟蹤控制以使母線電壓實時跟蹤牽引網(wǎng)電壓；步驟24：在變流控制單元對變流單元實施跟蹤控制過程中，變流控制單元判斷母線電壓與牽引網(wǎng)電壓之間的差值的絕對值是否小于或等于牽引網(wǎng)電壓的2％，如判斷結(jié)果為是則執(zhí)行步驟25，如判斷結(jié)果為否則返回再次執(zhí)行步驟24；步驟25：變流控制單元停止對變流單元的跟蹤控制，并控制變流單元保持母線電壓；步驟26：合閘第一接觸器。

進一步地，步驟21按如下方式執(zhí)行：如果只有一組緩沖單元，則合閘該緩沖單元的第三接觸器；如果有兩組或兩組以上的緩沖單元，則依各緩沖單元的緩沖電阻電阻值從大到小的順序依次合閘各緩沖單元的第三接觸器，每次合閘前均延遲第二時間間隔，直至所有緩沖單元的第三接觸器全部合閘。

進一步地，還包括步驟22.5：開閘所有緩沖單元的第三接觸器；所述的步驟22.5可安排在步驟22至26中任一步驟之后。

進一步地，所述的第二時間間隔大于或等于50毫秒。

進一步地，所述的第三時間間隔大于或等于50毫秒。

本發(fā)明所述的技術方案相對于現(xiàn)有技術，取得的有益效果是：

1、所述的能量回饋系統(tǒng)啟動時，通過交流電網(wǎng)獲取電能，并通過變流控制單元控制變流單元，使母線電壓得以追蹤牽引網(wǎng)電壓，從而在能量回饋系統(tǒng)啟動時牽引網(wǎng)不受沖擊；

2、變流單元采用具有雙向變流功能的電路，具有反向不控整流功能，因此可以快速經(jīng)反向不控整流功能使母線升壓；

3、通過設置交流緩沖單元，使母線電壓逐步上升，母線電容充電時得以限流緩沖，避免了第一接觸器和母線電容的損壞；

4、設置第一時間間隔為50ms以上，便于母線電壓達到充電電壓；

5、當有多組緩沖單元時，依各緩沖單元的緩沖電阻電阻值從大到小的順序依次合閘各緩沖單元的第三接觸器，便于母線依次升壓，能夠更好地達到限流效果，保護母線電容和第一接觸器不受損壞；

6、開閘所有緩沖單元，便于能量回饋系統(tǒng)啟動后的正常運行；

7、設置第二時間間隔和第三時間間隔為50ms以上，便于母線電壓達到充電電壓。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實施例一能量回饋系統(tǒng)中各部件關系示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例一能量回饋系統(tǒng)電路圖；

圖3為本發(fā)明實施例一能量回饋系統(tǒng)啟動方法電壓-時序關系圖；

圖4為本發(fā)明實施例二和實施例三能量回饋系統(tǒng)中各部件關系示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例二能量回饋系統(tǒng)電路圖；

圖6為本發(fā)明實施例二能量回饋系統(tǒng)啟動方法電壓-時序關系圖；

圖7為本發(fā)明實施例三能量回饋系統(tǒng)電路圖；

圖8為本發(fā)明實施例三能量回饋系統(tǒng)啟動方法電壓-時序關系圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚、明白，以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1示出了實施例一中能量回饋系統(tǒng)中各部件關系。如圖1所示，實施例一中，能量回饋系統(tǒng)包括第一接觸器2、母線3、母線電容4、變流單元5、第二接觸器6、牽引網(wǎng)電壓檢測單元7、母線電壓檢測單元8和變流控制單元9。其中，第一接觸器2用于啟閉牽引網(wǎng)1與母線3的電連接，特別是用于在母線電壓跟蹤到牽引網(wǎng)電壓后閉合以建立牽引網(wǎng)1與母線3的電連接關系；母線電容4跨接于母線3；變流單元5用于實現(xiàn)直流到交流或交流到直流的轉(zhuǎn)換，其直流端跨接于母線3，其交流端通過第二接觸器6連接交流電網(wǎng)10；牽引網(wǎng)電壓檢測單元7用于測量牽引網(wǎng)電壓并發(fā)送給變流控制單元9；母線電壓檢測單元8用于測量母線電壓并發(fā)送給變流控制單元9；變流控制單元9在閉合第二接觸器6后接收牽引網(wǎng)電壓檢測單元7發(fā)送的牽引網(wǎng)電壓和母線電壓檢測單元8發(fā)送的母線電壓，并對變流單元5實施跟蹤控制以使母線電壓實時跟蹤牽引網(wǎng)電壓。其中，所謂的“跟蹤到”，即指母線電壓與牽引網(wǎng)電壓之間差值的絕對值小于或等于牽引網(wǎng)電壓的2％。

