一种基于工频交流和柔性直流的铁路牵引供电系统的制作方法

本发明属于牵引供电，尤其涉及一种基于工频交流和柔性直流的铁路牵引供电系统。

背景技术：

1、牵引供电系统是铁路电气化系统中的一个关键组成部分，它为电力机车或电动车组提供所需的电能。随着电气化铁路发展，电费占铁路运营成本的比重越来越大。利用列车制动产生的能量、新能源降低铁路电费，是降低铁路运营成本的有效手段。

2、目前，随着铁路能耗需求的日益增长，现有牵引供电系统的中的再生制动能量不能合理利用，造成较大的浪费，且各个牵引变电所的牵引负荷的峰值功率较高，因此现有的牵引供电系统的负荷利用率较低，供电成本较高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于工频交流和柔性直流的铁路牵引供电系统，旨在解决现有技术中牵引供电系统的负荷利用率较低，供电成本较高的问题。

2、本发明的第一方面提供了一种基于工频交流和柔性直流的铁路牵引供电系统，包括牵引变电所、分区所、变换单元、直流母线、测量装置和控制单元；

3、每个牵引变电所通过变压器二次交流母线向两个或多个供电臂供应工频交流电；每个牵引变电所的两个交流不同相的供电臂之间设置有电分相，两个相邻的牵引变电所之间的两个供电臂之间设置有电分相；分区所通过开关和交流母线将同一牵引变电所的两个供电臂相连；

4、每个牵引变电所范围内通过变压器二次交流母线和分区所的交流母线连接一个或两个变换单元；所有变换单元均与直流母线连接；

5、测量装置用于检测牵引变电所的用电数据、变换单元的工作数据，并上报给控制单元；

6、控制单元用于根据各个牵引变电所的用电数据、变换单元的工作数据，确定变换单元的目标工作模式，并控制变换单元按照目标工作模式运行。

7、在一些可能的实现方式中，变换单元为ac/dc变换器；每个ac/dc变换器的交流端与对应的变压器二次交流母线连接；各个ac/dc变换器的直流端均与直流母线连接。

8、在一些可能的实现方式中，变压器二次交流母线的电压为铁路供电系统供给机车使用的工作电压，直流母线的电压根据直流母线的供电范围和功率大小确定。

9、在一些可能的实现方式中，控制单元用于根据各个牵引变电所的用电数据、变换单元的工作数据，确定输出交流母线和输入交流母线；其中，输出交流母线的当前负载功率小于输入交流母线的当前负载功率；

10、控制输出交流母线上的变换单元工作在第一模式下，使输出交流母线的能量流向直流母线，同时控制输入交流母线上的变换单元工作在第二模式下，使直流母线的能量流向输入交流母线。

11、在一些可能的实现方式中，控制单元用于根据变压器二次交流母线的用电数据，确定交流母线所在牵引变电所的功率流向；

12、在牵引变电所的变压器二次交流母线的功率流向为反向时，和/或，在变压器二次交流母线的当前负载功率小于第一预设功率时，确定为输出交流母线，其中，牵引变电所的变压器二次交流母线向牵引变压器的功率流向为反向；

13、根据输出交流母线的用电数据，确定输出交流母线的目标输出值；

14、在牵引变电所的变压器二次交流母线的当前负载功率大于第二预设功率时，确定为输入交流母线；

15、根据输入交流母线的当前负载功率，确定输入交流母线的目标输入值。

16、在一些可能的实现方式中，在接收到任一牵引变电所发送的故障信息后，确定故障牵引变电所的变压器二次交流母线为输入交流母线。

17、在一些可能的实现方式中，该系统还包括储能单元；储能单元通过调压装置与直流母线连接。

18、在一些可能的实现方式中，直流母线上设置有新能源输入接口以及铁路电力系统供电接口。

19、在一些可能的实现方式中，控制单元用于当在牵引变电所的变压器二次交流母线的功率流向为反向时，或者，当新能源输入接口存在剩余功率，且储能单元的电量小于第一预设电量时，控制直流母线向储能单元充电；当储能单元的电量大于第二预设电量时，控制储能单元通过直流母线向输出交流母线放电。

20、在一些可能的实现方式中，该系统还包括保护装置；

21、保护装置连接在储能单元和直流母线之间；保护装置还设置在变换单元和变压器二次交流母线以及变换单元和直流母线之间；控制单元用于在储能单元发生故障时，指示保护装置断开储能单元和直流母线的连接；

