CN212796592U - 轨道交通供电*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轨道交通供电***，用于给多个车站供电，多个充电站中至少存在充电站，充电站的负载包括充电电路和授流器，供电***包括：变电所，变电所包括第一电压变换单元；直流环网；各车站设置的供配电站，其中，供配电站包括低压直流母线或者低压交流母线，低压直流母线、低压交流母线通过相应的电压变换单元与对应车站的车站直流母线连接，并与相应负载连接。该轨道交通供电***采用直流环网供电、交/直流配电相结合的方式为车站提供电能，能够降低电压等级，减少设备数量及设备体积，降低设备投资，提高电能利用效率，在各车站仅提供一种形式的低压母线，能够使得对车站交/直流负载的控制简单方便。

Description

轨道交通供电***

技术领域

本实用新型涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨道交通供电***。

背景技术

现代轨道交通供电***以交流电压为主，采用中压交流环网技术，在每座车站单独设置变电所，将中压交流转换为低压交流给车站负载供电。该方案具有如下不足之处：

一方面，由于交流中压环网电压等级高，对供配电设备要求高，设备体积大，且在每座车站内均设置变电所，投资较大；另一方面，随着新能源技术的发展，越来越多的分布式能源并入电网，电网中电源和负载的组成都有了明显变化，采用直流供电的设备被广泛应用，如光伏发电***和储能***都是以直流的形式供电，如果将该部分直流电源并入交流电网，不仅需要通过DC/AC逆变器进行电能转换，还需考虑***的频率、功率因数、谐波、线路阻抗等诸多问题；而且，交流电网为直流负载供电时需通过整流器，采用交流供电***进行供电时，负载端需要大量的逆变器，逆变器进行电能转换的过程电能损耗大，投资大供电可靠性低。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的目的在于提出一种轨道交通供电***，以采用直流环网供电、交/直流配电相结合的方式为车站提供电能，能够降低电压等级，减少设备数量及设备体积，降低设备投资，提高电能利用效率，且在各车站仅提供一种形式的低压母线，能够使得对车站交/直流负载的控制简单方便。

为了实现上述目的，本实用新型提出了一种轨道交通供电***，用于给多个车站供电，所述供电***包括：

变电所，所述变电所包括第一电压变换单元，所述第一电压变换单元的高压端通过高压交流母线与市电进线连接；直流环网，所述直流环网与所述第一电压变换单元的低压端连接，所述直流环网包括各车站设置的车站直流母线和连接在相邻两车站的直流母线之间的直流电缆；各车站设置的供配电站，所述供配电站包括低压直流母线或者低压交流母线，所述低压直流母线用于连接对应车站的直流负载，所述低压交流母线用以连接对应车站的交流负载，其中，所述低压直流母线通过第二电压变换单元与对应车站的车站直流母线连接，所述低压直交流母线通过第三电压变换单元与对应车站的车站直流母线连接；其中，所述多个车站中至少存在一个充电站，所述充电站的负载包括充电电路和授流器，所述授流器通过所述充电电路与对应充电站的所有车站直流母线分别连接，或者，与对应充电站的低压直流母线/低压交流母线连接。

根据本实用新型实施例的轨道交通供电***，无需在每个车站设置变电所，也无需交流中压环网，而是通过变电所、直流环网实现对车站的供配电站的供电，然后在供配电站通过相应电压变换单元实现电压的转换，以给对应车站的交流负载或者直流负载供电。由此，该***采用直流环网供电、交/直流配电相结合的方式为车站提供电能，能够降低电压等级，减少设备数量及设备体积，降低设备投资，提高电能利用效率，且在各车站仅提供一种形式的低压母线，能够使得对车站交/直流负载的控制简单方便。

另外，根据实用新型上述实施例的轨道交通供电***还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，车站的负载包括动照、交直流电源、道岔中的至少一个。

在一些示例中，所述第一电压变换单元包括变压器和AC/DC变换器，所述变压器的高压端通过高压交流母线与市电进线连接，所述变压器的低压端与所述AC/DC变换器的交流端连接，所述AC/DC变换器直流端与所述直流环网连接；所述第二电压变换单元包括DC/AC变换器，所述DC/AC变换器的直流端与对应车站的车站直流母线连接，所述DC/AC变换器的交流端与对应车站的低压交流母线连接；所述第三电压变换单元包括第一DC/DC变换器，所述第一DC/DC变换器的第一直流端与对应车站的车站直流母线连接，所述第一DC/DC变换器的第二直流端与对应车站的低压直流母线连接。