圖2示出了實施例一中能量回饋系統(tǒng)的電路圖(不包括牽引網(wǎng)電壓檢測單元、母線電壓檢測單元和變流控制單元)。其中，第一接觸器名稱為KM1，第二接觸器名稱為KM2。變流單元采用T型三電平雙向變流電路，可控開關器件采用IGBT和與IGBT反并聯(lián)的續(xù)流二極管。在變流單元和第二接觸器之間還設置了LC濾波電路。交流電網(wǎng)中還包括了變壓器，第二接觸器KM2與變壓器連接后再接外部交流電網(wǎng)。在實施例一中，牽引網(wǎng)電壓檢測單元和母線電壓檢測單元均采用霍爾電壓傳感器。

圖3示出了本發(fā)明實施例一啟動方法電壓-時序關系圖。其中13為牽引網(wǎng)電壓，14為母線電壓。本發(fā)明實施例一中的能量回饋系統(tǒng)啟動方法如下：

步驟11：合閘第二接觸器KM2，在圖3中，合閘的時點為T11。由于變流單元采用T型三電平雙向變流電路，且可控開關器件中包括具有不控整流功能的續(xù)流二極管，交流電網(wǎng)通過第二接觸器KM2和變流單元向母線充電，使母線電壓升至交流電網(wǎng)電壓的峰值。

步驟12：延遲第一時間間隔(本實施例中為50ms)后在T12時點啟動變流單元和變流控制單元，由變流控制單元對變流單元實施跟蹤控制，以使母線電壓實時跟蹤牽引網(wǎng)電壓；所謂的實時跟蹤，是指每間隔一段人為設定的時間，采集牽引網(wǎng)電壓值，并由變流控制單元控制變流單元，使母線電壓接近或等于該采集到的牽引網(wǎng)電壓值。所謂的跟蹤控制，是指變流控制單元為實現(xiàn)實時跟蹤而對變流單元采用的控制措施。

步驟13：在變流控制單元對變流單元實施跟蹤控制過程中，變流控制單元判斷母線電壓與牽引網(wǎng)電壓之間差值的絕對值是否小于或等于牽引網(wǎng)電壓的2％，如判斷結(jié)果為是則執(zhí)行步驟14，如判斷結(jié)果為否則返回再次執(zhí)行步驟13。

步驟14：變流控制單元停止對變流單元的跟蹤控制，并控制變流單元保持母線電壓。變流控制單元改變控制策略，將控制策略從跟蹤控制改變?yōu)楸３帜妇€電壓，所謂保持母線電壓，即指變流控制單元控制變流單元，使母線電壓保持在變更控制策略前的母線電壓值。

步驟15：合閘第一接觸器KM1，合閘時點為T13。從而連接牽引網(wǎng)與母線，完成能量回饋系統(tǒng)的啟動。

通過以上步驟完成能量回饋系統(tǒng)的啟動。由于能量回饋系統(tǒng)啟動時，通過交流電網(wǎng)獲取電能，并通過變流控制單元控制變流單元，使母線電壓得以追蹤牽引網(wǎng)電壓，從而確保能量回饋系統(tǒng)在啟動時牽引網(wǎng)不受沖擊。

