[發(fā)明專利]統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610594687.5
• 申請(qǐng)日: 2016-07-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106159982B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周冠東;羅隆福;羅培;嚴(yán)文交
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南華大紫光科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H02J3/32
• 分類號(hào): H02J3/32;H02J3/01;H02J3/18;H02J3/00
• 代理公司: 北京君泊知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11496
• 代理人: 王程遠(yuǎn),胡玉章

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電氣化鐵路技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，我國(guó)電力機(jī)車普遍采用能耗制動(dòng)和再生制動(dòng)兩種制動(dòng)方式。能耗制動(dòng)主要用于交直型機(jī)車，再生制動(dòng)主要用于交直交型機(jī)車。隨著我國(guó)電氣化鐵路高速重載化的發(fā)展，交直交機(jī)車已經(jīng)成為主要發(fā)展方向。由于再生制動(dòng)功率很大，因此如何處理再生制動(dòng)能量已經(jīng)成為不容忽視的問(wèn)題。目前，一般是將電力機(jī)車再生制動(dòng)能量直接回饋至電網(wǎng)，這將引起接觸網(wǎng)電壓升高，并可能造成牽引變電所保護(hù)誤動(dòng)作及對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。

另外，隨著我國(guó)電氣化鐵路的迅速發(fā)展，由電氣化鐵路負(fù)荷特性和牽引變壓器接線型式等原因引起的負(fù)序、無(wú)功、諧波和饋線電壓波動(dòng)及偏差等電能質(zhì)量問(wèn)題日益突出，這些問(wèn)題不僅影響牽引供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，也為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患。治理高次諧波的方法主要有無(wú)源濾波和有源濾波(APF)，源濾波成本高，無(wú)源濾波損耗大，因此目前電氣化鐵路高次諧波諧振問(wèn)題還缺乏經(jīng)濟(jì)有效的處理方法。治理無(wú)功和饋線電壓波動(dòng)及偏差問(wèn)題主要采用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)和靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)，但在兩供電臂牽引負(fù)荷嚴(yán)重不對(duì)稱情況下，由于補(bǔ)償裝置容量有限，難以解決饋線電壓波動(dòng)及偏差問(wèn)題。鐵路功率調(diào)節(jié)器(RPC)能綜合解決負(fù)序和無(wú)功問(wèn)題，但是難以高效解決再生制動(dòng)能量利用問(wèn)題，雖然RPC能夠?qū)⒃偕苿?dòng)能量從一個(gè)供電臂傳送至另一個(gè)供電臂，但是由于RPC沒(méi)有大容量能量存儲(chǔ)裝置，如果在接收能量的供電臂上沒(méi)有牽引負(fù)荷，就無(wú)法高效利用再生制動(dòng)能量，最終還是只能回饋電網(wǎng)，造成浪費(fèi)和沖擊，難以滿足鐵路用戶需求。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)，能夠高效利用電氣化鐵路再生制動(dòng)能量，在優(yōu)先谷時(shí)充電蓄能、峰時(shí)放電供能，實(shí)現(xiàn)削峰填谷及需求側(cè)響應(yīng)管理，提高供電能力并降低運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)能夠解決牽引供電系統(tǒng)電能質(zhì)量治理問(wèn)題，尤其是饋線電壓穩(wěn)定問(wèn)題和高次諧波諧振問(wèn)題，以滿足鐵路公司和電力部門的需求。

本發(fā)明提供了一種統(tǒng)一能量存儲(chǔ)與變換控制系統(tǒng)，包括：

單相多繞組隔離變壓器，其接入牽引變壓器的供電臂，至少一個(gè)所述單相多繞組隔離變壓器的高壓側(cè)通過(guò)連接開(kāi)關(guān)接入所述牽引變壓器的一個(gè)供電臂，所述單相多繞組隔離變壓器的低壓側(cè)包括至少一個(gè)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(chǔ)與變換器，其包括至少一個(gè)能量存儲(chǔ)與變換子模塊，所述能量存儲(chǔ)與變換子模塊的輸入側(cè)連接所述單相多繞組隔離變壓器對(duì)應(yīng)的副邊繞組，所述能量存儲(chǔ)與變換子模塊包括至少一個(gè)雙向AC-DC變換器、一個(gè)電容、一個(gè)雙向DC-DC變換器和一個(gè)能量存儲(chǔ)模塊，所述雙向AC-DC變換器的交流側(cè)與所述單相多繞組隔離變壓器對(duì)應(yīng)的副邊繞組連接，所述雙向AC-DC變換器的直流側(cè)與所述雙向DC-DC變換器的一側(cè)連接，所述雙向DC-DC變換器的另一側(cè)與所述能量存儲(chǔ)模塊連接，所述電容經(jīng)過(guò)所述雙向AC-DC變換器并聯(lián)在直流側(cè)，至少一個(gè)所述能量存儲(chǔ)與變換器的輸入側(cè)與所述單相多繞組隔離變壓器對(duì)應(yīng)的副邊繞組連接，所述能量存儲(chǔ)模塊實(shí)時(shí)對(duì)牽引機(jī)車再生制動(dòng)能量進(jìn)行存儲(chǔ)和釋放，在無(wú)牽引負(fù)荷時(shí)蓄電、優(yōu)先谷時(shí)充電蓄能、峰時(shí)放電供能，并補(bǔ)償供電臂的無(wú)功功率；

測(cè)量電路，其輸入端與所述牽引變壓器電網(wǎng)側(cè)和所述牽引變壓器牽引側(cè)連接，所述測(cè)量電路對(duì)所述牽引變壓器電網(wǎng)側(cè)的三相電壓和三相電流、所述牽引變壓器牽引側(cè)的兩相饋線電壓和兩相饋線電流進(jìn)行采樣；

綜合優(yōu)化控制器，其輸入端與所述測(cè)量電路的輸出端連接，所述綜合優(yōu)化控制器包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、多源優(yōu)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(cè)量電路與所述狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊連接，所述狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊分別與所述多源優(yōu)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連接，所述綜合優(yōu)化控制器接收所述測(cè)量電路采樣的數(shù)據(jù)并進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，產(chǎn)生優(yōu)化控制信號(hào)；

能量存儲(chǔ)與變換控制器，其輸入端與所述綜合優(yōu)化控制器的輸出端連接，所述能量存儲(chǔ)與變換控制器的輸出端與所述雙向AC-DC變換器、所述雙向DC-DC變換器連接，所述能量存儲(chǔ)與變換控制器接收所述綜合優(yōu)化控制器產(chǎn)生的優(yōu)化控制信號(hào)，根據(jù)所述能量存儲(chǔ)模塊狀態(tài)為所述雙向AC-DC變換器和所述雙向DC-DC變換器提供補(bǔ)償功率調(diào)制信號(hào)，從而控制流入、流出或流經(jīng)所述能量存儲(chǔ)模塊的功率。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，還包括兩個(gè)濾波器，兩個(gè)所述濾波器通過(guò)連接開(kāi)關(guān)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(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，并實(shí)現(xiàn)兩供電臂的無(wú)功補(bǔ)償。