在一些示例中，充电站的供配电站包括低压直流母线，且充电电路通过所述低压直流母线供电时，所述充电站的供配电站还包括第二DC/DC变换器，所述第二DC/DC变换器的第一直流端与所述低压直流母线连接，所述第二DC/DC变换器的第二直流端与所述充电电路的一端连接，其中，所述充电电路的另一端与所述授流器连接。

在一些示例中，所述变电所还包括第一开关、第二开关和第三开关，所述第一开关连接在市电进线和所述高压交流母线之间，所述第二开关连接在所述高压交流母线和所述变压器之间，所述第三开关连接在所述AC/DC变换器与直流环网之间。

在一些示例中，所述直流环网还包括第四开关，所述第四开关连接在车站直流母线和直流线缆之间。

在一些示例中，所述供配电站还包括第五开关、第六开关和多个第七开关，其中，所述供配电站包括所述DC/AC变换器时，所述第五开关连接在对应的车站直流母线和所述DC/AC变换器之间，所述第六开关连接在所述DC/AC变换器和对应的低压交流母线之间，每个所述第七开关连接在所述低压交流母线和对应的交流负载之间；所述供配电站包括所述第一DC/DC变换器时，所述第五开关连接在对应的车站直流母线和所述第一DC/DC变换器之间，所述第六开关连接在所述第一DC/DC变换器和对应的低压直流母线之间，每个所述第七开关连接在所述低压直流母线和对应的直流负载之间。

在一些示例中，所述供配电站还包括分布式直流电源，其中，所述供配电站包括所述DC/AC变换器时，所述分布式直流电源与对应的车站直流母线连接；所述供配电站包括所述第一DC/DC变换器时，所述分布式直流电源与对应的低压直流母线或者车站直流母线连接。

在一些示例中，所述市电进线输入的交流电电压为10kV或者35kV，所述直流环网中的直流电电压为1500V或者7500V。

在一些示例中，所述变电所的个数为2个，分别记为第一变电所和第二变电所，所述第二变电所用于在所述第一变电所发生故障时进行工作。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1(a)和图1(b)是根据本实用新型一个实施例的轨道交通供电***的原理示意图；

图2(a)和图2(b)是根据本实用新型另一个实施例的轨道交通供电***的原理示意图；

图3是根据本实用新型第一个示例的轨道交通供电***的原理示意图；

图4是根据本实用新型第二个示例的轨道交通供电***的原理示意图；

图5是根据本实用新型第三个示例的轨道交通供电***的原理示意图；

图6是根据本实用新型第四个示例的轨道交通供电***的原理示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述本实用新型实施例的轨道交通***。

图1(a)和图1(b)是根据本实用新型一个实施例的轨道交通供电***的原理示意图。

该轨道交通供电***用于给多个车站供电，如图1(a)和图1(b)所示，该轨道交通供电***100包括：变电所10、直流环网20和各车站设置的供配电站30。

其中，变电所10包括第一电压变换单元，第一电压变换单元的高压端通过高压交流母线与市电进线连接。在一个示例中，参见图1(a)、图1(b)，第一电压变换单元包括变压器T和AC/DC变换器11，变压器T的高压端通过高压交流母线与市电进线连接，变压器T的低压端与AC/DC变换器11的交流端连接。

直流环网20与第一电压变换单元的低压端连接，直流环网20包括各车站设置的车站直流母线和连接在相邻两车站的直流母线之间的直流电缆。参见图1(a)、图1(b)，直流环网20与AC/DC变换器11的直流端连接。

配电站30包括低压直流母线或者低压交流母线，低压直流母线用于连接对应车站的直流负载，低压交流母线用以连接对应车站的交流负载。其中，低压直流母线通过第二电压变换单元与对应车站的所有车站直流母线分别连接，低压直交流母线通过第三电压变换单元与对应车站的所有车站直流母线分别连接。在一个示例中，参见图1(a)，第二电压变换单元包括DC/AC变换器31，DC/AC变换器31的直流端与对应车站的车站直流母线连接，DC/AC变换器31的交流端通过低压交流母线连接对应车站的交流负载1；参见图1(b)，第三电压变换单元包括第一DC/DC变换器32，第一DC/DC变换器32的第一直流端与对应车站的直流母线连接，第一DC/DC变换器32的第二直流端通过低压直流母线连接对应车站的直流负载2。