22、控制单元用于在变换单元发生故障时，指示保护装置断开变换单元和变压器二次交流母线的连接以及变换单元和直流母线的连接。

23、本发明实施例提供的基于工频交流和柔性直流的铁路牵引供电系统，包括牵引变电所、分区所、变换单元、直流母线、测量装置和控制单元；每个牵引变电所通过变压器二次交流母线向两个或多个供电臂供应工频交流电；每个牵引变电所的两个交流不同相的供电臂之间设置有电分相，两个相邻的牵引变电所之间的两个供电臂之间设置有电分相；分区所通过开关和交流母线将同一牵引变电所的两个供电臂相连；每个牵引变电所范围内通过变压器二次交流母线和分区所的交流母线连接一个或两个变换单元；所有变换单元均与直流母线连接；测量装置用于检测牵引变电所的用电数据、变换单元的工作数据，并上报给控制单元；控制单元用于根据各个牵引变电所的用电数据、变换单元的工作数据，确定变换单元的目标工作模式，并控制变换单元按照目标工作模式运行。通过在原有的牵引供电系统中各个牵引变电所范围内通过变压器二次交流母线和分区所的交流母线连接一个或两个变换单元，然后再将所有变换单元连接到直流母线上，使各个交流母线上的能量，均能通过直流母线供给其他交流母线，从而实现牵引供电系统能量的灵活调配，提高再生制动能量的利用率，同时降低牵引变电所的牵引负荷的峰值功率，有效降低供电成本。

技术特征：

1.一种基于工频交流和柔性直流的铁路牵引供电系统，其特征在于，包括牵引变电所、分区所、变换单元、直流母线、测量装置和控制单元；

2.根据权利要求1所述的基于工频交流和柔性直流的铁路牵引供电系统，其特征在于，所述变换单元为ac/dc变换器；每个ac/dc变换器的交流端与对应的变压器二次交流母线连接；各个ac/dc变换器的直流端均与所述直流母线连接。

3.根据权利要求1所述的基于工频交流和柔性直流的铁路牵引供电系统，其特征在于，所述变压器二次交流母线的电压为铁路供电系统供给机车使用的工作电压，所述直流母线的电压根据直流母线的供电范围和功率大小确定。

4.根据权利要求1所述的基于工频交流和柔性直流的铁路牵引供电系统，其特征在于，所述控制单元用于根据各个牵引变电所的用电数据、变换单元的工作数据，确定输出交流母线和输入交流母线；其中，所述输出交流母线的当前负载功率小于所述输入交流母线的当前负载功率；

5.根据权利要求4所述的基于工频交流和柔性直流的铁路牵引供电系统，其特征在于，所述控制单元用于根据变压器二次交流母线的用电数据，确定交流母线所在牵引变电所的功率流向；

6.根据权利要求5所述的基于工频交流和柔性直流的铁路牵引供电系统，其特征在于，在接收到任一牵引变电所发送的故障信息后，确定故障牵引变电所的变压器二次交流母线为输入交流母线。

7.根据权利要求1所述的基于工频交流和柔性直流的铁路牵引供电系统，其特征在于，所述系统还包括储能单元；所述储能单元通过调压装置与直流母线连接。

8.根据权利要求7所述的基于工频交流和柔性直流的铁路牵引供电系统，其特征在于，所述直流母线上设置有新能源输入接口以及铁路电力系统供电接口。

9.根据权利要求8所述的基于工频交流和柔性直流的铁路牵引供电系统，其特征在于，所述控制单元用于当在牵引变电所的变压器二次交流母线的功率流向为反向时，或者，当新能源输入接口存在剩余功率，且所述储能单元的电量小于第一预设电量时，控制直流母线向所述储能单元充电；当所述储能单元的电量大于第二预设电量时，控制所述储能单元通过直流母线向输出交流母线放电。

10.根据权利要求7所述的基于工频交流和柔性直流的铁路牵引供电系统，其特征在于，所述系统还包括保护装置；

技术总结
本发明提供了一种基于工频交流和柔性直流的铁路牵引供电系统，包括牵引变电所、分区所、变换单元、直流母线、测量装置和控制单元；测量装置用于检测牵引变电所的用电数据、变换单元的工作数据，并上报给控制单元；控制单元用于根据各个牵引变电所的用电数据、变换单元的工作数据，确定变换单元的目标工作模式，并控制变换单元按照目标工作模式运行。通过在原有的牵引供电系统中各个牵引变电所范围内通过变压器二次交流母线和分区所的交流母线连接一个或两个变换单元，然后再将所有变换单元连接到直流母线上，使各个交流母线上的能量，均能通过直流母线供给其他交流母线，从而实现牵引供电系统能量的灵活调配。

技术研发人员：周洪欣,张继元,鲍少玮
受保护的技术使用者：石家庄开发区新导配电自动化有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16