一种铁路牵引电网动态自动组网方法与流程

本发明属于铁路牵引供电方法技术领域，具体涉及一种铁路牵引电网动态自动组网方法。

背景技术：

在电气化铁路中，某一次可以利用的再生制动电能的产生，与铁路线路情况、列车运行图、司机操纵情况、同一供电臂已经利用情况等有关，从宏观角度看，再生电能出现的供电臂位置具有一定的随机性。

目前的再生电能利用方案，仅局限于个别牵引变电所的两个供电臂区间之内。由于没有考虑通过分区所融通再生电能到其他牵引变电所的供电臂，造成再生电能不能充分加以利用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种铁路牵引电网动态自动组网方法，解决了现有技术中再生电能不能充分利用的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种铁路牵引电网动态自动组网方法，包括以下步骤：

步骤1，构建分布式电能融通设备，连通整个牵引接触网的电能融通主电路；

分布式电能融通设备包括电能融通设备a和电能融通设备b；电能融通设备a桥接牵引变电所两侧供电臂，具体包括桥接牵引变电所两侧供电臂的一台双向变流器、以及一台dc/dc机组和一台储能单元；电能融通设备b桥接分区所两侧供电臂，具体由一台双向变流器构成；

步骤2，检测可利用的再生制动电能供电臂的具体位置；

步骤3，根据步骤2中再生制动电能供电臂的具体位置，确定分布式电能融通设备及其相连接供电臂的范围，判断是否进行动态组网；

步骤4，根据步骤3的动态组网的范围，随后判断动态组网的方向，完成再生电能的消纳利用。

本发明的特征还在于，

步骤2具体为：在每个牵引变电所和分区所每个供电臂上均设置电压互感器和电流互感器，实时读取电压互感器和电流互感器的数值并相乘，得到各供电臂的实时功率值；当任意一个供电臂的实时功率值为负值，即检测到该供电臂有再生电能产生；当任意一个牵引变电所的两侧供电臂的实时功率值的代数和为负值，则检测到此牵引变电所有可利用再生电能。

步骤3具体为：

步骤3.1，基于电能融通传输效率，确定供电臂的数量范围；

步骤3.2，判断再生制动电能供电臂位置处的牵引变电所的储能单元soc值是否≥90﹪，若是，则进行动态组网，反之，再生电能则在此牵引变电所储能消纳；

步骤3.3，对于储能单元soc值≥90﹪的牵引变电所，若仅只有一个供电臂产生再生电能，则使用再生电能对牵引变电所储能单元全功率充电；若两侧的供电臂均有再生电能，则将再生电能、通过电能融通设备a中的双向变流器和dc/dc机组，对牵引变电所储能单元进行充电，其中双向变流器采用半功率，dc/dc机组使用全功率；

步骤3.4，针对储能单元soc值≥90﹪的牵引变电所两侧相邻的牵引变电所，若任意一侧牵引变电所产生再生电能，则不在此侧动态组网，完成动态组网范围确定。

步骤3.1中供电臂的数量范围为2-4个。

步骤4具体为：

步骤4.1，若储能单元soc值≥90﹪的牵引变电所的任意一侧牵引变电所的牵引功率>0，或储能单元soc值≤90﹪，则通过电能融通设备a和电能融通设备b中的双向变流器全功率对此侧的牵引变电所融通再生电能，此时供电臂数量为2或3个；

步骤4.2，若储能单元soc值≥90﹪的牵引变电所两侧相邻的牵引变电所的牵引功率＝0，或储能单元soc值≥90﹪，则根据两侧相隔的牵引变电所判断动态组网方向。

步骤4.2具体为：

若储能单元soc值≥90﹪的牵引变电所任意一侧相隔的牵引变电所的牵引功率>0，或储能单元soc值≤90﹪，则通过电能融通设备a和电能融通设备b中的双向变流器全功率对此侧相隔的牵引变电所融通再生电能，此时供电臂数量为4个；

