一种能量调度装置的制作方法

1.本实用新型涉及铁路能耗领域，特别是涉及一种能量调度装置。


背景技术：

2.中国铁路系统的每年用电量超过800亿度，电费成为铁路部门的主要运营之处之一，此外，国家《铁路“十三五”发展规划》提出：“推动铁路绿色发展”、“合理电能潮流调配、再生制动能量利用和能耗综合管理系统研究，进一步降低铁路能耗水平”。因此，研发有益于我国电气化铁路能源综合高效利用的装置既符合国家政策又贴合实际需求，如何在牵引供电系统内部进一步提升制动能量的利用率，是本领域技术人员急需解决的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种能量调度装置，可以实现对制动能量的回收利用，降低铁路所需要的能耗，进而节约电能。此外，本技术中通过多个电力电子变压器串联分压，可以直接与变电所对应的母线直接连接，不需要使用传统的占地面积较大及体积较大的变压器，减小装置的成本、体积及占地面积。
4.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种能量调度装置，包括n个电力电子变压器；
5.第一电力电子变压器的第一正端与第一变电所对应的第一母线连接，第一电力电子变压器的第二正端与第二变电所对应的第二母线连接，第i电力电子变压器的第一负端与第i+1电力电子变压器的第一正端连接，第i电力电子变压器的第二负端与第i+1电力电子变压器的第二正端连接，第n电力电子变压器的第一负端接地，第n电力电子变压器的第二负端接地；
6.所述电力电子变压器用于在第a变电所制动及第b变电所牵引时，将所述第a变电所产生的制动能量转移至所述第b变电所，以为所述第b变电所供电；
7.其中，n为大于1的整数，a、b为1或2，且a不等于b。
8.优选地，所述电力电子变压器包括依次连接的第一交直交变流器、高频变压器及第二交直交变流器；
9.所述第一交直交变流器的第一端为所述电力电子变压器的第一正端，所述第一交直交变流器的第二端为所述电力电子变压器的第一负端，所述第一交直交变流器的第三端与所述高频变压器的第一端连接，所述第一交直交变流器的第四端与所述高频变压器的第二端连接，所述第二交直交变流器的第一端为所述电力电子变压器的第二正端，所述第二交直交变流器的第二端为所述电力电子变压器的第二负端，所述第二交直交变流器的第三端与所述高频变压器的第三端连接，所述第二交直交变流器的第四端与所述高频变压器的第四端连接。
10.优选地，还包括储能装置；
11.所述储能装置与所述第一交直交变流器的直流部分和/或所述第二交直交变流器
的直流部分连接；
12.所述储能装置用于在所述第a变电所产生的制动能量大于所述第b变电所的牵引能量时，或所述第a变电所制动但所述第b变电所未牵引时，或所述第a变电所及所述第b变电所均制动时，储存多余制动能量；并在所述第a变电所产生的制动能量小于所述第b变电所的牵引能量时，为所述第b变电所供电，或所述第a变电所及所述第b变电所均牵引时，为所述第a变电所及所述第b变电所供电。
13.优选地，所述储能装置为电池、超级电容及飞轮储能中一种或者多种的组合。
14.优选地，还包括第一高压开关及第二高压开关；
15.所述第一高压开关设置于所述第一电力电子变压器的第一正端与所述第一母线之间，所述第二高压开关设置于所述第一电力电子变压器的第二正端与所述第二母线之间；
16.所述第一高压开关用于在所述第一变电所制动或牵引时闭合，并在所述第一变电所不工作时断开；
17.所述第二高压开关用于在所述第二变电所制动或牵引时闭合，并在所述第二变电所不工作时断开。
18.优选地，所述第一高压开关及所述第二高压开关均包括串联的隔离开关及断路器。
19.优选地，还包括：
20.设置于所述第一母线与所述第一电力电子变压器的第一正端之间的第一电流互感器，用于对所述第一电力电子变压器的第一正端的第一电流进行测量；
21.设置与所述第二母线与所述第一电力电子变压器的第二正端之间的第二电流互感器，用于对所述第一电力电子变压器的第二正端的第二电流进行测量；
22.分别与所述第一电流互感器及所述第二电流互感器连接的第一报警装置，用于在所述第一电流和/或所述第二电流超出第一预设范围时，发出第一报警信息。
23.优选地，还包括：
24.设置于所述第一母线上的第一电压互感器，用于对所述第一母线上的第一电压进行测量；
25.设置于所述第二母线上的第二电压互感器，用于对所述第二母线上的第二电压进行测量；
26.分别与所述第一电压互感器及所述第二电压互感器连接的第二报警装置，用于在所述第一电压和/或所述第二电压超出第二预设范围时，发出第二报警信息。