在一个示例中，如图2(a)所示，当供配电站30包括低压交流母线时，交流负载1可包括动照、交直流电源、道岔；如图2(b)所示，供配电站30包括低压直流母线时，直流负载2可包括动照、交直流电源、道岔。其中，交直流电源为车站各设备的控制回路以及二次设备供电，屏柜内配有电池，既可以输出特定的直流电，也可以输出特定的交流电，具体根据设备规格确定。

在该实施例中，多个车站中至少存在一个充电站，如图3所示，充电站的负载还包括充电电路41和授流器42。其中，参见图3，当供配电站30包括低压交流母线时，充电电路41的一端与对应充电站的所有车站直流母线连接，或者，与对应充电站的低压交流母线连接(图中示出了充电电路41的一端与对应充电站的车站直流母线连接)，充电电路41的另一端与授流器42连接；当供配电站30包括低压直流母线时，充电电路41的一端与对应充电站的所有车站直流母线分别连接，充电电路41的另一端与授流器42连接。

也就是说，充电电路41既可由任意车站直流母线供电，也可由其他未发生故障的车站直流母线供电，还可由低压直流母线或者低压交流母线供电，提高对充电电路供电的可靠性。由此，当轨道车辆停靠在充电站，且轨道车辆的充电端口与授流器连接时，可控制充电电路41通过授流器42给轨道车辆充电。

其中，授流器42的结构、形状等可根据实际充电需要进行设置，例如，授流器42可以是充电弓，也可以是充电槽，还可以是充电轨等，此处可不做限定。

在一个示例中，市电进线输入的交流电电压为10kV或者35kV，直流环网20中的直流电电压为1500V或者7500V。

具体地，市电进线输送10kV或者35kV的中压交流电到高压交流母线，高压交流母线输出交流电至变压器T，进而变压器T将该交流电转换为电压为1500V或者7500V的直流电，并将该直流电输送到直流环网20，以使直流环网20通过其车站直流母线给对应车站的供配电站30以及相邻车站的供配电站30输送电能。

具体而言，当供配电站30包括DC/AC变换器31，即车站直流母线连接DC/AC变换器31时，一方面，直流环网20通过其车站直流母线输出直流电至DC/AC变换器31，进而DC/AC变换器31将直流电转换为低压交流电，并输出至低压交流母线，以给对应车站的交流负载1供电，满***流负载1的用电需求；另一方面，直流环网20通过其车站直流母线和相邻两车站的直流母线之间的直流电缆输出直流电至相邻车站直流环网20的车站直流母线，以给相邻车站的供配电站30供电。

当供配电站30包括DC/AC变换器31，即车站直流母线连接第一DC/DC变换器32时，一方面，直流环网20通过其车站直流母线输出直流电至第一DC/DC变换器32，进而第一DC/DC变换器32将直流电转换为低压直流电，并输出至低压直流母线，以给对应车站的直流负载2供电，满足直流负载2的用电需求；另一方面，直流环网20通过其车站直流母线和相邻两车站的直流母线之间的直流电缆输出直流电至相邻车站直流环网20的车站直流母线，以给相邻车站的供配电站30供电。

该实施例中，在每个车站均设置供配电站30，每个供配电站均包括DC/AC变换器31或者第一DC/DC变换器32，每个车站的供配电站30进行交直流转换后供电至交流负载1或直流负载2，一个直流环网20输出的直流电可对该车站的交流负载1或直流负载2供电，还可以对相邻车站的交流负载1或直流负载2供电，由此可见，相较于传统的轨道交通供电***，本实用新型的***100无需在每个车站设置变电所，也无需中压交流环网，而是采用变电所10和直流环网20，且在每个车站的供配电站30内进行供配电，省去中间大量的变流环节，大大减少设备数量及设备体积，降低设备投资，且无需考虑***100的频率、功率因数、谐波、线路阻抗等诸多因素，无需大量的逆变器，进而能够降低电能转换过程中的电能损耗，提高电能利用效率。

需要说明的是，多个车站的供电均可以由一个变电所10负责，由一个变电所10负责供电的多个车站(各车站设置供配电站10)可以组成一个供电区间，因此，在轨道交通供电***100的变电所10为多个时，相对应的供电区间也为多个，各变电所10负责给各自供电区间内的车站供电。相邻供电区间之间可通过联络开关连接，在***100正常运行时，由各变电所10给各自供电区间供电，且在各变电所10和直流环网20正常工作时，保持联络开关处于断开状态，实现各供电区间的正常供电。

由此，该轨道交通供电***采用直流环网供电、交/直流配电相结合的方式为车站提供电能，能够降低电压等级，减少设备数量及设备体积，降低设备投资，提高电能利用效率，且在各车站仅提供一种形式的低压母线，能够使得对车站交/直流负载的控制简单方便。

