一种牵引变电所供电构造的制作方法

本实用新型涉及电气化铁路供电技术领域。

背景技术：

电气化铁路牵引负荷波动剧烈，功率峰值和谷值悬殊很大。为满足电力机车峰值功率要求，牵引变压器安装容量往往较大，导致了牵引变压器负载率低，牵引供电设备容量利用率低，同时也使电力系统电能生产成本变高。另外，功率峰值也在另一程序上恶化了系统电能质量。随着高速铁路运量的不断增加，牵引供电系统的基础设施容量面临跟不上，需要设备扩容与更新。另外，电力机车处于再生制动运行工况下，会向电力系统返送电能，然而电网往往会在某一程序上限制再生制动功率的注入量，这给也给牵引供电系统提出了新的挑战。储能装置可以作为牵引负荷的缓冲区，在负荷高峰时放电，在负荷低谷时充电，起到缓和牵引负荷波动的效果，从而缓解峰值功率对系统和设备带来的压力，并且可以有效吸收再生制动能量。

牵引变电所两个供电臂上的牵引负荷分布不均，会产生负序电流，引起了电力系统三相电压不平衡。专利《一种电气化铁路储能同相供电装置及其控制方法》(申请公布号：cn107104444a)和《一种电气化铁路同相储能供电构造及其控制方法》(申请号：101910332002.3)分别提出了同相储能供电系统削峰填谷的解决方案，补偿了电力系统三相电压不平衡，然而仅针对同相供电系统，并不适用于异相供电牵引变电所。

综上所述，如何利用储能技术综合解决异相供电牵引变电所削峰填谷、再生制动吸收和电压不平衡补偿是目前急需研究的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种牵引变电所供电构造，它能有效地解决电气化铁路牵引变电所经济节能高效运行，并实现异相供电臂之间的功率调度，进行负序控制的技术问题。

为了实现本实用新型所要解决的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种牵引变电所供电构造，包括牵引变电所用于向电气化铁路供电臂提供电能的三相/两相变压器tt、馈入线和牵引母线，所述馈入线分为第一馈入线l1和第二馈入线l2，牵引母线分为第一牵引母线tb1和第二牵引母线tb2；三相/两相变压器tt原边接入电网a、b、c三相电源，次边两相中的a相通过第一馈入线l1与第一牵引母线tb1相连，次边两相中的b相通过第二馈入线l2与第二牵引母线tb2相连；由第一牵引母线tb1和第二牵引母线tb2引出的工作馈线共为五路，其中第一牵引母线tb1引出三路，分别记为第一工作馈线f11、第二工作馈线f12和第三工作馈线f13；第二牵引母线tb2引出的两路，分别记为第四工作馈线f21和第五工作馈线f22；工作馈线设有电流互感器，其中第一工作馈线f11设有第一电流互感器ct11、第二工作馈线f12设有第二电流互感器ct12、第三工作馈线f13设有第三电流互感器ct13、第四工作馈线f21设有第四电流互感器ct21、第五工作馈线f22设有第五电流互感器ct22；第一工作馈线f11、第四工作馈线f21分别向各自供电臂的电力机车供电；单相交直交变流器ada的两个交流侧分别与第三工作馈线f13、第五工作馈线f22连接；储能装置包括交直变流器ad和储能设备sd，其中，交直变流器ad的交流侧与第二工作馈线f12连接，交直变流器ad的直流侧与储能装置sd直流侧连接；综合控制器ccd的信号端p1～p5分别与第一电流互感器ct11、第二电流互感器ct12、第三电流互感器ct13、第四电流互感器ct21和第五电流互感器ct22输出端连接，所述综合控制器ccd的双向信号端p6～p8分别与交直变流器ad、储能设备sd、单相交直交变流器ada的控制端相连。

为了实现本实用新型所要解决的技术问题，本实用新型需要采用以下技术方案：

一种牵引变电所供电构造的控制方法，记第一电流互感器ct11的电流为i11，第二电流互感器ct12的电流为i12，第三电流互感器ct13的电流为i13、第四电流互感器ct21的电流为i21、第五电流互感器ct22的电流为i22，牵引负荷功率因数为1，牵引负荷阈值电流为iref，当三相/两相变压器tt为平衡接线时，

(1)若i11+i21≥iref，

综合控制器ccd控制交直变流器ad和储能设备sd向第一牵引母线tb1放电，放电电流记为idis，其中idis大于或等于i11+i21-iref；

综合控制器ccd控制单相交直交变流器ada进行第一馈入线l1和第二馈入线l2的功率调度，即，有功调度：i22＝(i11-i21-idis)/2，i13＝-i22，其中i22≥0表明功率由第二馈入线l2调度至第一馈入线l1，i22<0表明功率由第一馈入线l1调度至第二馈入线l2；当idis等于i11+i21-iref时，i22＝iref/2-i21，i13＝-i22；无功调度为0；