27.优选地，所述第一报警装置及所述第二报警装置均包括声音报警装置和/或及显示报警装置。
28.本技术提供了一种能量调度装置，包括n个电力电子变压器，在其中一个变电所制动，另一个变电所牵引时，将制动的变电所产生的制动能量转移至牵引的变电所，以为牵引的变电所供电，从而实现对制动能量的回收利用，降低铁路所需要的能耗，进而节约电能。此外，本技术中通过多个电力电子变压器串联分压，可以直接与变电所对应的母线直接连接，不需要使用传统的占地面积较大及体积较大的变压器，减小装置的成本、体积及占地面积。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本实用新型提供的一种能量调度装置的结构框图；
31.图2为本实用新型提供的一种电力电子变压器的结构示意图；
32.图3为本实用新型提供的一种能量调度装置的具体示意图。
具体实施方式
33.本实用新型的核心是提供一种能量调度装置，可以实现对制动能量的回收利用，降低铁路所需要的能耗，进而节约电能。此外，本技术中通过多个电力电子变压器串联分压，可以直接与变电所对应的母线直接连接，不需要使用传统的占地面积较大及体积较大的变压器，减小装置的成本、体积及占地面积。
34.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.请参照图1，图1为本实用新型提供的一种能量调度装置的结构框图，该装置包括n个电力电子变压器11；
36.第一电力电子变压器11的第一正端与第一变电所对应的第一母线连接，第一电力电子变压器11的第二正端与第二变电所对应的第二母线连接，第i电力电子变压器11的第一负端与第i+1电力电子变压器11的第一正端连接，第i电力电子变压器11的第二负端与第i+1电力电子变压器11的第二正端连接，第n电力电子变压器11的第一负端接地，第n电力电子变压器11的第二负端接地；
37.电力电子变压器11用于在第a变电所制动及第b变电所牵引时，将第a变电所产生的制动能量转移至第b变电所，以为第b变电所供电；
38.其中，n为大于1的整数，a、b为1或2，且a不等于b。
39.为进一步降低铁路的能耗水平，本技术的设计思路为：考虑到列车在制动时会产生大量的制动能量，若能对此制动能量进行回收，并加以利用，则可以大大降低铁路的能耗水平。
40.此外，申请人还考虑到在对制动能量进行回收利用时，本领域技术人员的常规方式可能为：通过两个变压器，分别与两个变电所的母线连接，然后两个变压器之间通过双向变流器连接，以实现对制动能量的循环利用。具体地，第一变压器的高压端与第一变电所对应的第一母线连接，第二变压器的高压端与第二变电所对应的第二母线连接，第一变压器的低压端与第二变压器的低压端之间通过双向变流器连接。例如，在第一变电所制动且第二变电所牵引时，工作方向为：第一母线
→
第一变压器
→
双向变流器
→
第二变压器
→
第二母线，从而将第一变电所产生的制动能量转移至第二变电所，以为其的牵引提供能量，实现
对制动能量的回收利用。
41.但是，使用上述方式时，需要采用两个将电网高压转换为低压的变压器与电网连接，在低压侧对变压器的容量需求较大时，需要增加变压器的低压侧的低压绕组，具体地，一般是一个双向变流器对应一个低压绕组，则在双向变流器的数量较多时，需要的变压器的低压绕组的数量也较多，导致变压器的制造工艺难度增加，占地面积较大，且连接变压器的电缆增多，增加施工成本、
42.这里举一个例子，以便于理解，假设一个低压绕组对应的容量为1.5兆伏安，则在对变压器的容量需求为9兆伏安时，则对应的需要设置6个低压绕组，低压绕组的数量较多，体积及占地面积均较大。
43.基于此，本技术考虑到了传统的工频变压器的成本、占地面积及体积均比较大，因此，本技术中的能量调度装置采用电力电子变压器11，具体地，使用多个电力电子变压器11串联的方式实现分压，从而可以直接与高压母线(第一母线或第二母线)连接，不需要使用变压器与母线间接连接。此外，电力电子变压器11采用开关管的结构，体积和面积均较小，且能实现对制动能量的二次利用，降低铁路的能耗。
44.具体地，在第一变电所制动时产生制动能量，在第二变电所牵引时需要消耗能量，此时，控制电力电子变压器11工作，将制动能量由第一变电所转移至第二变电所，从而实现对制动能量的再次利用，且可以直接与变电所对应的母线连接。
45.其中，本技术中的第一母线及第二母线可以但不限于为单相27.5v，此外，可以通过调整电力电子变压器11的个数从而调节整个能量调度装置的容量。
