一种新能源接入柔性牵引变压器三相侧的系统

1.本实用新型属于新能源接入技术领域，尤其涉及一种新能源接入柔性牵引变压器三相侧的系统。


背景技术：

2.截至2020年底，我国电气化铁路营业里程已突破10万公里，其中高速铁路3.8万公里，从当前其电能的全生命周期用能形态而言，电气化铁路仍是碳排放的重点领域之一。目前电气化铁路牵引供电系统耗电量大、系统损耗高，大量再生制动能量未得到有效利用，且自身可再生能源的开发和利用程度严重不足；现有供电电源单一，导致系统抵御外部干扰和故障的能力差、系统弹性不足，应急供电能力弱。
3.为解决以上问题，实现“碳中和”愿景，需优化电气化铁路用能结构，提升能源综合使用效能，推进其用能的清洁能源化、绿色低碳化发展。在众多的新能源应用形式中，光伏发电和风机发电因其无噪声、无污染、不受地域限制、易于分散布局等优点备受青睐。
4.现有新能源接入牵引供电系统的研究大多将新能源系统直接接入牵引网或牵引母线，为进一步减小新能源系统对牵引网的影响，同时易于工程实现，一种新能源系统间接接入牵引网的方案亟需研究。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种新能源接入柔性牵引变压器三相侧的系统解决了减小新能源接入牵引供电系统对牵引网的影响的问题。
6.为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：
7.本实用新型提供一种新能源接入柔性牵引变压器三相侧的系统，包括依次连接的柔性牵引变压器子系统、接入转换子系统和新能源子系统；
8.所述柔性牵引变压器子系统的一端与三相电网连接，且所述柔性牵引变压器子系统的另一端与牵引网连接。
9.本实用新型的有益效果为：本实用新型提供的新能源接入柔性牵引变压器三相侧的系统，建立了储能系统，减少了弃风弃光，向机车供能的同时，也能回收机车再生制动能量，能有效提高新能源利用效率，响应“双碳”，降低变电所运行成本；新能源系统经多级变换器接入牵引网，避免改造牵引网，对机车运行影响小，易于工程实现，且储能系统可平抑新能源系统带来的波动，稳定性强。
10.进一步地，所述柔性牵引变压器子系统包括第一变压器、第二变压器和交直交变换器模块；
11.所述第一变压器的原边与三相电网连接，且所述第一变压器的副边分别与第二变压器的原边和接入转换子系统的一端连接；所述第二变压器的副边与交直交变换器模块的一端连接；所述交直交变换器模块的另一端与牵引网连接。
12.采用上述进一步方案的有益效果为：所述柔性牵引变压器子系统为牵引供电系
统，提供接入新能源供电的结构。
13.进一步地，所述交直交变换器模块包括第二整流器和第二逆变器；
14.所述第二整流器的一端与第二变压器的副边连接；所述第二整流器的另一端与第二逆变器的一端连接；所述第二逆变器的另一端与牵引网连接。
15.采用上述进一步方案的有益效果为：所述交直交变换器模块通过整流器和逆变器将经第二变压器产生的电力供给牵引网，同时牵引网在列车制动产生的能量也可反向传递至第二变压器。
16.进一步地，所述接入转换子系统包括三相/直流双向变换器；
17.所述三相/直流双向变换器的一端作为接入转换子系统的一端分别与第一变压器的副边和第二变压器的原边连接；所述三相/直流双向变换器的另一端作为接入转换子系统的另一端与新能源子系统连接。
18.采用上述进一步方案的有益效果为：所述牵引网将列车制动产生的交流电压经交直交变换器模块和第二变压器升压后，再经三相/直流双向变换器传输至新能源子系统的储能系统进行能力储存。
19.进一步地，所述新能源子系统包括直流母线、第一直流变换器、第一整流器、第二直流变换器、光伏、风机和储能模块；
20.所述直流母线的一侧与接入转换子系统的另一端连接；所述第一直流变换器的一端、第一整流器的一端和第二直流变换器的一端经并联后与直流母线的另一侧连接；所述第一直流变换器的另一端与光伏连接；所述第一整流器的另一端与风机连接；所述第二直流变换器的另一端与储能模块连接。
21.采用上述进一步方案的有益效果为：所述光伏、风机和储能模块分别通过第一直流变换器、第一整流器和第二直流变换器产生直流电，再通过三相级联逆变器升压并转换为交流电，经第二变压器降压后，经交直交变换器模块为牵引网供电；所述储能模块也可储存牵引网由列车制动产生的剩余电能。
附图说明
22.图1为本实用新型实施例中新能源接入柔性牵引变压器三相侧的系统的构示意图。
23.图2为本实用新型实施例中通过工频变压器和逆变器实现新能源接入柔性牵引变压器三相侧的系统的结构示意图。
24.图3为本实用新型实施例中通过三相级联整流/逆变器实现新能源接入柔性牵引变压器三相侧的系统的的结构示意图。
具体实施方式
25.下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。
26.实施例1