(2)若i11+i21<iref，

综合控制器ccd控制交直变流器ad由第一牵引母线tb1向储能设备sd充电，充电电流记为ich，其中ich小于或等于iref-i11-i21；

综合控制器ccd控制单相交直交变流器ada进行第一馈入线l1和第二馈入线l2的功率调度，即，有功调度：i22＝(i11-i21+ich)/2，i13＝-i22，其中i22≥0表明功率由第二馈入线l2调度至第一馈入线l1，i22<0表明功率由第一馈入线l1调度至第二馈入线l2；当idis等于iref-i11-i21时，i22＝iref/2-i21，i13＝-i22；无功调度为0；

优选地，一种牵引变电所供电构造的控制方法，当三相/两相变压器tt为120°接线时，

(1)若i11+i21≥iref，

综合控制器ccd控制交直变流器ad和储能设备sd向第一牵引母线tb1放电，放电电流记为idis，其中idis大于或等于i11+i21-iref；

记电流i22的有功电流分量为i22p，无功电流分量为i22q；电流i13的有功电流分量为i13p，无功电流分量为i13q。综合控制器ccd控制单相交直交变流器ada进行第一馈入线l1和第二馈入线l2的功率调度，即，有功调度：i22p＝(i11-i21-idis)/2，i13p＝-i22p，其中i22p≥0表明有功功率由第二馈入线l2调度至第一馈入线l1，i22p<0表明有功功率由第一馈入线l1调度至第二馈入线l2；当idis等于i11+i21-iref时，i22p＝iref/2-i21，i13p＝-i22p；无功调度：若第一牵引母线tb1电压超前于第二牵引母线tb2电压60°，则i13q超前i13p为90°，i22q滞后i22p为90°，若第一牵引母线tb1电压滞后于第二牵引母线tb2电压60°，则i13q滞后i13p为90°，i22q超前i22p为90°，若第一牵引母线tb1电压超前于第二牵引母线tb2电压120°，则i13q滞后i13p为90°，i22q超前i22p为90°，若第一牵引母线tb1电压滞后于第二牵引母线tb2电压120°，则i13q超前i13p为90°，i22q滞后i22p为90°；

(2)若i11+i21<iref，

综合控制器ccd控制交直变流器ad由第一牵引母线tb1向储能设备sd充电，充电电流记为ich，其中ich小于或等于iref-i11-i21；

综合控制器ccd控制单相交直交变流器ada进行第一馈入线l1和第二馈入线l2的功率调度，即，有功调度：i22p＝(i11-i21+ich)/2，i13p＝-i22p，其中i22p≥0表明有功功率由第二馈入线l2调度至第一馈入线l1，i22p<0表明有功功率由第一馈入线l1调度至第二馈入线l2；当idis等于i11+i21-iref时，i22p＝iref/2-i21，i13p＝-i22p；无功调度：若第一牵引母线tb1电压超前于第二牵引母线tb2电压60°，则i13q超前i13p为90°，i22q滞后i22p为90°，若第一牵引母线tb1电压滞后于第二牵引母线tb2电压60°，则i13q滞后i13p为90°，i22q超前i22p为90°，若第一牵引母线tb1电压超前于第二牵引母线tb2电压120°，则i13q滞后i13p为90°，i22q超前i22p为90°，若第一牵引母线tb1电压滞后于第二牵引母线tb2电压120°，则i13q超前i13p为90°，i22q滞后i22p为90°。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型在牵引变电所的一个供电臂装设储能装置，实现异相供电储能节支经济运行。

2、本实用新型综合实现牵引变电所削峰填谷、再生制动能吸收和负序控制功能。

3、本实用新型控制方法简单，易于实施。

附图说明

图1是本实用新型电路构造示意图之一。

图2是本实用新型电路构造示意图之二。

图3是本实用新型控制方法流程图之一。

图4是本实用新型控制方法流程图之二。

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。

实施例一

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种牵引变电所供电构造，其中，所述的牵引供电构造包括：牵引变电所用于向电气化铁路供电臂提供电能的三相/两相变压器tt、馈入线和牵引母线，用于供电臂功率调度的单相交直交变流器ada，用于牵引负荷削峰填谷的储能装置及用于储能综合补偿控制器ccd。

