CN209320716U - 一种利用电气化铁路再生制动能量的供电构造 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种利用电气化铁路再生制动能量的供电构造，涉及电气化铁路节能技术领域。两套三相交直变流***直流侧背靠背连接，其直流侧公共端通过DC/DC变换器连接储能器，交流侧分别连接至牵引变电所牵引母线侧和车站10kV三相低压配电母线侧。协调控制器获取牵引变电所牵引臂的电压、电流信号及储能器的荷电状态，协调控制三相交直变流***和DC/DC变换器进行功率交换，实现列车再生制动能量向车站低压配***的转换，并将转换后剩余的再生制动能量存储至储能器。该实用新型构造及控制方法简单可靠，易于实施。
Description
技术领域
本实用新型涉及电气化铁路节能技术领域，特别涉及电气化铁路再生制动能量利用。
背景技术
电气化铁路电力机车在制动过程中会产生很大的再生制动能量，若同一供电臂中有其它电力机车处于牵引状态，可对再生制动能量加以吸收，有利于节能减排。然而，由于供电臂长度受限，处于再生制动和牵引的列车往往在不同的供电臂，另外，牵引和再生制动的同时性、功率吻合性差，因此，再生制动能量不能被充分利用。
同相供电技术取消了牵引变电所处的电分相，延长了供电臂长度，有利于再生制动能量的利用。然而，当供电臂中总的再生制动能量大于牵引能量时，再生制动能量不能被完全利用，或者行车密度低，同一供电臂中牵引和再生制动工况的列车无法同时出现时，再生制动能量也无法利用。
储能技术是提高再生制动能量利用率的另一途径。即，通过在牵引变电所左右供电臂上分别设置储能装置，对列车再生能量进行回收，并在列车牵引时加以利用；或者，借鉴日本的铁路功率调节器RPC技术，在其直流侧设置储能装置，实现再生制动能量在左右供电臂之间转移，并对转移后剩余的再生制动能量加以存储。然而，当牵引变电所再生能量较大时，对储能装置的功率和能量密度要求都很高，投资大。对于既有线而言，装置占地面积也受到限制。
一些大型车站，如上海站，列车进站频繁，再生制动能量较大，同时车站站内低压配电设备用电也较多。将列车再生制动能量转化为车站站内设备用电，剩余的能量再加以存储，起到一举两得的效果，既充分利用了再生制动能量，又节省储能装置容量。鉴于此，研制电气化铁路再生制动能量的利用尤其必要。
实用新型内容
本实用新型的目的就是提供一种利用电气化铁路再生制动能量的供电构造，它能有效地解决列车再生制动能量的存储和有效利用的技术问题。
本实用新型为实现其目的，采用以下技术方案：一种利用电气化铁路再生制动能量的供电构造，包括牵引变电所牵引母线TBa、牵引母线TBb、钢轨R、车站10kV配电母线RDB、三相交直变流器COa、三相交直变流器COb、DC/DC变换器DDC、储能器SD，三相交直变流器COa的直流侧DCLa与三相交直变流器COb的直流侧DCLb相连，构成背靠背结构，其直流侧公共端通过DC/DC变换器DDC接至储能器SD；三相交直变流器COa的交流侧三相端子分别通过电缆CAx接至牵引母线TBa、通过电缆CAy接至牵引母线TBb、通过电缆CAz接至钢轨R；三相交直变流器COb的交流侧三相端子通过三相电缆分别接至车站10kV配电母线RDB的a相、b相和c相；协调控制器CC设有In1～In5五个输入端和Out1～Out3三个输出端，其中，输入端In1接至牵引母线TBa的电压互感器PTa的二次侧，输入端In2接至牵引馈线TFa的电流互感器CTa的二次侧，输入端In3接至牵引母线TBb的电压互感器CTb的二次侧，输入端In4接至牵引馈线TFb的电流互感器CTb的二次侧，输入端In5接至储能器SD荷电状态输出端，输出端Out1接至三相交直变流器COa的控制端，输出端Out2接至三相交直变流器COb的控制端，输出端Out3接至DC/DC变换器DDC的控制端。
所述的牵引馈线TFa有并列的n路时，电流互感器CTa也为n个，则输入端In2设置为n路，分别接至n个电流互感器CTa的二次侧；所述的牵引馈线TFb有并列的n路时，电流互感器CTb也为n个，则输入端In4设置为n路，分别接至n个电流互感器CTb的二次侧，n≥2。
