一种电气化铁路贯通式同相供电构造的制作方法

本实用新型属于交流电气化铁路供电技术领域，特别涉及牵引变电所再生制动能量利用和电能质量控制技术。

背景技术：

我国电气化铁路的供电方式为单相工频交流制，由公用电力系统来供电。由于牵引负荷的单相独立性和不对称性，在牵引供电系统中产生负序电流，对发电机、继电保护装置等都有较大影响。因此设置电分相进行轮换相序、分相分区供电。然而，列车通过电分相时，速度降低、牵引力损失，严重影响了牵引网的安全性和列车的高速运行，并且电分相装置的可靠性较低，是牵引供电系统中最薄弱的部分。在此基础上，提出贯通式同相供电，即牵引变电所中采用单相牵引变压器来取消其出口母线处的电分相，在分区所处采用双边供电技术取消相邻供电区之间的电分相。

为避免穿越功率，设外部电源采用辐射式供电方式，即电网中同一变电站的分段母线分别为多个牵引变电所供电，此时称这多个牵引变电所为牵引变电所群。最优化的牵引变电所群由主变电所及其它牵引变电所构成。其中，主变电所又叫负序补偿变电所，设有集中补偿负序的补偿装置，群中所有变电所都是单相变电所，牵引母线的电压相别相同。

在此牵引变电所群方案中，一方面，采用贯通式同相供电使牵引负荷相对于三相电力网络具有单向性，从而导致三相电压不平衡，负序问题突出。另一方面，牵引负荷波动剧烈，牵引变压器等设备利用率低，大大提高了运行成本，并且整个牵引变电所群的再生制动能量没有加以利用，经济效益低。鉴于此，本实用新型设计了一种电气化铁路同相供电构造及其控制方法。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种电气化铁路贯通式同相供电构造，它能有效地解决在系统短路容量有限时有效解决负序问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：一种电气化铁路贯通式同相供电构造，包括变电站s1、主牵引变电所cps、牵引网ocs以及光纤网络fo，其特征在于：主牵引变电所cps与铁路沿线的n-1个牵引变电所组成牵引变电所群，其中，n≥2；变电站s1以辐射形式给牵引变电所群供电，各牵引变电所内的牵引变压器的次边绕组一端连接同一相位且对应的牵引母线tb、tb1、tb2、……、tbn-1，并引出牵引馈线f、f1、f2、……、fn-1，另一端接地；在一个牵引变电所群中，主牵引变电所cps的高压侧设有储能装置；该储能装置中，高压匹配变压器mt原边连接变电站s1输出的三相高压电网中用于给牵引变电所群供电的线电压，次边与变流器co的交流端口连接；变流器co的直流侧端口与储能器sd相连；测控单元ps设有in1～in(2n+1)共2n+1个输入端和一个输出端out1；其中，输入端in1、in2分别接至主牵引变电所cps的牵引母线tb引出的馈线f处的电压互感器pt、电流互感器ct，输入端in3、in4通过光纤网络fo分别接至牵引变电所群中第1牵引变电所sps1内的牵引变压器馈线处f1的第一电压互感器pt1、第一电流互感器ct1，输入端in(2n-1)、in(2n)通过光纤网络fo分别接至牵引变电所群中第n-1牵引变电所spsn-1的牵引变压器馈线处fn-1的第n-1电压互感器ptn-1、第n-1电流互感器ctn-1，输入端in(2n+1)接至储能器sd荷电状态输出端，测控单元ps输出端out1接至变流器co的控制端。

所述变流器co的额定功率pa与储能器sd的额定功率pb相等，并且，储能器功率pb大于等于总牵引负荷95％概率大值s95％与负序功率允许值s^(-)之差，储能容量sb大于等于负荷功率曲线连续超过负序允许功率累计能量的最大值。

本实用新型的目的需要利用以下控制方法来实现：一种电气化铁路贯通式同相供电构造的控制方法，电气化铁路贯通式同相供电构造的测控单元ps通过输入端in1和in2获取主牵引变电所cps中牵引变压器引出的牵引母线tb的实时功率，记为p1，通过输入端in3和in4获取第1牵引变电所sps1内的牵引变压器引出的牵引母线tb1的实时功率，记为p2，……，通过输入端in(2n-1)和in(2n)获取第n-1牵引变电所spsn-1内的牵引变压器引出的牵引母线tbn-1的实时功率，记为pn，从而获得实时的牵引变电所群牵引负荷总功率s＝p1+p2+……+pn；通过输入端in(2n+1)获取储能器sd的荷电状态soc的标志值；记变流器co实时运行功率为pa、储能器sd实时运行功率为pb，根据牵引负荷功率s、负序功率允许值s^(-)、荷电状态soc之值实时控制变流器co整流或逆变使牵引变电所群和储能器sd二者完成功率交换，实现牵引变电所群的负序补偿以及再生制动能量的转换、存储和利用。

1)在牵引负荷功率s大于负序功率允许值s^(-)的情况下，当储能器sd的荷电状态soc大于放电下限值时，测控单元ps控制变流器co逆变、储能器sd释放电能，且负荷功率s-释放功率pb≤负序功率允许值s^(-)；当荷电状态soc小于等于放电下限值时，变流器co和储能器sd待机，pa＝pb＝0；

