CN114899894B - 一种交直流牵引供电构造与控制方法 - Google Patents

一种交直流牵引供电构造与控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交直流牵引供电构造与控制方法，涉及电气化铁路牵引供电技术领域。包括牵引变电所内的三相高压匹配变压器HMT、交直交变流器ADA、测控***MCS；变流器AD1的直流侧并接于直流母线DB上，牵引匹配变压器TMT次边与交流母线AB相连，供列车取能，从而实现交流制和直流制的同所供电；测控***MCS由电压互感器VT、电流互感器CT、电压变送器VD、分流器RW和控制器CD构成,可以计算出交流负荷功率和直流负荷功率，通过判断交流负荷和直流负荷运行工况以及负荷功率大小控制变流器AD1和变流器AD2分别处于整流或逆变工况，从而为牵引负荷提供电能或将牵引负荷再生制动产生的再生制动能量反馈回电网。

Description

一种交直流牵引供电构造与控制方法
技术领域
本发明涉及电气化铁路牵引供电技术领域，特别涉及一种交直流牵引供电技术。
背景技术
目前，国内无论是电气化铁路还是城市轨道交通供电制式均比较单一，电气化铁路普遍采用27.5kV或2×27.5kV的交流制供电，城市轨道交通则普遍采用750V或1500V的直流制供电。
近年来，随着我国轨道交通事业的蓬勃发展，轨道交通网络进一步扩大和完善，致使一些城际铁路和城市轨道交通线路互联互通从而出现在同一交通枢纽同时存在交流供电和直流供电的情况，一些调试线、试验线等特殊线路也需要交直流同时供电。面对这些情况，传统的单一供电制式已无法满足需求，交直流牵引供电构造能有效避免重复建设，降低投资成本，同时使再生制动能量得到充分利用，使得轨道交通更加高效、经济的运行，因此亟需对交直流牵引供电构造进行研究。而现有技术要么不能保证交直流供电方式同所并存，要么仍需考虑采用补偿技术解决交流牵引负荷运行带来的以负序为主的电能质量问题，以及对公共连接点处的三相电压不平衡度产生影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种交直流牵引供电构造，它能有效地解决公共连接点处的三相电压不平衡产生影响的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种交直流牵引供电构造，包括牵引变电所内的三相高压母线HB、交直交变流器ADA、测控***MCS，其中测控***MCS中控制器CD的信号输入端分别与电压互感器VT、电流互感器CT、电压变送器VD、分流器RW的测量信号输出端相连，控制器CD的信号输出端与交直交变流器ADA的控制端相连；三相高压匹配变压器HMT的原边与三相高压母线HB相连；电压互感器VT的原边并接于交流母线AB之间，电流互感器CT串接于交流母线AB与牵引母线OCS之间，构成交流牵引供电***；电压变送器VD并接于直流母线DB之间，分流器RW串接于直流母线DB与牵引母线OCS之间，构成直流牵引供电***；所述交直交变流器ADA包括三相变流器AD1和单相变流器AD2，三相变流器AD1的交流侧与三相高压匹配变压器HMT的次边相连，三相变流器AD1的直流侧经直流稳压电容C后与单相变流器AD2的交流侧相连，直流母线DB并接于直流稳压电容C两端，单相变流器AD2交流侧与牵引匹配变压器TMT原边相连，牵引匹配变压器TMT次边与交流母线AB相连。
所述交流牵引供电***中，若牵引网供电方式为直接供电方式或者带回流线的直供方式，所述交流母线AB的一端接至接触网OCS，另一端接至钢轨并接地；若牵引网供电方式为AT供电方式，所述交流母线AB的一端接至接触网OCS，另一端接至负馈线；直流牵引供电***中直流电压可控，再生能量能够反馈给直流供电***。
一种交直流牵引供电构造的控制方法，所述交流牵引供电***和直流牵引供电***存在列车时，通过测控***MCS计算出交流负荷功率SL1和直流负荷功率SL2，判断交流负荷和直流负荷运行工况以及交流负荷功率SL1和直流负荷功率SL2之间的大小关系，从而控制三相变流器AD1和单相变流器AD2的运行工况，实现交流、直流适时均衡供电，从而提高再生电能利用率，实现高效节能，具体方案如下：
(1)当仅存在交流负荷时，若交流负荷处于牵引工况，则三相变流器AD1工作于整流工况，单相变流器AD2工作于逆变工况，牵引负荷通过交直交变流器ADA从电网取能；若交流负荷处于再生制动工况，三相变流器AD1工作于逆变工况，单相变流器AD2工作于整流工况，再生制动能量通过交直交变流器ADA反馈回电网；