所述三相交直变流器COa的额定功率PE、三相交直变流器COb的额定功率PD、DC/DC变换器DDC的额定功率PS、储能器SD的额定功率PB，它们之间的关系满足：PE≥PD≥PS， PS＝PB。
本实用新型的实现需要通过一种利用电气化铁路再生制动能量的供电构造的控制方法来协调控制器CC通过输入端In1和In2获取牵引母线TBa的实时功率，记为pa，通过输入端In3和In4获取牵引母线TBb的实时功率，记为pb，通过In5获取储能器SD的荷电状态标志SOC，记三相交直变流***COa实时运行功率为pe、三相交直变流***COb实时运行功率为pd和DC/DC变换器DDC实时运行功率为ps，根据pa、pb和SOC之值实时控制pe、pd、ps三者功率交换，实现电气化铁路再生制动能量转换、存储和利用，具体步骤为：
1)当pa+pb≥0，牵引变电所无再生制动能量，协调控制器CC控制储能器SD放电；即，控制三相交直变流器COa处于待机状态，控制DC/DC变换器DDC实施储能器SD放电，并控制三相交直变流器COb向车站10kV配电母线RDB输送功率，其功率要求满足：①pe＝0；②当SOC>SOC_lower时，pd＝PS，当SOC≤SOC_lower时，pd＝0；③当SOC>SOC_lower时，ps＝PS，当SOC≤SOC_lower时，ps＝0，其中，SOC_lower为储能器SD放电的下限值，由储能器SD的工作状态确定；
2)当-PD≤pa+pb<0，牵引变电所有再生制动能量，协调控制器CC控制再生制动功率大的一侧牵引母线将再生制动能量转移至车站10kV配电母线RDB，并协调控制储能器SD放电；即，控制三相交直变流***COa运行于两相工作模式，当pa≥pb时，通过电缆CAy和电缆CAz向直流侧DCLa传递功率，当pa<pb时，通过电缆CAx和电缆CAz向直流侧DCLa传递功率，控制DC/DC变换器DDC实施储能器SD放电，并控制三相交直变流器COb向车站10kV配电母线RDB输送功率，其功率要求满足：①pe＝|pa+pb|；②当SOC>SOC_lower时，pd＝PD,当SOC≤SOC_lower时,pd＝|pa+pb|；③当SOC>SOC_lower时，ps＝PD-|pa+pb|，当SOC≤SOC_lower时，ps＝0；
3)当pa+pb<-PD，牵引变电所有再生制动能量，协调控制器CC控制再生制动功率大的一侧牵引母线将再生制动能量转移至车站10kV配电母线RDB，并协调控制储能器SD存储剩余的能量；即，控制三相交直变流器COa运行于两相工作模式，当pa≥pb时，通过电缆CAy和电缆CAz向直流侧DCLa传递功率，当pa<pb时，通过电缆CAx和电缆CAz向直流侧DCLa传递功率，控制DC/DC变换器DDC实施储能器SD充电，并控制三相交直变流器COb向车站10kV配电母线RDB输送功率，其功率要求满足：①当SOC≥SOC_upper时，pe＝PD，当SOC<SOC_upper时，若则pe＝|pa+pb|，若则②pd＝PD；③当SOC≥SOC_upper时，ps＝0，当SOC<SOC_lower时，若则ps＝|pa+pb|-PD，若则ps＝PS；其中，SOC_upper为储能器SD充电的上限值，由储能器SD的工作状态确定。
本实用新型的工作原理是：检测牵引变电所实时功率，判断两牵引供电臂再生制动功率大小，利用牵引母线侧三相交直变流器运行于两相模式、10kV配电母线侧三相交直变流器运行于三相模式，将再生制动功率大的供电臂的再生制动能量转移至车站10kV配电母线，并将转移后剩余的再生制动能量存储至储能器。对储能器进行实时充放电控制，提高储能器利用率。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型将电气化铁路列车再生制动能量转移至车站低压配电***，有利于提高再生制动能量利用率，并有效节省储能装置容量。
2、本实用新型采用的供电构造和控制方法可节省变流器功率开关管的容量。
3、本实用新型简单可靠，易于实施。
附图说明