27.如图1所示，本实用新型提供一种新能源接入柔性牵引变压器三相侧的系统，包括依次连接的柔性牵引变压器子系统、接入转换子系统和新能源子系统；
28.所述柔性牵引变压器子系统的一端与三相电网连接，且所述柔性牵引变压器子系统的另一端与牵引网连接；
29.所述柔性牵引变压器子系统包括第一变压器、第二变压器和交直交变换器模块；
30.所述第一变压器的原边与三相电网连接，且所述第一变压器的副边分别与第二变压器的原边和接入转换子系统的一端连接；所述第二变压器的副边与交直交变换器模块的一端连接；所述交直交变换器模块的另一端与牵引网连接；
31.所述交直交变换器模块包括第二整流器和第二逆变器；
32.所述第二整流器的一端与第二变压器的副边连接；所述第二整流器的另一端与第二逆变器的一端连接；所述第二逆变器的另一端与牵引网连接；
33.所述接入转换子系统包括三相/直流双向变换器；
34.所述三相/直流双向变换器的一端作为接入转换子系统的一端分别与第一变压器的副边和第二变压器的原边连接；所述三相/直流双向变换器的另一端作为接入转换子系统的另一端与新能源子系统连接；
35.所述新能源子系统包括直流母线、第一直流变换器、第一整流器、第二直流变换器、光伏、风机和储能模块；
36.所述直流母线的一侧与接入转换子系统的另一端连接；所述第一直流变换器的一端、第一整流器的一端和第二直流变换器的一端经并联后与直流母线的另一侧连接；所述第一直流变换器的另一端与光伏连接；所述第一整流器的另一端与风机连接；所述第二直流变换器的另一端与储能模块连接。
37.本实用新型的工作原理为：所述光伏发电产生直流电经第一直流变换器得到一定电压等级的直流电，所述风机发电产生交流电经第一整流器得到直流电，所述储能模块输出直流电经第二直流变换器得到直流电，所述第一直流变换器、第一整流器和第二直流变换器通过直流母线并联输出直流电v1，将直流电v1经三相/直流双向变换器升压得到一定电压等级的过渡交流电v2，汇入变压器t1副边与变压器t2原边，实现新能源系统的接入；三相电网经第一变压器降压得到过渡交流电，所述过渡交流电与三相/直流双向变换器输出的过渡交流电v2经第二变压器降压得到交流电v3，将交流电v3输入交直交变换器，再经交直交变换器输出到牵引网，给机车供电，实现三相电网与新能源系统同时向机车供能；机车产生再生制动能量，经交直交变换器反向转换为交流电v3，交流电v3经第二变压器升压为过渡交流电v2，过渡交流电v2经三相/直流双向变换器反向转换为直流电v1，再经第二直流变换器储存到储能系统，实现机车再生制动能量回收。
38.实施例2
39.如图2所示，在本实用新型的一个实用实例中，本实用新型提供一种新能源接入柔性牵引变压器三相侧的系统，包括依次连接的柔性牵引变压器子系统、接入转换子系统和新能源子系统；
40.所述柔性牵引变压器子系统的一端与三相电网连接，且所述柔性牵引变压器子系统的另一端与牵引网连接；
41.所述柔性牵引变压器子系统包括第一变压器、第二变压器和交直交变换器模块；
42.所述第一变压器的原边与三相电网连接，且所述第一变压器的副边分别与第二变压器的原边和接入转换子系统的一端连接；所述第二变压器的副边与交直交变换器模块的一端连接；所述交直交变换器模块的另一端与牵引网连接；
43.所述交直交变换器模块包括第二整流器和第二逆变器；
44.所述第二整流器的一端与第二变压器的副边连接；所述第二整流器的另一端与第二逆变器的一端连接；所述第二逆变器的另一端与牵引网连接；
45.所述接入转换子系统还包括工频变压器和第一逆变器；
46.所述工频变压器的一端作为接入转换子系统的一端分别与第一变压器的副边和第二变压器的原边连接，且所述工频变压器的另一端与第一逆变器的一端连接；所述第一逆变器的另一端作为接入转换子系统的另一端与新能源子系统连接；
47.所述新能源子系统包括直流母线、第一直流变换器、第一整流器、第二直流变换器、光伏、风机和储能模块；
48.所述直流母线的一侧与接入转换子系统的另一端连接；所述第一直流变换器的一端、第一整流器的一端和第二直流变换器的一端经并联后与直流母线的另一侧连接；所述第一直流变换器的另一端与光伏连接；所述第一整流器的另一端与风机连接；所述第二直流变换器的另一端与储能模块连接。
49.本实用新型的工作原理为：本实施例优选选工频变压器和第一逆变器将新能源子系统产生的直流电变为交流电并升压接入柔性牵引逆变器子系统，所述光伏发电产生直流电经第一直流变换器得到一定电压等级的直流电，所述风机发电产生交流电经第一整流器得到直流电，所述储能模块输出直流电经第二直流变换器得到直流电，所述第一直流变换器、第一整流器和第二直流变换器通过直流母线并联输出直流电v1，将直流电v1经第一逆变器和工频变压器升压得到一定电压等级的过渡交流电v2，汇入变压器t1副边与变压器t2原边，实现新能源系统的接入；三相电网经第一变压器降压得到过渡交流电，所述过渡交流电与三相/直流双向变换器输出的过渡交流电v2经第二变压器降压得到交流电v3，将交流电v3输入交直交变换器，再经交直交变换器输出到牵引网，给机车供电，实现三相电网与新能源系统同时向机车供能；机车产生再生制动能量，经交直交变换器反向转换为交流电v3，交流电v3经第二变压器升压为过渡交流电v2，过渡交流电v2经工频变压器降压后通过第一逆变器反向转换为直流电v1，再经第二直流变换器储存到储能系统，实现机车再生制动能量回收。