2)在牵引负荷功率s小于负序功率允许值s^(-)的情况下，当储能器sd的荷电状态soc小于充电上限值时，测控单元ps控制变流器co整流、储能器sd充电：如果s＞0,充电功率pb+负荷功率s≤负序功率允许值s^(-)；如果s＜0，即总负荷功率为再生情况，充电功率pb＝负荷再生功率-s，如果负荷再生功率-s＞储能器sd最大充电功率pbmax，则储能器sd以自身最大充电功率进行储能；当储能器sd的荷电状态soc大于等于充电上限值时，变流器co和储能器sd待机，pa＝pb＝0；3)在牵引负荷功率s等于负序功率允许值s^(-)的情况下，变流器co和储能器sd待机，pa＝pb＝0。

本实用新型的工作原理是：在牵引变电所群中，选择一个牵引变电所为主变电所，装设储能装置，通过该装置中的测控单元检测牵引变电所群牵引负荷总功率，与负序功率允许值对比，同时根据储能器的荷电状态，及时控制变流器整流和逆变，使牵引变电所群和储能器二者功率完成交换，从而对牵引负荷进行削峰填谷，实现负序问题的改善以及对再生制动能量有效利用。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1、本实用新型在现有牵引变电所群方案中加入储能装置，通过储能器的充放电，实现对牵引负荷的削峰填谷，不仅有效解决系统容量不足时的负序问题，改善系统电能质量，还能对再生制动能量进行有效利用，具有较高的经济效益。

2、对变电所群再生制动能量的集中存储利用，相比于传统方法大大减少了储能器个数及容量，节约牵引变电所占地面积。

3、本实用新型结构简单，设备数量少，易于实施。

附图说明

图1是本实用新型实施例的示意图。

图2是本实用新型实施例的控制方法与控制流程示意图。

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。

图1示出，本实用新型的具体实施方式为：一种电气化铁路贯通式同相供电构造，包括变电站s1、主牵引变电所cps、牵引网ocs以及光纤网络fo，主牵引变电所cps和n-1个牵引变电所组成牵引变电所群，其中，n≥2；变电站s1以辐射形式给牵引变电所群供电，各牵引变电所内的牵引变压器的次边绕组一端连接同一相位的牵引母线tb、tb1、tb2……tbn-1，并引出牵引馈线f、f1、f2……fn-1；另一端接地；在牵引变电所群中，主牵引变电所cps高压侧设有储能装置。

所述牵引变电所群中，牵引变电所个数n的上限根据上一级电力系统供电能力确定。

所述储能装置中，高压匹配变压器mt原边连接变电站s1输出的三相高压电网中用于给牵引变电所群供电的线电压，次边与变流器co的交流端口连接；变流器co的直流侧端口与储能器sd相连；测控单元ps设有in1～in(2n+1)共2n+1个输入端和一个输出端out1，其中，输入端in1、in2分别接至主牵引变电所cps的牵引母线tb引出的馈线f处的电压互感器pt、电流互感器ct，输入端in3、in4通过光纤网络fo分别接至牵引变电所群第1牵引变电所sps1的牵引变压器馈线处的第一电压互感器pt1、第一电流互感器ct1，输入端in(2n-1)、in(2n)通过光纤网络fo接至牵引变电所群第n-1牵引变电所spsn-1的牵引变压器馈线处的第n-1电压互感器ptn-1、第n-1电流互感器ctn-1，输入端in(2n+1)接至储能器sd荷电状态输出端，测控单元ps输出端out1接至变流器co的控制端。

所述变流器co的额定功率pa与储能器sd的额定功率pb相等，并且，储能器功率pb大于等于总牵引负荷95％概率大值s95％与负序功率允许值s^(-)之差，储能容量sb大于等于负荷功率曲线连续超过负序允许功率累计能量的最大值。

图2是本实用新型实施例的控制方法与控制流程示意图。测控单元ps经电压互感器pt、电流互感器ct获得总的牵引负荷功率，计算负序功率允许值，高于负序功率允许值的负荷功率曲线为峰，低于负序功率允许值的负荷功率曲线为谷；以负荷削峰为目标；取时间t步长△(s)。

当总牵引负荷功率＞负序功率允许值时，如果储能器荷电状态大于放电下限，测控单元ps命令变流器co逆变、储能器sd放电，并且负荷功率与储能器放电功率之差不大于负序功率允许值。如果储能器sd荷电状态小于等于放电下限，变流器co和储能器sd待机。

当总牵引负荷功率＜负序功率允许值时，如果储能器荷电状态小于充电上限，测控单元ps命令变流器co整流、储能器sd充电：如果牵引负荷功率大于等于0，储能器充电功率与负荷功率之和不大于负序功率允许值；如果牵引负荷功率小于0，即总负荷功率为再生情况，储能器充电功率等于负荷再生功率的绝对值，如果负荷再生功率大于储能器最大充电功率，则储能器以自身最大充电功率进行储能。如果储能器sd荷电状态大于等于充电上限，变流器co和储能器sd待机。

当总牵引负荷功率＝负序功率允许值时，变流器co和储能器sd均待机。