[發明專利]基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統

有效

• 申請號: 201310325896.6
• 申請日: 2013-07-29
• 公開（公告）號: CN103434420A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 孟明;劉劍;王喜平;胡大龍;蔣理;宋穎巍;劉巖;寧遼逸
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）;國家電網公司;國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院
• 主分類號: B60M3/00
• 分類號: B60M3/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發明涉及一種直流牽引供電系統。特別是涉及一種將換電為主的電動汽車充放電系統與直流牽引供電系統相結合的基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統。

背景技術

隨著經濟和城市化進程的快速發展，能源危機、環境污染和交通擁堵已成為當今世界所面臨的嚴重問題。城市電氣化交通車輛（地鐵、有軌電車和無軌電車）和電動汽車可以緩解城市日益嚴重的交通擁堵，降低有限的化石燃料的消耗，減少空氣污染，實現節能減排和城市的可持續發展，是未來城市大力發展的主要交通工具。

電動汽車的發展需要相對應的充電系統，常用的充電模式有常規充電、快速充電和動力電池組快速更換系統（簡稱換電）三種。對于城市公共交通電動車輛，換電是一種很好的充電模式。電動汽車充電系統不僅需要巨大的建設成本，而且會對電力系統產生許多不良影響。同時，電動汽車動力電池也是一個容量巨大的儲能設備。

傳統的直流牽引供電系統通常采用二極管整流器供電，牽引變電站向接觸網供電的方式有單邊供電和雙邊供電。我國國標規定的直流供電的電壓等級有750V和1500V兩種。電力機車的制動能量通常消耗在制動電阻上，這不僅造成了能量的浪費，而且還會導致隧道溫度的升高，增加溫控系統的負擔，進一步導致能源的浪費。電力機車制動能量的回收利用是牽引供電系統未來發展的方向。

如圖1所示，現有的直流牽引供電系統包括有：一個或兩個以上的用于向電力機車2提供直流電能的牽引變電站1，該牽引變電站1是采用傳統的二極管整流直流牽引供電系統。每一個牽引變電站1都是由變壓器11、整流器12、直流母線13、接觸網14、鋼軌15和分區所16構成。其中，變壓器11可以是雙繞組變壓器、三繞組變壓器或原邊采用延邊三角形連接的移相±7.5°的三繞組變壓器。整流器12可以是六脈波整流器、12脈波整流器或24脈波整流器。

但是，現有的直流牽引供電系統，在電力機車運行低谷和停運期間，交流側主變電站的功率因數很低，需要采取無功補償措施。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統，能夠減小現有直流牽引供電系統直流電壓的波動范圍，實現電力機車制動能量的回收利用，提高直流牽引供電系統低負荷和空載時交流側主變電站的功率因數，提高直流牽引供電系統的可靠性，減少電動汽車充電系統的建設成本；對供電系統具有“削峰填谷”的作用，可以提高整個系統的經濟性。

本發明所采用的技術方案是：一種基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統，包括有兩個以上的用于向電力機車提供直流電能的牽引變電站，每一個牽引變電站都設置有一個以上的連接在交流母線上的變壓器，每一個變壓器的輸出側對應連接一個整流器，所有整流器的輸出側均連接在所位于的牽引變電站的直流母線上，所述的直流母線的正負極分別對應連接接觸網和鋼軌，所述的電力機車的正負極分別對應連接接觸網和鋼軌，每一個牽引變電站的接觸網上都接有一個分區所，所述分區所的兩端還分別連接所對應的直流母線的正極，在相鄰的兩個牽引變電站之間的直流母線上設置有電動汽車充放電系統，所述的電動汽車充放電系統與相鄰的兩個牽引變電站的直流母線相連，從而在一個供電分區內形成直流環形微電網。

所述的電動汽車充放電系統包括有連接在相鄰的兩個牽引變電站的直流母線上的電動汽車充放電直流母線，連接在電動汽車充放電直流母線上的1個以上的雙向直流-直流充放電機。

所述的每個雙向直流-直流充放電機的輸出端連接電動汽車動力電池。

所述的每個雙向直流-直流充放電機的連接電動汽車動力電池的輸出端還并聯超級電容器。

一種基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統，包括有用于向電力機車提供直流電能的牽引變電站，所述的牽引變電站設置有一個以上的連接在交流母線上的變壓器，每一個變壓器的輸出側對應連接一個整流器，所有整流器的輸出側均連接在所位于的牽引變電站的直流母線上，所述的直流母線的正負極分別對應連接接觸網和鋼軌，所述的電力機車的正負極分別對應連接接觸網和鋼軌，在所述的直流母線上設置有電動汽車充放電系統，電動汽車充放電系統與牽引變電站的直流母線相連，從而在一個供電分區內形成直流環形微電網。

所述的電動汽車充放電系統包括有并聯接在牽引變電站的直流母線上的電動汽車充放電直流母線，連接在電動汽車充放電直流母線上的1個以上的雙向直流-直流充放電機。

所述的每個雙向直流-直流充放電機的輸出端連接電動汽車動力電池。