进一步地，如图4所示，当供配电站30包括第一DC/DC变换器32时，供配电站30还可包括第二DC/DC变换器33，第二DC/DC变换器33的第一直流端与低压直流母线连接，第二DC/DC变换器33的第二直流端与充电电路的一端连接，其中，充电电路的另一端与授流器连接。由此，在轨道车辆需要充电时，可通过充电站给轨道车辆充电。

在本实用新型的一个示例中，参见图3、图4，变电所10还可包括第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3，第一开关K1连接在市电进线和高压交流母线之间，第二开关K2连接在高压交流母线和变压器T之间，第三开关K3连接在AC/DC变换器31与直流环网20之间。其中，第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3均可以为断路器，第三开关K3还可称为直流馈线断路器。

参见图3、图4，直流环网20还可包括第四开关K4，第四开关K4连接在车站直流母线和直流线缆之间。

具体地，当任意车站对应的市电进线故障或变压器T发生故障时，可断开第三开关K3，直至故障排除，恢复正常供电，还可断开第三开关K3，且闭合第四开关K4，其中，第四开关K4是指连接相邻车站的开关，由相邻车站的直流环网20给该车站的供配电站30供电。由此，使得车站的供电配站不完全依赖于该车站对应的直流环网，保证了市电进线故障或变压器发生故障时，仍能够正常供配电。

参见图3、图4，供配电站30还可包括第五开关K5、第六开关K6多个第七开关K7，其中，供配电站30包括DC/AC变换器31时，第五开关K5连接在对应的车站直流母线和DC/AC变换器31之间，第六开关K6连接在DC/AC变换器31和对应的低压交流母线之间，每个第七开关K7连接在低压交流母线和对应的交流负载1之间；供配电站包括第一DC/DC变换器32时，第五开关K5连接在对应的车站直流母线和第一DC/DC变换器32之间，第六开关K6连接在第一DC/DC变换器32和对应的低压直流母线之间，每个第七开关K7连接在低压直流母线和对应的直流负载2之间。其中，第五开关K5、第六开关K6多个第七开关K7均可以为断路器，第五开关K5还可称为车站进线断路器。

具体地，当任意车站内部进线发生故障时，可断开车站进线断路器K5，使发生故障的车站停电，直至线路故障排除，恢复正常供电。应当理解，在该示例中，当任意车站内部配电线路或负载故障时，可断开故障部分，其余正常线路保持运行，直至故障排除，恢复故障部分通电。

在本实用新型的一个示例中，如图5所示，供配电站30还可包括分布式直流电源34，其中，供配电站包括DC/AC变换器31时，分布式直流电源34与对应的车站直流母线连接(图中未示出)；参见图5，供配电站包括第一DC/DC变换器32时，分布式直流电源34与对应的低压直流母线或者车站直流母线连接(图5中示出了分布式直流电源34与对应的低压直流母线连接)。

其中，分布式直流电源34可以给车站内的二次控制线路、一次开关设备供电，分布式直流电源34可包括储能***(例如蓄电池、超级电容器等)、光伏发电***等。在本实用新型的轨道交通供电***中采用分布式直流电源进行供电，具有便于控制、电能质量高的显著特点。

在本实用新型的一个示例中，如图6所示，变电所10的个数可为2个，分别记为第一变电所10-A和第二变电所10-B，第二变电所10-B用于在第一变电所10-A发生故障时进行工作。

具体地，每一个供电区间可设置2个变电所，第一变电所10-A和第二变电所10-B，第二变电所10-B可为备用变电所，正常运行时，第一变电所10-A和第二变电所10-B给各自分开供电，在第一变电所10-A发生故障时，断开该供电区间内的车站的不重要负载，以降低线路负载量，第二变电所10-B进市电进线支援，以给该供电区间内的车站供电。其中，市电进线数量可根据线路长度、线路负载量确定。

如上所述，以及参见图1(a)、图2(a)、图3、图6可知，本实用新型的轨道交通供电***100既能够实现单直流环网(即单个直流环网20)供电、交流配电的供配电方案，参见图1(b)、图2(b)、图3、图4、图5、图6可知，本实用新型的轨道交通供电***100又能够实现单直流环网供电、直流配电的供配电方案。

综上所述，本实用新型实施例的轨道交通供电***采用直流环网供电、交/直流配电相结合的方式为车站提供电能，能够降低电压等级，减少设备数量及设备体积，降低设备投资，提高电能利用效率；在各车站仅提供一种形式的低压母线，能够使得对车站交/直流负载的控制简单方便；能够实现多种供配电方案，进而根据多个车站的实际情况，采取不同的供配电方案对车站供电，简单易实现。

