[發明專利]統一能量控制系統

有效

• 申請號: 201610378135.0
• 申請日: 2016-05-31
• 公開（公告）號: CN105958521B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 羅隆福;周冠東;陳躍輝;羅培;嚴文交;張志文;馬芳
• 申請（專利權）人: 湖南華大紫光科技股份有限公司
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32;H02J3/01;H02J3/18;H02J3/26;H02J3/12
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司11496
• 代理人: 王程遠,胡玉章

技術領域

本發明涉及電氣化鐵路技術領域，具體而言，涉及一種統一能量控制系統。

背景技術

目前，我國電力機車普遍采用能耗制動和再生制動兩種制動方式。能耗制動主要用于交直型機車，再生制動主要用于交直交型機車。隨著我國電氣化鐵路高速重載化的發展，交直交機車已經成為主要發展方向。由于再生制動功率很大，因此如何處理再生制動能量已經成為不容忽視的問題。目前，一般是將電力機車再生制動能量直接回饋至電網，這將引起接觸網電壓升高，并可能造成牽引變電所保護誤動作及對電網造成沖擊。

另外，隨著我國電氣化鐵路的迅速發展，由電氣化鐵路負荷特性和牽引變壓器接線型式等原因引起的負序、無功、諧波和饋線電壓波動及偏差等電能質量問題日益突出，這些問題不僅影響牽引供電系統的正常運行，也為電網的安全穩定運行帶來隱患。治理高次諧波的方法主要有無源濾波和有源濾波(APF)，源濾波成本高，無源濾波損耗大，因此目前電氣化鐵路高次諧波諧振問題還缺乏經濟有效的處理方法。治理無功和饋線電壓波動及偏差問題主要采用動態無功補償器(SVC)和靜止無功發生器(SVG)，但在兩供電臂牽引負荷嚴重不對稱情況下，由于補償裝置容量有限，難以解決饋線電壓波動及偏差問題。鐵路功率調節器(RPC)能綜合解決負序和無功問題，但是難以高效解決再生制動能量利用問題，雖然RPC能夠將再生制動能量從一個供電臂傳送至另一個供電臂，但是由于RPC沒有大容量能量存儲裝置，如果在接收能量的供電臂上沒有牽引負荷，就無法高效利用再生制動能量，最終還是只能回饋電網，造成浪費和沖擊，難以滿足鐵路用戶需求。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種統一能量控制系統，能夠高效利用電氣化鐵路再生制動能量，同時能夠解決牽引供電系統電能質量治理問題，尤其是饋線電壓穩定問題和高次諧波諧振問題，以滿足鐵路公司和電力部門的需求。

本發明提供了一種統一能量控制系統，包括：

單相多繞組隔離變壓器，其接入牽引變壓器的供電臂，兩個所述單相多繞組隔離變壓器的高壓側通過連接開關分別接入所述牽引變壓器的兩供電臂，所述單相多繞組隔離變壓器的低壓側包括至少一個低壓繞組，所述單相多繞組隔離變壓器用于接入供電臂并隔離降壓；

能量存儲與變換器，其包括至少一個能量存儲與變換子模塊，所述能量存儲與變換子模塊的兩輸入側分別連接所述單相多繞組隔離變壓器對應的副邊繞組，所述能量存儲與變換子模塊包括一個能量存儲模塊和兩個雙向AC-DC變換器，所述能量存儲模塊與兩個所述雙向AC-DC變換器相連，所述能量存儲模塊實時對牽引機車再生制動能量進行存儲和釋放，在無牽引負荷時蓄電、優先谷時充電蓄能、峰時放電供能，所述能量存儲與變換器用于實時存儲牽引機車的制動能量，并控制存儲能量的釋放，實現兩供電臂的有功功率雙向流通，并補償兩供電臂的無功功率；

測量電路，其輸入端與所述牽引變壓器電網側和所述牽引變壓器牽引側相連，所述測量電路對所述牽引變壓器電網側的三相電壓和三相電流、所述牽引變壓器牽引側的兩相饋線電壓和兩相饋線電流進行采樣；

綜合優化控制器，其輸入端與所述測量電路的輸出端相連，所述綜合優化控制器包括狀態監測模塊、多源優化控制模塊、電壓恒定控制模塊和高次諧波諧振抑制模塊，所述測量電路與所述狀態監測模塊相連，所述狀態監測模塊分別與所述多源優化控制模塊、所述電壓恒定控制模塊、所述高次諧波諧振抑制模塊相連，所述綜合優化控制器接收所述測量電路采樣的數據并進行優化計算，產生優化控制信號；

能量存儲與變換控制器，其輸入端與所述綜合優化控制器的輸出端相連，所述能量存儲與變換控制器的輸出端與所述雙向AC-DC變換器相連，所述能量存儲與變換控制器接收所述綜合優化控制器產生的優化控制信號，根據所述能量存儲模塊狀態為所述雙向AC-DC變換器提供補償功率調制信號，從而控制流入、流出或流經所述能量存儲模塊的功率。

作為本發明進一步的改進，還包括兩個濾波器，兩個所述濾波器通過連接開關分別接入所述牽引變壓器的兩供電臂，所述濾波器用于濾除負載產生的諧波電流，并實現兩供電臂的無功補償。

作為本發明進一步的改進，所述濾波器包括至少一路濾波支路。

作為本發明進一步的改進，所述能量存儲模塊包括超級電容、電化學電池或它們的組合或其它能量存貯單元。

作為本發明進一步的改進，所述牽引變壓器電網側可以采用直接供電方式、帶回流線的直接供電方式、自耦變壓器AT供電方式或吸流變壓器BT供電方式進行供電。