若储能单元soc值≥90﹪的两侧相邻以及两侧相隔的牵引变电所的牵引功率均＝0，或储能单元soc值均≥90﹪，则通过电能融通设备a和电能融通设备b中的双向变流器对本牵引变电所、两侧相邻及两侧相隔的牵引变电所的储能单元低功率充电，供电臂小范围为4个；

若储能单元soc值≥90﹪的牵引变电所两侧相邻牵引变电所以及两侧相隔的牵引变电所的牵引功率均＝0，或储能单元soc值均＝100﹪，则放弃此次再生电能的利用。

本发明的有益效果是：一种铁路牵引电网动态自动组网方法，不仅可随时准确跟踪可以利用的再生电能的供电臂位置；而且通过分布式电能融通设备，可及时动态自动组成电能融通主电路动态电网，动态电网中包含2-4个供电臂，充分利用了再生电能，同时协调了再生电能产生的随机分布性与再生电能利用的及时性之间的矛盾，有很好的实用价值。

附图说明

图1是本发明一种铁路牵引电网动态自动组网方法中的电能融通主电路示意图；

图2是本发明一种铁路牵引电网动态自动组网方法中单个供电臂的损耗示意图；

图3是本发明一种铁路牵引电网动态自动组网方法中动态组网的流程图；

图4是本发明实施例的动态组网的示意图。

图中，1.牵引变电所，2.分区所，3.供电臂，4.再生制动电能供电臂，5.分布式电能融通设备。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种铁路牵引电网动态自动组网方法，包括以下步骤：

步骤1，构建分布式电能融通设备5，连通整个牵引接触网的电能融通主电路；

分布式电能融通设备5包括电能融通设备a和电能融通设备b；电能融通设备a桥接牵引变电所1两侧供电臂3，具体包括桥接牵引变电所内部两侧供电臂的一台双向变流器、以及一台dc/dc机组和一台储能单元，然后接在该双向变流器的中间直流环节；电能融通设备b桥接分区所2内部两侧供电臂3，具体由一台双向变流器构成；如图1所示，组建连通整个牵引接触网的电能融通主电路。

步骤2具体为：在每个牵引变电所1和分区所2的每个供电臂3上均设置电压互感器和电流互感器，实时读取电压互感器和电流互感器的数值并相乘，得到各供电臂3的实时功率值；当任意一个供电臂3的实时功率值为负值，即检测到该供电臂3有再生电能产生；当任意一个牵引变电所1的两侧供电臂3的实时功率值的代数和为负值，则检测到此牵引变电所1有可利用再生电能。

步骤3，根据步骤2中再生制动电能供电臂4的具体位置，确定分布式电能融通设备5及其相连接供电臂3的范围，判断是否进行动态组网；具体为：

步骤3.1，基于电能融通传输效率，确定供电臂3的数量为2-4个。原理为：

如图2所示，单个供电臂3的损耗链，那么单个供电臂的供电效率为：

η1＝ηl·ηt·ηc·ηd·ηs＝0.998×0.99×0.98×0.98×0.9＝0.968×0.882

其中，参数η1为传输线效率，ηt为变压器效率，ηc为变流器效率，ηd为dc/dc机组效率，ηs为储能效率(在直接进行再生电能融通时，不经过dc/dc机组和储能单元，所以dc/dc机组和储能单元的效率0.882不计入)。

当2个供电臂直通进行再生电能融通时，供电效率为：

η2＝0.968×0.968＝0.937

当3个供电臂直通进行再生电能融通时，供电效率为：

η3＝0.937×0.937＝0.878

当4个供电臂直通进行再生电能融通时，供电效率为：

η4＝0.937×0.937×0.937＝0.823

由上可知，当连通4个供电臂时，供电效率已经降低很多，故本发明确认再生电能融通小范围最大不超过4个供电臂。

步骤3.2，如图3所示，判断再生制动电能供电臂4位置处的牵引变电所1的储能单元soc值是否≥90％，若是，则进行动态组网，反之，再生电能则在此牵引变电所1储能消纳；