圖4示出了實施例二和實施例三中能量回饋系統(tǒng)中各部件關系。如圖4所示，實施例二和實施例三中，能量回饋系統(tǒng)包括第一接觸器2、母線3、母線電容4、變流單元5、第二接觸器6、牽引網(wǎng)電壓檢測單元7、母線電壓檢測單元8、變流控制單元9和一組以上的交流緩沖單元。其中，第一接觸器2用于啟閉牽引網(wǎng)1與母線3的電連接，特別是用于在母線電壓跟蹤到牽引網(wǎng)電壓后閉合以建立牽引網(wǎng)1與母線3的電連接關系；母線電容4跨接于母線3；變流單元5用于實現(xiàn)直流到交流或交流到直流的轉(zhuǎn)換，其直流端跨接于母線3，其交流端通過第二接觸器6連接交流電網(wǎng)10；牽引網(wǎng)電壓檢測單元7用于測量牽引網(wǎng)電壓并發(fā)送給變流控制單元9；母線電壓檢測單元8用于測量母線電壓并發(fā)送給變流控制單元9；變流控制單元9在閉合第二接觸器6后接收牽引網(wǎng)電壓檢測單元7發(fā)送的牽引網(wǎng)電壓和母線電壓檢測單元8發(fā)送的母線電壓，并對變流單元5實施跟蹤控制以使母線電壓實時跟蹤牽引網(wǎng)電壓；每組交流緩沖單元均與第二接觸器6并聯(lián)，且均包括串接在一起的緩沖電阻12和第三接觸器11。而上述所謂的“跟蹤到”，即指母線電壓與牽引網(wǎng)電壓之間差值的絕對值小于或等于牽引網(wǎng)電壓的2％。

圖5示出了實施例二中能量回饋系統(tǒng)的電路圖(不包括牽引網(wǎng)電壓檢測單元、母線電壓檢測單元和變流控制單元)。其中，第一接觸器名稱為KM3，第二接觸器名稱為KM4，第三接觸器名稱為KM5。變流單元采用T型三電平雙向變流電路，可控開關器件采用IGBT和與IGBT反并聯(lián)的續(xù)流二極管。在變流單元和第二接觸器之間還設置了LC濾波電路。交流電網(wǎng)中還包括了變壓器，第二接觸器KM4與變壓器連接后再接外部交流電網(wǎng)。牽引網(wǎng)電壓檢測單元和母線電壓檢測單元均采用霍爾電壓傳感器。

圖6示出了本發(fā)明實施例二啟動方法電壓-時序關系圖。其中15為牽引網(wǎng)電壓，16為母線電壓。本發(fā)明實施例二中的能量回饋系統(tǒng)啟動方法如下：

步驟21：合閘緩沖單元的第三接觸器KM5。合閘的時點為T21。由于變流單元采用T型三電平雙向變流電路，且可控開關器件中包括具有不控整流功能的續(xù)流二極管，交流電經(jīng)緩沖電阻R分壓限流后使母線電容C1和C2充電升壓。使母線電容充電時得以限流緩沖，避免了第一接觸器和母線電容的損壞。

步驟22：延遲第二時間間隔(本實施例中為50ms)后在T22時點合閘第二接觸器KM4。使交流電網(wǎng)經(jīng)第二接觸器KM4對母線電容C1和C2進一步充電升壓。

步驟23：延遲第三時間間隔(本實施例中為50ms)后在T23時點啟動變流單元和變流控制單元，由變流控制單元對變流單元實施跟蹤控制以使母線電壓實時跟蹤牽引網(wǎng)電壓。所謂的實時跟蹤，是指每間隔一段人為設定的時間，采集牽引網(wǎng)電壓值，并由變流控制單元控制變流單元，使母線電壓接近或等于該采集到的牽引網(wǎng)電壓值。所謂的跟蹤控制，是指變流控制單元為實現(xiàn)實時跟蹤而對變流單元采用的控制措施。

步驟24：在變流控制單元對變流單元實施跟蹤控制過程中，變流控制單元判斷母線電壓與牽引網(wǎng)電壓之間差值的絕對值是否小于或等于牽引網(wǎng)電壓的2％，如判斷結(jié)果為是則執(zhí)行步驟25，如判斷結(jié)果為否則返回再次執(zhí)行步驟24。

步驟25：變流控制單元停止對變流單元的跟蹤控制，并控制變流單元保持母線電壓。變流控制單元改變控制策略，將控制策略從跟蹤控制改變?yōu)楸３帜妇€電壓，所謂保持母線電壓，即指變流控制單元控制變流單元，使母線電壓保持在變更控制策略前的母線電壓值。