所述馈入线分为第一馈入线l1和第二馈入线l2，牵引母线分为第一牵引母线tb1和第二牵引母线tb2；三相/两相变压器tt原边接入电网a、b、c三相电源，次边两相中的a相通过第一馈入线l1与第一牵引母线tb1相连，次边两相中的b相通过第二馈入线l2与第二牵引母线tb2相连；由第一牵引母线tb1和第二牵引母线tb2引出的工作馈线共为五路，其中第一牵引母线tb1引出三路，分别记为第一工作馈线f11、第二工作馈线f12和第三工作馈线f13；第二牵引母线tb2引出的两路，分别记为第四工作馈线f21和第五工作馈线f22；工作馈线设有电流互感器，其中第一工作馈线f11设有第一电流互感器ct11、第二工作馈线f12设有第二电流互感器ct12、第三工作馈线f13设有第三电流互感器ct13、第四工作馈线f21设有第四电流互感器ct21、第五工作馈线f22设有第五电流互感器ct22；第一工作馈线f11、第四工作馈线f21分别向各自供电臂的电力机车供电；

所述单相交直交变流器ada的两个交流侧分别与第三工作馈线f13、第五工作馈线f22连接；

所述储能装置包括交直变流器ad和储能设备sd，其中所述交直变流器ad的交流侧与第二工作馈线f12连接，所述交直变流器ad的直流侧与储能装置sd直流侧连接；

所述综合控制器ccd的信号端p1～p5分别与第一电流互感器ct11、第二电流互感器ct12、第三电流互感器ct13、第四电流互感器ct21和第五电流互感器ct22输出端连接，所述综合控制器ccd的双向信号端p6～p8分别与交直变流器ad、储能设备sd、单相交直交变流器ada的控制端相连。

优选地，所述的第二工作馈线f12也可改接于第二牵引母线tb2，即所述的储能装置改接于第二牵引母线tb2；

实施例二

如图2所示，所述的变电所供电构造包括：牵引变电所用于向电气化铁路供电臂提供电能的三相/两相变压器tt、三相/两相备用变压器ttb、断路器、备用断路器、馈入线、备用馈入线和牵引母线，用于供电臂功率调度的单相交直交变流器ada，用于牵引负荷削峰填谷的储能装置及用于储能综合补偿控制器ccd。

所述馈入线分为第一馈入线l1和第二馈入线l2，所述备用馈入线分为第一备用馈入线l1b和第二备用馈入线l2b，所述牵引母线分为第一牵引母线tb1和第二牵引母线tb2，所述断路器分为第一断路器qfa和第二断路器qfb，所述备用断路器分为第一备用断路器qfab和第二备用断路器qfbb；三相/两相变压器tt原边接于a、b、c三相电源，次边两相中的a相通过第一断路器qfa与第一馈入线l1相连，第一馈入线l1又与第一牵引母线tb1相连，次边两相中的b相通过第二断路器qfb与第二馈入线l2相连，第二馈入线l2又与第二牵引母线tb2相连；三相/两相备用变压器ttb原边接于a1、b1、c1三相电源，次边两相中的a相通过第一备用断路器qfab与第一备用馈入线l1b相连，第一备用馈入线l1b又与第一牵引母线tb1相连，次边两相中的b相通过第二备用断路器qfbb与第二备用馈入线l2b相连，第二备用馈入线l2b又与第二牵引母线tb2相连；由第一牵引母线tb1和第二牵引母线tb2引出的工作馈线共为五路，其中第一牵引母线tb1引出三路，分别记为第一工作馈线f11、第二工作馈线f12和第三工作馈线f13；第二牵引母线tb2引出的两路，分别记为第四工作馈线f21和第五工作馈线f22；工作馈线设有电流互感器，其中第一工作馈线f11设有第一电流互感器ct11、第二工作馈线f12设有第二电流互感器ct12、第三工作馈线f13设有第三电流互感器ct13、第四工作馈线f21设有第四电流互感器ct21、第五工作馈线f22设有第五电流互感器ct22；第一工作馈线f11、第四工作馈线f21分别向各自供电臂的电力机车供电；

所述单相交直交变流器ada的两个交流侧分别与第三工作馈线f13、第五工作馈线f22连接；

所述储能装置包括交直变流器ad和储能设备sd，其中所述交直变流器ad的交流侧与第二工作馈线f12连接，所述交直变流器ad的直流侧与储能装置sd直流侧连接；

所述综合控制器ccd的信号端p1～p5分别与第一电流互感器ct11、第二电流互感器ct12、第三电流互感器ct13、第四电流互感器ct21和第五电流互感器ct22输出端连接，所述综合控制器ccd的双向信号端p6～p8分别与交直变流器ad、储能设备sd、单相交直交变流器ada的控制端相连。

上述的牵引供电构造中，三相/两相变压器tt、断路器、馈入线和牵引母线构成一路电能通道；三相/两相备用变压器ttb、备用断路器、备用馈入线和牵引母线构成另一路备用电能通道。两路电能通道分别用于向电气化铁路供电臂提供电能。