步骤3.3，对于储能单元soc值≥90％的牵引变电所1，若仅只有一个供电臂3产生再生电能，则使用再生电能对牵引变电所1储能单元全功率充电；若两侧的供电臂均有再生电能，则使用再生电能、通过两侧电能融通设备a中的双向变流器和dc/dc机组，对牵引变电所1储能单元进行充电，其中双向变流器采用半功率，dc/dc机组使用全功率；

步骤3.4，针对储能单元soc值≥90％的牵引变电所1两侧相邻的牵引变电所1，若任意一侧牵引变电所1产生再生电能，则不在此侧动态组网，完成动态组网范围确定。

步骤4，根据步骤3的动态组网的范围，随后判断动态组网的方向，完成再生电能的消纳利用，具体为：

步骤4.1，若储能单元soc值≥90％的牵引变电所1的任意一侧牵引变电所1的牵引功率＞0，或储能单元soc值≤90％，则通过电能融通设备a和电能融通设备b中的双向变流器全功率对此侧的牵引变电所1融通再生电能，此时供电臂数量为2或3个；

步骤4.2，若储能单元soc值≥90﹪的牵引变电所1两侧相邻的牵引变电所1的牵引功率＝0，或储能单元soc值≥90﹪，则根据两侧相隔的牵引变电所1判断动态组网方向。

若储能单元soc值≥90﹪的牵引变电所1任意一侧相隔的牵引变电所1的牵引功率>0，或储能单元soc值≤90﹪，则通过电能融通设备a和电能融通设备b中的双向变流器全功率对此侧相隔的牵引变电所1融通再生电能，此时供电臂数量为4个；

若储能单元soc值≥90﹪的牵引变电所1两侧相邻牵引变电所1以及两侧相隔的牵引变电所1的牵引功率均＝0，或储能单元soc值均≥90﹪，则通过电能融通设备a和电能融通设备b中的双向变流器对本牵引变电所1、两侧相邻牵引变电所1及两侧相隔的牵引变电所1低功率充电，供电臂小范围为4个；

若储能单元soc值≥90﹪的牵引变电所1两侧相邻牵引变电所1以及两侧相隔的牵引变电所1的牵引功率均＝0，或储能单元soc值均＝100﹪，则放弃此次再生电能的利用。

本发明自动组网方法能随时准确跟踪可以利用的再生电能的供电臂位置；而且通过分布式电能融通设备，可及时动态自动组成电能融通主电路动态电网，动态电网中包含2-4个供电臂，充分利用了再生电能，同时协调了再生电能产生的随机分布性与再生电能利用的及时性之间的矛盾。

实施例

首先，构造连通整个牵引接触网的电能融通主电路。

其次，检测可利用的再生制动电能供电臂4的具体位置。具体为：如图4所示，对第一牵引变电所来说，检测到的实时功率为：

p1＝2mw+(-4mw)＝-2mw

所以第一牵引变电所产生2mw可以利用的再生电能。

对第二牵引变电所来说，检测到的实时功率为：

p2＝(-6mw)+1mw＝-5mw

所以第二牵引变电所产生5mw可以利用的再生电能。

综上可知，定位于第二牵引变电所的左侧供电臂进行计算。

然后，确定分布式电能融通设备5及其相连接供电臂3的范围，判断是否进行动态组网。

由于第二牵引变电所的储能单元soc值为95％，故可以进行动态组网。又因第二牵引变电所左侧相邻的第一牵引变电所产生2mw的再生电能，故不向左侧进行动态组网。

最后，判断动态组网的方向和范围，输出结果。

第二牵引变电所的右侧相邻第三牵引变电所的牵引功率为9mw，且储能单元soc值为70％，故可以向右侧进行动态组网，满功率融通再生电能。故供电臂的小范围为3个，进行电能消纳利用。