50.实施例3
51.如图3所示，在本实用新型的一个实用实例中，本实用新型提供一种新能源接入柔性牵引变压器三相侧的系统，包括依次连接的柔性牵引变压器子系统、接入转换子系统和新能源子系统；
52.所述柔性牵引变压器子系统的一端与三相电网连接，且所述柔性牵引变压器子系统的另一端与牵引网连接；
53.所述柔性牵引变压器子系统包括第一变压器、第二变压器和交直交变换器模块；
54.所述第一变压器的原边与三相电网连接，且所述第一变压器的副边分别与第二变压器的原边和接入转换子系统的一端连接；所述第二变压器的副边与交直交变换器模块的一端连接；所述交直交变换器模块的另一端与牵引网连接；
55.所述交直交变换器模块包括第二整流器和第二逆变器；
56.所述第二整流器的一端与第二变压器的副边连接；所述第二整流器的另一端与第二逆变器的一端连接；所述第二逆变器的另一端与牵引网连接；
57.所述接入转换子系统还包括三相级联逆变器；
58.所述三相级联逆变器的a相、b相和c相均分别包括n个依次级联的整流器；
59.各所述整流器的输出端经并联后作为接入转换子系统的另一端与新能源子系统连接；所述a相、b相和c相各相中的第i个整流器的正输入端pi与第i-1个整流器的负输入端n
i-1
连接，所述第i个整流器的负输入端ni与第i+1个整流器的正输入端p
i+1
连接，当i＝1时，所述a相、b相和c相各相中的第1个整流器的正输入端p1经并联后作为接入转换子系统的一端分别与第一变压器的副边和第二变压器的原边连接，当i＝n时，所述a相、b相和c相各相中的第n个整流器的负输入端nn接地，其中，i＝1,2,3
…
n，n表示整流器的总数；
60.所述三相/直流双向变换器能够将新能源子系统产生的直流电变为交流电，与第一变压器将三相电网降压的交流电合并经第二变压器降压，再经交直交变换器传递至牵引网；所述三相级联逆变器设置的整流器根据第一变压器对三相电网降压的交流电进行适配，通过三相/直流双向变换器对新能源子系统产生的直流电变换为交流电并升压，提供能匹配牵引网正常工作的交流电压量；
61.所述新能源子系统包括直流母线、第一直流变换器、第一整流器、第二直流变换器、光伏、风机和储能模块；
62.所述直流母线的一侧与接入转换子系统的另一端连接；所述第一直流变换器的一端、第一整流器的一端和第二直流变换器的一端经并联后与直流母线的另一侧连接；所述第一直流变换器的另一端与光伏连接；所述第一整流器的另一端与风机连接；所述第二直流变换器的另一端与储能模块连接。
63.本实用新型的工作原理为：本实用实例中优选三相级联整流/逆变器作为接入转换子系统，所述光伏发电产生直流电经第一直流变换器得到一定电压等级的直流电，所述风机发电产生交流电经第一整流器得到直流电，所述储能模块输出直流电经第二直流变换器得到直流电，所述第一直流变换器、第一整流器和第二直流变换器通过直流母线并联输出直流电v1，将直流电v1经三相级联整流/逆变器升压得到一定电压等级的过渡交流电v2，汇入变压器t1副边与变压器t2原边，实现新能源系统的接入；三相电网经第一变压器降压得到过渡交流电，所述过渡交流电与三相级联整流/逆变器输出的过渡交流电v2经第二变压器降压得到交流电v3，将交流电v3输入交直交变换器，再经交直交变换器输出到牵引网，给机车供电，实现三相电网与新能源系统同时向机车供能；当机车产生再生制动能量，经交直交变换器反向转换为交流电v3，交流电v3经第二变压器升压为过渡交流电v2，过渡交流电v2经三相级联整流/逆变器反向转换为直流电v1，再经第二直流变换器储存到储能系统，实现机车再生制动能量回收。
64.以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施2和实施例3方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
65.本实用新型的有益效果为：本实用新型提出的新能源接入柔性牵引变压器三相侧
的系统可实现能量双向流动，减少弃风弃光，向机车供能的同时，也能回收机车再生制动能量，能有效提高新能源利用效率，响应“双碳”，降低变电所运行成本，经济性高；所述新能源子系统经多级变换器接入牵引网，避免改造牵引网，对机车运行影响小，易于工程实现，且储能模块可平抑新能源子系统带来的波动，稳定性强；本实用新型通过控制使逆变器实现整流功能，使整流器实现逆变功能，装置结构简单，便于维护。