实施例三

如图3所示，本实用新型实施例提供了一种牵引变电所供电构造的控制方法，当三相/两相变压器tt为平衡接线时，

(1)若i11+i21≥iref，

综合控制器ccd控制直变流器ad和储能设备sd向第一牵引母线tb1放电，放电电流记为idis，其中idis大于或等于i11+i21-iref；

综合控制器ccd控制单相交直交变流器ada进行第一馈入线l1和第二馈入线l2的功率调度，即，有功调度：i22＝(i11-i21-idis)/2，i13＝-i22，其中i22≥0表明功率由第二馈入线l2调度至第一馈入线l1，i22<0表明功率由第一馈入线l1调度至第二馈入线l2；当idis等于i11+i21-iref时，i22＝iref/2-i21，i13＝-i22；无功调度为0；

(2)若i11+i21<iref，

综合控制器ccd控制交直变流器ad由第一牵引母线tb1向储能设备sd充电，充电电流记为ich，其中ich小于或等于iref-i11-i21；

综合控制器ccd控制单相交直交变流器ada进行第一馈入线l1和第二馈入线l2的功率调度，即，有功调度：i22＝(i11-i21+ich)/2，i13＝-i22，其中i22≥0表明功率由第二馈入线l2调度至第一馈入线l1，i22<0表明功率由第一馈入线l1调度至第二馈入线l2；当idis等于iref-i11-i21时，i22＝iref/2-i21，i13＝-i22；无功调度为0。

本实用新型所述实施例三相/两相变压器tt采用平衡接线，包括scott、ynvd、阻抗匹配平衡变压器等，单相交直交变流器ada只需进行有功功率调度，无需无功功率调度。实现负序全补偿，牵引负荷削峰填谷。

实施例四

如图4所示，本实用新型实施例提供了一种牵引变电所供电构造的控制方法，当三相/两相变压器tt为120°接线时，

(1)若i11+i21≥iref，

综合控制器ccd控制直变流器ad和储能设备sd向第一牵引母线tb1放电，放电电流记为idis，其中idis大于或等于i11+i21-iref；

记电流i22的有功电流分量为i22p，无功电流分量为i22q；电流i13的有功电流分量为i13p，无功电流分量为i13q。综合控制器ccd控制单相交直交变流器ada进行第一馈入线l1和第二馈入线l2的功率调度，即，有功调度：i22p＝(i11-i21-idis)/2，i13p＝-i22p，其中i22p≥0表明有功功率由第二馈入线l2调度至第一馈入线l1，i22p<0表明有功功率由第一馈入线l1调度至第二馈入线l2；当idis等于i11+i21-iref时，i22p＝iref/2-i21，i13p＝-i22p；无功调度：若第一牵引母线tb1电压超前于第二牵引母线tb2电压60°，则i13q超前i13p为90°，i22q滞后i22p为90°，若第一牵引母线tb1电压滞后于第二牵引母线tb2电压60°，则i13q滞后i13p为90°，i22q超前i22p为90°，若第一牵引母线tb1电压超前于第二牵引母线tb2电压120°，则i13q滞后i13p为90°，i22q超前i22p为90°，若第一牵引母线tb1电压滞后于第二牵引母线tb2电压120°，则i13q超前i13p为90°，i22q滞后i22p为90°；

(2)若i11+i21<iref，

综合控制器ccd控制交直变流器ad由第一牵引母线tb1向储能设备sd充电，充电电流记为ich，其中ich小于或等于iref-i11-i21；

综合控制器ccd控制单相交直交变流器ada进行第一馈入线l1和第二馈入线l2的功率调度，即，有功调度：i22p＝(i11-i21+ich)/2，i13p＝-i22p，其中i22p≥0表明有功功率由第二馈入线l2调度至第一馈入线l1，i22p<0表明有功功率由第一馈入线l1调度至第二馈入线l2；当idis等于i11+i21-iref时，i22p＝iref/2-i21，i13p＝-i22p；无功调度：若第一牵引母线tb1电压超前于第二牵引母线tb2电压60°，则i13q超前i13p为90°，i22q滞后i22p为90°，若第一牵引母线tb1电压滞后于第二牵引母线tb2电压60°，则i13q滞后i13p为90°，i22q超前i22p为90°，若第一牵引母线tb1电压超前于第二牵引母线tb2电压120°，则i13q滞后i13p为90°，i22q超前i22p为90°，若第一牵引母线tb1电压滞后于第二牵引母线tb2电压120°，则i13q超前i13p为90°，i22q滞后i22p为90°。

本实用新型所述实施例三相/两相变压器tt采用120°接线，包括vv、ynd11等，单相交直交变流器ada既要进行有功功率调度，也要进行无功功率调度。实现负序全补偿，牵引负荷削峰填谷。

因此，本实用新型实施例有利于缓和牵引负荷波动，并实现两供电臂之间的功率调度，从而达到牵引变电所经济节能高效运行，负序满足国标要求，并有效利用列车再生制动能量。