(2)当仅存在直流负荷时，若直流负荷处于牵引工况，则三相变流器AD1工作于整流工况，单相变流器AD2停运，牵引负荷通过三相变流器AD1从电网取能；若直流负荷处于再生制动工况，三相变流器AD1工作于逆变工况，单相变流器AD2停运，再生制动能量通过三相变流器AD1反馈回电网；
(3)当交流负荷和直流负荷均处于牵引工况时，三相变流器AD1工作于整流工况，单相变流器AD2工作于逆变工况，牵引负荷通过交直交变流器ADA从电网取能；
(4)当交流负荷处于牵引工况，直流负荷处于再生制动工况时：
若SL1＞SL2，直流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给交流负荷使用，同时交流负荷从电网取能，此时三相变流器AD1工作于整流工况，单相变流器AD2工作于逆变工况；
若SL1＝SL2，直流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给交流负荷使用，此时三相变流器AD1停运，单相变流器AD2工作于逆变工况；
若SL1＜SL2，直流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给交流负荷使用，同时通过三相变流器AD1将多余再生制动能量反馈回电网，此时三相变流器AD1和单相变流器AD2均工作于逆变工况；
(5)当交流负荷处于再生制动工况，直流负荷处于牵引工况时：
若SL1＞SL2，交流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给直流负荷使用，同时通过三相变流器AD1将多余再生制动能量反馈回电网，此时三相变流器AD1工作于逆变工况，单相变流器AD2工作于整流工况；
若SL1＝SL2，交流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给直流负荷使用，直流负荷不再从电网取能，此时三相变流器AD1停运，单相变流器AD2工作于整流工况；
若SL1＜SL2，交流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给直流负荷使用，同时直流负荷从电网取能，此时三相变流器AD1和单相变流器AD2均工作于整流工况；
(6)当交流负荷和直流负荷均处于再生制动工况时，三相变流器AD1工作于逆变工况，单相变流器AD2工作于整流工况，再生制动能量通过交直交变流器ADA反馈回电网。
本发明的工作原理，所述交直交变流器ADA采用三相-单相组合式变流器，三相-单相组合式变流器经三相高压匹配变压器HMT直接接入三相电网，通过整流逆变实现交直流供电，彻底解决公共连接点处的三相电压不平衡产生影响的技术问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明采用交直交变流器整流逆变实现交直流供电，不会对公共连接点处的三相电压不平衡产生影响；
二、本发明可实现交流制和直流制的同所供电，交流牵引供电***和直流牵引供电***共用一套供电设备，可有效地降低牵引变电所的建筑面积和投资成本；
三、本发明可实现将牵引供电***所产生的再生制动能量反馈给电网；
四、本发明可实现列车再生制动能量在直流牵引供电***和交流牵引供电***之间的相互利用，提高再生制动能量利用率，实现高效节能。
附图说明
图1是本发明实施例一所述的适合于直接供电方式的交直流牵引供电构造结构示意图。
图2是本发明实施例一所述的适合于AT供电方式的交直流牵引供电构造结构示意图。
图3是本发明实施例二所述的交直交变流器ADA运行流程示意图。
具体实施方式
为了更好理解本发明的创造思想，在此根据附图简要说明本发明的工作原理：交流牵引负荷和直流牵引负荷运行工况以及功率大小关系控制三相变流器AD1和单相变流器AD2的运行工况，从而实现交流制和直流制的同所供电。下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供了一种交直流牵引供电构造，三相高压匹配变压器的原边与三相高压母线HB相连，次边与三相变流器AD1交流侧相连，三相变流器AD1直流侧经直流稳压电容C后与单相变流器AD2的交流侧相连，直流母线DB并接于直流稳压电容C两端，单相变流器AD2交流侧与牵引匹配变压器TMT原边相连，牵引匹配变压器TMT次边与交流母线AB相连。电压互感器VT的原边并接于交流母线AB之间，电流互感器CT串接于交流母线AB与牵引母线OCS之间；电压变送器VD并接于直流母线DB之间，分流器RW串接于直流母线DB与牵引母线OCS之间；若交流牵引供电***中牵引网供电方式为AT供电方式，如图2所示，所述交流母线AB的一端接至接触网OCS，另一端接至负馈线。