步驟26：合閘第一接觸器KM3，合閘時點為T24。從而連接牽引網(wǎng)與母線，完成能量回饋系統(tǒng)的啟動。

通過以上步驟完成能量回饋系統(tǒng)的啟動。由于能量回饋系統(tǒng)啟動時，通過交流電網(wǎng)獲取電能，并通過變流控制單元控制變流單元，使母線電壓得以追蹤牽引網(wǎng)電壓，從而確保能量回饋系統(tǒng)在啟動時牽引網(wǎng)不受沖擊。同時，通過設置交流緩沖單元，使母線電壓逐步上升，母線電容充電時得以限流緩沖，避免了第一接觸器和母線電容的損壞。

圖7示出了實施例三中能量回饋系統(tǒng)的電路圖(不包括牽引網(wǎng)電壓檢測單元、母線電壓檢測單元和變流控制單元)。與實施例二不同是，設有兩組緩沖單元。第一組緩沖單元包括緩沖電阻R8和第三接觸器KM8，第二組緩沖單元包括緩沖電阻R9和第三接觸器KM9，且R8>R9。各緩沖單元都與第二接觸器KM7并聯(lián)。第一接觸器名稱為KM6。

圖8示出了本發(fā)明實施例三啟動方法電壓-時序關系圖。其中，17為牽引網(wǎng)電壓，18為母線電壓。本發(fā)明實施例三中的能量回饋系統(tǒng)啟動方法如下：

步驟21.1：合閘與R8串聯(lián)的第三接觸器KM8，在圖8中合閘時點為T31。交流電經(jīng)緩沖電阻R8分壓限流后使母線電容C1和C2充電升壓。

步驟21.2：延遲第二時間間隔(本實施例中為1s)后在T32時點合閘與R9串聯(lián)的第三接觸器KM9；交流電經(jīng)電阻R8與電阻R9分壓限流后使母線電容C1和C2充電升壓。由于電阻R8與電阻R9是并聯(lián)關系。因此，并聯(lián)后的電阻小于R8，分壓限流作用更小，因此，母線電容C1和C2得以進一步升壓。

步驟22：延遲第二時間間隔(本實施例中為1s)后在T33時點合閘第二接觸器KM7。使交流電網(wǎng)經(jīng)第二接觸器KM7對母線電容C1和C2進一步充電升壓。

步驟22.5：開閘所有緩沖單元的第三接觸器KM8和KM9；所述的步驟22.5也可安排在步驟22至26中任一步驟之后。

步驟23：延遲第三時間間隔(本實施例中為1s)后在T34時點啟動變流單元和變流控制單元，由變流控制單元對變流單元實施跟蹤控制以使母線電壓實時跟蹤牽引網(wǎng)電壓。所謂的實時跟蹤，是指每間隔一段人為設定的時間，采集牽引網(wǎng)電壓值，并由變流控制單元控制變流單元，使母線電壓接近或等于該采集到的牽引網(wǎng)電壓值。所謂的跟蹤控制，是指變流控制單元為實現(xiàn)實時跟蹤而對變流單元采用的控制措施。

步驟24：在變流控制單元對變流單元實施跟蹤控制過程中，變流控制單元判斷母線電壓與牽引網(wǎng)電壓之間差值的絕對值是否小于或等于牽引網(wǎng)電壓的2％，如判斷結(jié)果為是則執(zhí)行步驟25，如判斷結(jié)果為否則返回再次執(zhí)行步驟24。

步驟25：變流控制單元停止對變流單元的跟蹤控制，并控制變流單元保持母線電壓。變流控制單元改變控制策略，將控制策略從跟蹤控制改變?yōu)楸３帜妇€電壓，所謂保持母線電壓，即指變流控制單元控制變流單元，使母線電壓保持在變更控制策略前的母線電壓值。

步驟26：合閘第一接觸器KM6，合閘時點為T35。從而連接牽引網(wǎng)與母線，完成能量回饋系統(tǒng)的啟動。

通過以上步驟完成能量回饋系統(tǒng)的啟動。由于設有兩組緩沖單元，依各緩沖單元的緩沖電阻電阻值從大到小的順序依次合閘各緩沖單元的第三接觸器，便于母線依次升壓，能夠更好地達到限流效果，保護母線電容和第一接觸器不受損壞；開閘所有緩沖單元，便于能量回饋系統(tǒng)啟動后的正常運行。

上述說明描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但應當理解本發(fā)明并非局限于上述實施例，且不應看作對其他實施例的排除。通過本發(fā)明的啟示，本領域技術人員結(jié)合公知或現(xiàn)有技術、知識所進行的改動也應視為在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。