应当理解，本实用新型的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种轨道交通供电***，其特征在于，用于给多个车站供电，所述供电***包括：

变电所，所述变电所包括第一电压变换单元，所述第一电压变换单元的高压端通过高压交流母线与市电进线连接；

直流环网，所述直流环网与所述第一电压变换单元的低压端连接，所述直流环网包括各车站设置的车站直流母线和连接在相邻两车站的直流母线之间的直流电缆；

各车站设置的供配电站，所述供配电站包括低压直流母线或者低压交流母线，所述低压直流母线用于连接对应车站的直流负载，所述低压交流母线用以连接对应车站的交流负载，其中，所述低压直流母线通过第二电压变换单元与对应车站的车站直流母线连接，所述低压交流母线通过第三电压变换单元与对应车站的车站直流母线连接；

其中，所述多个车站中至少存在一个充电站，所述充电站的负载包括充电电路和授流器，所述授流器通过所述充电电路与对应充电站的所有车站直流母线分别连接，或者，与对应充电站的低压直流母线/低压交流母线连接。

2.如权利要求1所述的轨道交通供电***，其特征在于，车站的负载包括动照、交直流电源、道岔中的至少一个。

3.如权利要求1所述的轨道交通供电***，其特征在于，

所述第一电压变换单元包括变压器和AC/DC变换器，所述变压器的高压端通过高压交流母线与市电进线连接，所述变压器的低压端与所述AC/DC变换器的交流端连接，所述AC/DC变换器直流端与所述直流环网连接；

所述第二电压变换单元包括DC/AC变换器，所述DC/AC变换器的直流端与对应车站的车站直流母线连接，所述DC/AC变换器的交流端与对应车站的低压交流母线连接；

所述第三电压变换单元包括第一DC/DC变换器，所述第一DC/DC变换器的第一直流端与对应车站的车站直流母线连接，所述第一DC/DC变换器的第二直流端与对应车站的低压直流母线连接。

4.如权利要求3所述的轨道交通供电***，其特征在于，充电站的供配电站包括低压直流母线，且充电电路通过所述低压直流母线供电时，所述充电站的供配电站还包括第二DC/DC变换器，所述第二DC/DC变换器的第一直流端与所述低压直流母线连接，所述第二DC/DC变换器的第二直流端与所述充电电路的一端连接，其中，所述充电电路的另一端与所述授流器连接。

5.如权利要求3所述的轨道交通供电***，其特征在于，所述变电所还包括第一开关、第二开关和第三开关，所述第一开关连接在市电进线和所述高压交流母线之间，所述第二开关连接在所述高压交流母线和所述变压器之间，所述第三开关连接在所述AC/DC变换器与直流环网之间。

6.如权利要求1所述的轨道交通供电***，其特征在于，所述直流环网还包括第四开关，所述第四开关连接在车站直流母线和直流线缆之间。

7.如权利要求3所述的轨道交通供电***，其特征在于，所述供配电站还包括第五开关、第六开关和多个第七开关，其中，

所述供配电站包括所述DC/AC变换器时，所述第五开关连接在对应的车站直流母线和所述DC/AC变换器之间，所述第六开关连接在所述DC/AC变换器和对应的低压交流母线之间，每个所述第七开关连接在所述低压交流母线和对应的交流负载之间；

所述供配电站包括所述第一DC/DC变换器时，所述第五开关连接在对应的车站直流母线和所述第一DC/DC变换器之间，所述第六开关连接在所述第一DC/DC变换器和对应的低压直流母线之间，每个所述第七开关连接在所述低压直流母线和对应的直流负载之间。

8.如权利要求3所述的轨道交通供电***，其特征在于，所述供配电站还包括分布式直流电源，其中，

所述供配电站包括所述DC/AC变换器时，所述分布式直流电源与对应的车站直流母线连接；

所述供配电站包括所述第一DC/DC变换器时，所述分布式直流电源与对应的低压直流母线或者车站直流母线连接。

9.如权利要求1所述的轨道交通供电***，其特征在于，所述市电进线输入的交流电电压为10kV或者35kV，所述直流环网中的直流电电压为1500V或者7500V。

10.如权利要求1所述的轨道交通供电***，其特征在于，所述变电所的个数为2个，分别记为第一变电所和第二变电所，所述第二变电所用于在所述第一变电所发生故障时进行工作。

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