46.综上，本技术中的能量调度装置可以实现对制动能量的回收利用，降低铁路所需要的能耗，进而节约电能。此外，本技术中通过多个电力电子变压器11串联分压，可以直接与变电所对应的母线直接连接，不需要使用传统的占地面积较大及体积较大的变压器，降低装置的成本、体积及占地面积。
47.在上述实施例的基础上：
48.作为一种优选的实施例，电力电子变压器11包括依次连接的第一交直交变流器、高频变压器及第二交直交变流器；
49.第一交直交变流器的第一端为电力电子变压器11的第一正端，第一交直交变流器的第二端为电力电子变压器11的第一负端，第一交直交变流器的第三端与高频变压器的第一端连接，第一交直交变流器的第四端与高频变压器的第二端连接，第二交直交变流器的第一端为电力电子变压器11的第二正端，第二交直交变流器的第二端为电力电子变压器11的第二负端，第二交直交变流器的第三端与高频变压器的第三端连接，第二交直交变流器的第四端与高频变压器的第四端连接。
50.请参照图2，图2为本实用新型提供的一种电力电子变压器的结构示意图，其中，图2左侧为第一交直交变流器，图2右侧为第二交直交变流器，两个交直交变流器的中间通过高频变压器连接。
51.具体地，在将第一变电所的制动能量转移至第二变电所时，电力电子变压器11中能量的传输方向为：第一母线
→
第一交直交变流器
→
高频变压器
→
第二交直交变流器
→
第二母线；在将第二变电所的制动能量转移至第一变电所时，电力电子变压器11中能量的传输方向为：第二母线
→
第二交直交变流器
→
高频变压器
→
第一交直交变流器
→
第一母线。
52.作为一种优选的实施例，还包括储能装置；
53.储能装置与第一交直交变流器的直流部分和/或第二交直交变流器的直流部分连接；
54.储能装置用于在第a变电所产生的制动能量大于第b变电所的牵引能量时，或第a变电所制动但第b变电所未牵引时，或第a变电所及第b变电所均制动时，储存多余制动能量；并在第a变电所产生的制动能量小于第b变电所的牵引能量时，为第b变电所供电，或第a变电所及第b变电所均牵引时，为第a变电所及第b变电所供电。
55.在本技术中的第一交直交变流器中设置有储能装置(具体以电容为例进行说明)时，此时，在第a变电所制动且第b变电所牵引(假设第一变电所制动及第二变电所牵引，以下均以a为1，b为2进行说明)，且第一变电所的制动能量大于第二变电所需要的牵引能量时，制动能量除了转移至第二变电所之外，还将多余的制动能量转移存储在电容中，也即电容充电。同样的，在第一变电所及第二变电所均进行制动时，将两个变电所产生的制动能量均存储在电容中，也即，电容充电。在电容中已经存储了能量，则在第一变电所产生的制动能量不足以提供第二变电所需要的牵引能量时，电容放电，用于将自身存储的能量释放至第二变电所，以使第二变电所正常牵引；同样的，在第一变电所及第二变电所均需要牵引时，电容也放电，同时为第一变电所及第二变电所供电，若不够两个变电所牵引所需要的能量时，再从电网中取电。
56.此外，储能装置还可以通过图2中的两个直流储能接口1和2为其他的直流装置供电。
57.通过本技术中的设置储能方式的方式，除了可以避免浪费制动能量之外，还可以提高对两个变电所的能量进行调度的灵活性。
58.作为一种优选的实施例，储能装置为电池、超级电容及飞轮储能中一种或者多种的组合。
59.当然，上述实施例中的储能装置只是以电容为例进行描述，储能装置还可以为电池或飞轮储能或者其他的储能装置即可，只要能实现对应的功能，本技术在此不再限定。
60.请参照图3，图3为本实用新型提供的一种能量调度装置的具体示意图。
61.作为一种优选的实施例，还包括第一高压开关31及第二高压开关32；
62.第一高压开关31设置于第一电力电子变压器11的第一正端与第一母线之间，第二高压开关32设置于第一电力电子变压器11的第二正端与第二母线之间；
63.第一高压开关31用于在第一变电所制动或牵引时闭合，并在第一变电所不工作时断开；
64.第二高压开关32用于在第二变电所制动或牵引时闭合，并在第二变电所不工作时断开。
65.具体地，考虑到母线上的电压较高，为了保证装置动作的可靠性和安全性，本技术中的还设置了两个高压开关，也即第一高压开关31和第二高压开关32。两个高压开关的具体动作方式为通过控制装置控制。具体地，第一高压开关31在第一变电所制动或牵引时闭合，从而能量可以从第一母线通过第一高压开关31传输至储能装置或第二母线，以实现对制动能量的回收；或者将能量从第二母线或储能装置传输至第一母线，以为第一变电所提供牵引所需的能量。同样的，第二高压开关32在第二变电所制动或牵引时闭合，从而能量可