图1是本实用新型实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。一种利用电气化铁路再生制动能量的供电构造，包括牵引变电所牵引母线TBa、牵引母线TBb、钢轨R、车站10kV配电母线RDB、三相交直变流器COa、三相交直变流器COb、DC/DC变换器DDC、储能器SD，三相交直变流器COa的直流侧DCLa与三相交直变流器COb的直流侧DCLb相连，构成背靠背结构，其直流侧公共端通过DC/DC变换器DDC接至储能器SD；三相交直变流器COa的交流侧三相端子分别通过电缆CAx接至牵引母线TBa、通过电缆CAy接至牵引母线TBb、通过电缆CAz接至钢轨R；三相交直变流器COb的交流侧三相端子通过三相电缆分别接至车站10kV配电母线RDB的a相、b相和c相；协调控制器CC设有In1～In5五个输入端和Out1～Out3三个输出端，其中，输入端In1接至牵引母线TBa的电压互感器PTa的二次侧，输入端In2接至牵引馈线TFa的电流互感器CTa的二次侧，输入端In3接至牵引母线TBb的电压互感器CTb的二次侧，输入端In4接至牵引馈线TFb的电流互感器CTb的二次侧，输入端In5接至储能器SD荷电状态输出端，输出端Out1接至三相交直变流器COa的控制端，输出端Out2接至三相交直变流器COb的控制端，输出端Out3接至DC/DC变换器DDC的控制端。
所述的牵引馈线TFa有并列的n路时，电流互感器CTa也为n个，则输入端In2设置为n路，分别接至n个电流互感器CTa的二次侧；所述的牵引馈线TFb有并列的n路时，电流互感器CTb也为n个，则输入端In4设置为n路，分别接至n个电流互感器CTb的二次侧，n≥2。
所述三相交直变流器COa的额定功率PE、三相交直变流器COb的额定功率PD、DC/DC变换器DDC的额定功率PS、储能器SD的额定功率PB，它们之间的关系满足：PE≥PD≥PS， PS＝PB。
本实用新型的实现需要通过一种利用电气化铁路再生制动能量的供电构造的控制方法来协调控制器CC通过输入端In1和In2获取牵引母线TBa的实时功率，记为pa，通过输入端In3和In4获取牵引母线TBb的实时功率，记为pb，通过In5获取储能器SD的荷电状态标志SOC，记三相交直变流***COa实时运行功率为pe、三相交直变流***COb实时运行功率为pd和DC/DC变换器DDC实时运行功率为ps，根据pa、pb和SOC之值实时控制pe、pd、ps三者功率交换，实现电气化铁路再生制动能量转换、存储和利用，具体步骤为：
1)当pa+pb≥0，牵引变电所无再生制动能量，协调控制器CC控制储能器SD放电；即，控制三相交直变流器COa处于待机状态，控制DC/DC变换器DDC实施储能器SD放电，并控制三相交直变流器COb向车站10kV配电母线RDB输送功率，其功率要求满足：①pe＝0；②当SOC>SOC_lower时，pd＝PS，当SOC≤SOC_lower时，pd＝0；③当SOC>SOC_lower时，ps＝PS，当SOC≤SOC_lower时，ps＝0，其中，SOC_lower为储能器SD放电的下限值，由储能器SD的工作状态确定；
2)当-PD≤pa+pb<0，牵引变电所有再生制动能量，协调控制器CC控制再生制动功率大的一侧牵引母线将再生制动能量转移至车站10kV配电母线RDB，并协调控制储能器SD放电；即，控制三相交直变流***COa运行于两相工作模式，当pa≥pb时，通过电缆CAy和电缆CAz向直流侧DCLa传递功率，当pa<pb时，通过电缆CAx和电缆CAz向直流侧DCLa传递功率，控制DC/DC变换器DDC实施储能器SD放电，并控制三相交直变流器COb向车站10kV配电母线RDB输送功率，其功率要求满足：①pe＝|pa+pb|；②当SOC>SOC_lower时，pd＝PD,当SOC≤SOC_lower时,pd＝|pa+pb|；③当SOC>SOC_lower时，ps＝PD-|pa+pb|，当SOC≤SOC_lower时，ps＝0；