在本实施例中，如图1、图2所示，测控***MCS由电压互感器VT、电流互感器CT、电压变送器VD、分流器RW和控制器CD构成，控制器CD的信号输入端分别与电压互感器VT、电流互感器CT、电压变送器VD、分流器RW的测量信号输出端相连，控制器CD的信号输出端与交直交变流器ADA的控制端相连。
实施例二
如图3所示，本发明实施例提供了一种电气化铁路交直流牵引供电构造的控制方法，交直交变流器ADA运行流程示意图，具体步骤为：
通过测控***MCS的控制器CD对测量得到的电压和电流值进行负荷计算，计算出交流负荷功率SL1和直流负荷功率SL2，判断交流负荷和直流负荷运行工况以及交流负荷功率SL1和直流负荷功率SL2的大小关系，从而控制三相变流器AD1和单相变流器AD2的运行工况，实现交直流供电，判断方式如下：
(1)当仅存在交流负荷时，若交流负荷处于牵引工况，则三相变流器AD1工作于整流工况，单相变流器AD2工作于逆变工况，牵引负荷通过交直交变流器ADA从电网取能；若交流负荷处于再生制动工况，三相变流器AD1工作于逆变工况，单相变流器AD2工作于整流工况，再生制动能量通过交直交变流器ADA反馈回电网；
(2)当仅存在直流负荷时，若直流负荷处于牵引工况，则三相变流器AD1工作于整流工况，单相变流器AD2停运，牵引负荷通过三相变流器AD1从电网取能；若直流负荷处于再生制动工况，三相变流器AD1工作于逆变工况，单相变流器AD2停运，再生制动能量通过三相变流器AD1反馈回电网；
(3)当交流负荷和直流负荷均处于牵引工况时，三相变流器AD1工作于整流工况，单相变流器AD2工作于逆变工况，牵引负荷通过交直交变流器ADA从电网取能；
(4)当交流负荷处于牵引工况，直流负荷处于再生制动工况时：
若SL1＞SL2，直流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给交流负荷使用，同时交流负荷从电网取能，此时三相变流器AD1工作于整流工况，单相变流器AD2工作于逆变工况；
若SL1＝SL2，直流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给交流负荷使用，交流负荷不再从电网取能，此时三相变流器AD1停运，单相变流器AD2工作于逆变工况；
若SL1＜SL2，直流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给交流负荷使用，同时通过三相变流器AD1将多余再生制动能量反馈回电网，此时三相变流器AD1和单相变流器AD2均工作于逆变工况；
(5)当交流负荷处于再生制动工况，直流负荷处于牵引工况时：
若SL1＞SL2，交流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给直流负荷使用，同时通过三相变流器AD1将多余再生制动能量反馈回电网，此时三相变流器AD1工作于逆变工况，单相变流器AD2工作于整流工况；
若SL1＝SL2，交流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给直流负荷使用，直流负荷不再从电网取能，此时三相变流器AD1停运，单相变流器AD2工作于整流工况；
若SL1＜SL2，交流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给直流负荷使用，同时直流负荷从电网取能，此时三相变流器AD1和单相变流器AD2均工作于整流工况；
(6)当交流负荷和直流负荷均处于再生制动工况时，三相变流器AD1工作于逆变工况，单相变流器AD2工作于整流工况，再生制动能量通过交直交变流器ADA反馈回电网。

Claims (3)

1.一种交直流牵引供电构造的控制方法，所述的交直流牵引供电构造，包括牵引变电所内的三相高压母线HB、三相高压匹配变压器HMT、交直交变流器ADA、测控***MCS，其中测控***MCS中控制器CD的信号输入端分别与电压互感器VT、电流互感器CT、电压变送器VD、分流器RW的测量信号输出端相连，控制器CD的信号输出端与交直交变流器ADA的控制端相连；三相高压匹配变压器HMT的原边与三相高压母线HB相连；电压互感器VT的原边并接于交流母线AB之间，电流互感器CT串接于交流母线AB与牵引母线OCS之间，构成交流牵引供电***；电压变送器VD并接于直流母线DB之间，分流器RW串接于直流母线DB与牵引母线OCS之间，构成直流牵引供电***；其特征在于：所述交直交变流器ADA包括三相变流器AD1和单相变流器AD2，三相变流器AD1的交流侧与三相高压匹配变压器HMT的次边相连，三相变流器AD1直流侧经直流稳压电容C后与单相变流器AD2的直流侧相连，直流母线DB并接于直流稳压电容C两端，单相变流器AD2交流侧与牵引匹配变压器TMT原边相连，牵引匹配变压器TMT次边与交流母线AB相连；