以从第二母线通过第二高压开关32传输至储能装置或第一母线，以实现对制动能量的回收；或者将能量从第一母线或储能装置传输至第二母线，以为第二变电所提供牵引所需的能量。
66.其中控制装置具体用于通过判断两个变电所的工作状态(具体判定其为牵引状态还是制动状态)，来控制两个高压开关闭合还是断开。
67.此外，在整个系统或者能量调度装置异常时，也控制两个高压开关断开，从而避免再进行能量的传递，避免安全事故。
68.作为一种优选的实施例，第一高压开关31及第二高压开关32均包括串联的隔离开关(qs1和qs2)及断路器(qf1和qf2)。
69.具体地，本实施例中的高压开关可以但不限于包括隔离开关(qs1和qs2)和断路器(qf1和qf2)，其中，断路器(qf1和qf2)为可承受高压的开关，隔离开关(qs1和qs2)可以对电网及能量调度装置之间进行隔离，从而在进一步保证安全性的基础上，还可以防止对电网造成污染。
70.综上，通过本技术中的高压开关可以进一步提高装置的安全性和可控性和可靠性。
71.作为一种优选的实施例，还包括：
72.设置于第一母线与第一电力电子变压器11的第一正端之间的第一电流互感器ct1，用于对第一电力电子变压器11的第一正端的第一电流进行测量；
73.设置与第二母线与第一电力电子变压器11的第二正端之间的第二电流互感器ct2，用于对第一电力电子变压器11的第二正端的第二电流进行测量；
74.分别与第一电流互感器及第二电流互感器连接的第一报警装置，用于在第一电流和/或第二电流超出第一预设范围时，发出第一报警信息。
75.作为一种优选的实施例，还包括：
76.设置于第一母线上的第一电压互感器pt1，用于对第一母线上的第一电压进行测量；
77.设置于第二母线上的第二电压互感器pt2，用于对第二母线上的第二电压进行测量；
78.分别与第一电压互感器及第二电压互感器连接的第二报警装置，用于在第一电压和/或第二电压超出第二预设范围时，发出第二报警信息。
79.此外，本技术在回路中还设置了电流互感器和电压互感器，用于分别检测第一电流、第二电流、第一电压及第二电压，具体地，在其超出对应的预设范围时，对应的报警装置发出对应的报警信息。其中，可以是控制装置对第一电流、第二电流、第一电压及第二电压进行判断，然后基于判断结果，控制对应的报警装置动作。
80.此外，控制装置还可以是基于第一电流、第二电流、第一电压及第二电压判定对应的第一变电所及第二变电所的工作状态，例如，在第一电压为正时，判定其为牵引状态，在第一电压为负时，判定其为制动状态。然后基于判定的状态对上述高压开关及交直交变换器进行控制。
81.作为一种优选的实施例，第一报警装置及第二报警装置均包括声音报警装置和/或及显示报警装置。
82.本实施例中，第一报警装装置及第二报警装置可以但不限于使用声音报警装置和/或显示报警装置，具体地，声音报警装置和显示报警装置可以只选择一种作为报警装置，即在确认发出报警时，声音报警装置发出声音报警；或者显示报警装置发出显示报警，用于提示；也可以两种联合使用，也就是既有声音报警装置也有显示报警装置，当单一的报警装置不容易引起工作人员的注意，比如周围环境嘈杂，工作人员无法听到声音报警时，比如显示报警距离工作人员较远，不在视线范围内时，可采用两种报警装置结合的方式，为报警装置的设置提供了多个选择，便于工作人员更及时准确的发现异常，并对异常事故进行处理。
83.作为一种优选的实施例，声音报警装置为蜂鸣器。
84.本实施例中，选择蜂鸣器作为声音报警装置，蜂鸣器的声音报警具有警醒的作用，提示工作人员及时的发现处理异常事故。此外，蜂鸣器成本低，连接方式简单，易于操作。
85.当然，声音报警装置不仅限于蜂鸣器，本技术对具体选用哪种声音报警装置不作特别的限定。
86.作为一种优选的实施例，显示报警装置为指示灯。
87.本实施例中，选择指示灯作为显示报警装置，在声音嘈杂的场所中，对工作人员起警示作用，此外，指示灯成本低，连接方式简单，易于操作。
88.当然，显示报警装置不仅限于指示灯，本技术对具体选用哪种显示报警装置不作特别的限定。
89.需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
90.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
91.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。