3)当pa+pb<-PD，牵引变电所有再生制动能量，协调控制器CC控制再生制动功率大的一侧牵引母线将再生制动能量转移至车站10kV配电母线RDB，并协调控制储能器SD存储剩余的能量；即，控制三相交直变流器COa运行于两相工作模式，当pa≥pb时，通过电缆CAy和电缆CAz向直流侧DCLa传递功率，当pa<pb时，通过电缆CAx和电缆CAz向直流侧DCLa传递功率，控制DC/DC变换器DDC实施储能器SD充电，并控制三相交直变流器COb向车站10kV配电母线RDB输送功率，其功率要求满足：①当SOC≥SOC_upper时，pe＝PD，当SOC<SOC_upper时，若则pe＝|pa+pb|，若则②pd＝PD；③当SOC≥SOC_upper时，ps＝0，当SOC<SOC_lower时，若则ps＝|pa+pb|-PD，若则ps＝PS；其中，SOC_upper为储能器SD充电的上限值，由储能器SD的工作状态确定。
Claims (3)
1.一种利用电气化铁路再生制动能量的供电构造，包括牵引变电所牵引母线TBa、牵引母线TBb、钢轨R、车站10kV配电母线RDB、三相交直变流器COa、三相交直变流器COb、DC/DC变换器DDC、储能器SD，其特征在于：三相交直变流器COa的直流侧DCLa与三相交直变流器COb的直流侧DCLb相连，构成背靠背结构，其直流侧公共端通过DC/DC变换器DDC接至储能器SD；三相交直变流器COa的交流侧三相端子分别通过电缆CAx接至牵引母线TBa、通过电缆CAy接至牵引母线TBb、通过电缆CAz接至钢轨R；三相交直变流器COb的交流侧三相端子通过三相电缆分别接至车站10kV配电母线RDB的a相、b相和c相；协调控制器CC设有In1～In5五个输入端和Out1～Out3三个输出端，其中，输入端In1接至牵引母线TBa的电压互感器PTa的二次侧，输入端In2接至牵引馈线TFa的电流互感器CTa的二次侧，输入端In3接至牵引母线TBb的电压互感器CTb的二次侧，输入端In4接至牵引馈线TFb的电流互感器CTb的二次侧，输入端In5接至储能器SD荷电状态输出端，输出端Out1接至三相交直变流器COa的控制端，输出端Out2接至三相交直变流器COb的控制端，输出端Out3接至DC/DC变换器DDC的控制端。
2.根据权利要求1所述的一种利用电气化铁路再生制动能量的供电构造，其特征在于：所述的牵引馈线TFa有并列的n路时，电流互感器CTa也为n个，则输入端In2设置为n路，分别接至n个电流互感器CTa的二次侧；所述的牵引馈线TFb有并列的n路时，电流互感器CTb也为n个，则输入端In4设置为n路，分别接至n个电流互感器CTb的二次侧，n≥2。
3.根据权利要求1所述的一种利用电气化铁路再生制动能量的供电构造，其特征在于：所述三相交直变流器COa的额定功率PE、三相交直变流器COb的额定功率PD、DC/DC变换器DDC的额定功率PS、储能器SD的额定功率PB，它们之间的关系满足：PE≥PD≥PS，PS＝PB。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN109484199A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-19 | 西南交通大学 | 一种利用电气化铁路再生制动能量的供电构造及其方法 |
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2018
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Cited By (2)
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| CN109484199A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-19 | 西南交通大学 | 一种利用电气化铁路再生制动能量的供电构造及其方法 |
| CN109484199B (zh) * | 2018-12-21 | 2023-05-26 | 西南交通大学 | 一种利用电气化铁路再生制动能量的供电构造及其方法 |
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