该供电构造的控制方法包括：所述交流牵引供电***和直流牵引供电***存在列车时，通过测控***MCS计算出交流负荷功率SL1和直流负荷功率SL2，判断交流负荷和直流负荷运行工况以及交流负荷功率SL1和直流负荷功率SL2之间的大小关系，从而控制三相变流器AD1和单相变流器AD2的运行工况，实现交流、直流适时均衡供电，从而提高再生电能利用率，实现高效节能，具体方案如下：
(1)当仅存在交流负荷时，若交流负荷处于牵引工况，则三相变流器AD1工作于整流工况，单相变流器AD2工作于逆变工况，牵引负荷通过交直交变流器ADA从电网取能；若交流负荷处于再生制动工况，三相变流器AD1工作于逆变工况，单相变流器AD2工作于整流工况，再生制动能量通过交直交变流器ADA反馈回电网；
(2)当仅存在直流负荷时，若直流负荷处于牵引工况，则三相变流器AD1工作于整流工况，单相变流器AD2停运，牵引负荷通过三相变流器AD1从电网取能；若直流负荷处于再生制动工况，三相变流器AD1工作于逆变工况，单相变流器AD2停运，再生制动能量通过三相变流器AD1反馈回电网；
(3)当交流负荷和直流负荷均处于牵引工况时，三相变流器AD1工作于整流工况，单相变流器AD2工作于逆变工况，牵引负荷通过交直交变流器ADA从电网取能；
(4)当交流负荷处于牵引工况，直流负荷处于再生制动工况时：
若SL1＞SL2，直流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给交流负荷使用，同时交流负荷从电网取能，此时三相变流器AD1工作于整流工况，单相变流器AD2工作于逆变工况；
若SL1＝SL2，直流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给交流负荷使用，此时三相变流器AD1停运，单相变流器AD2工作于逆变工况；
若SL1＜SL2，直流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给交流负荷使用，同时通过三相变流器AD1将多余再生制动能量反馈回电网，此时三相变流器AD1和单相变流器AD2均工作于逆变工况；
(5)当交流负荷处于再生制动工况，直流负荷处于牵引工况时：
若SL1＞SL2，交流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给直流负荷使用，同时通过三相变流器AD1将多余再生制动能量反馈回电网，此时三相变流器AD1工作于逆变工况，单相变流器AD2工作于整流工况；
若SL1＝SL2，交流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给直流负荷使用，直流负荷不再从电网取能，此时三相变流器AD1停运，单相变流器AD2工作于整流工况；
若SL1＜SL2，交流负荷产生的再生制动能量通过单相变流器AD2传送给直流负荷使用，同时直流负荷从电网取能，此时三相变流器AD1和单相变流器AD2均工作于整流工况；
(6)当交流负荷和直流负荷均处于再生制动工况时，三相变流器AD1工作于逆变工况，单相变流器AD2工作于整流工况，再生制动能量通过交直交变流器ADA反馈回电网。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述交流牵引供电***中，若牵引网供电方式为直接供电方式或者带回流线的直供方式，所述交流母线AB的一端接至接触网OCS，另一端接至钢轨并接地；若牵引网供电方式为AT供电方式，所述交流母线AB的一端接至接触网OCS，另一端接至负馈线；直流牵引供电***中直流电压可控，再生能量能够反馈给直流供电***。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述交直交变流器ADA采用三相-单相组合式变流器，三相-单相组合式变流器经三相高压匹配变压器HMT直接接入三相电网，通过整流逆变实现交直流供电。
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