電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置及其方法，在牽引變電所設(shè)置儲(chǔ)能裝置，在牽引變壓器輸出端的α或β供電臂與鋼軌之間連接一套儲(chǔ)能裝置，或在α和β供電臂與鋼軌之間各連接一套儲(chǔ)能裝置。儲(chǔ)能裝置包括控制單元、隔離變壓器和依次相連的PWM變流器、能量變換電路和儲(chǔ)能元件?？刂茊卧鶕?jù)α和/或β供電臂電壓、電流的大小和方向進(jìn)行計(jì)算，完成對(duì)PWM變流器和能量變換電路的控制，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能裝置與所連接供電臂之間的能量交換。本發(fā)明可充分回收機(jī)車制動(dòng)回饋電能，提高牽引供電系統(tǒng)能量利用率，降低牽引變壓器安裝計(jì)費(fèi)容量，節(jié)約成本，在用電低谷段也可以吸收能量存儲(chǔ)，起到削峰填谷的作用，同時(shí)兼具動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和低次諧波治理功能。
【專利說(shuō)明】電氣化鐵路牽弓I供電儲(chǔ)能裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電氣化鐵路領(lǐng)域，尤其是涉及一種應(yīng)用于電氣化鐵路領(lǐng)域的牽引供電儲(chǔ)能裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前世界能源日趨緊張，節(jié)能降耗已成為世界性的研究課題，而能量的回收再利用是節(jié)能降耗的有效手段。近年來(lái)，隨著我國(guó)軌道交通領(lǐng)域，尤其是電氣化鐵路高速化、重載化的發(fā)展，作為能源消耗重點(diǎn)行業(yè)的鐵路，在能量的回收及再利用方面具有巨大潛力。一方面，電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)對(duì)電力機(jī)車制動(dòng)回饋電能的利用率不高，很多時(shí)候都是直接回饋到三相交流電網(wǎng)，產(chǎn)生不了經(jīng)濟(jì)效益。另一方面，牽引供電系統(tǒng)的容量一般是按照牽引負(fù)載消耗的峰值功率來(lái)確定，而大多數(shù)情況下系統(tǒng)均不會(huì)滿負(fù)荷運(yùn)行，造成了設(shè)備容量的浪費(fèi)。因此研究充分合理的能量回收與再利用的技術(shù)方案對(duì)于電氣化鐵路的節(jié)能降耗及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
[0003]目前我國(guó)已大批量應(yīng)用的交流傳動(dòng)電力機(jī)車會(huì)將制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的再生制動(dòng)電能回饋到牽引供電系統(tǒng)，回饋的電能可供牽引供電網(wǎng)同一供電臂下的其它機(jī)車使用。但是，當(dāng)同一供電臂下沒(méi)有其它機(jī)車運(yùn)行或負(fù)載不能完全消耗掉回饋電能時(shí)，多余的制動(dòng)回饋電能會(huì)通過(guò)牽引變壓器又回饋到三相交流電網(wǎng)。能量回饋至三相電網(wǎng)時(shí)，會(huì)引起電壓升高、負(fù)序電流增大、線路損耗增加等問(wèn)題，且由于電力部門不會(huì)對(duì)回送的電能計(jì)費(fèi)，對(duì)牽引供電系統(tǒng)而言產(chǎn)生不了經(jīng)濟(jì)效益。
[0004]其次，由于牽引負(fù)載消耗的功率是周期性變化的，為隨時(shí)維持電能供需平衡，牽引變壓器的容量一般是按照負(fù)載消耗的最大功率來(lái)設(shè)計(jì)的，而在大多數(shù)情況下?tīng)恳儔浩骶粫?huì)滿負(fù)荷運(yùn)行，這樣就造成了容量的浪費(fèi)。牽引變壓器容量浪費(fèi)導(dǎo)致成本的增加，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是牽引變壓器初裝費(fèi)用的增加，二是由于我國(guó)現(xiàn)行的兩部制電價(jià)，會(huì)造成基本電費(fèi)的增加。
[0005]同時(shí)，牽引負(fù)載會(huì)引起無(wú)功、諧波、負(fù)序等電能質(zhì)量問(wèn)題。通常牽引變電所針對(duì)無(wú)功問(wèn)題都會(huì)安裝固定電容等補(bǔ)償裝置以提高功率因數(shù)，但對(duì)于諧波問(wèn)題一般沒(méi)有采取抑制措施。隨著交流機(jī)車的大量投入運(yùn)用，諧波問(wèn)題變得較為突出，可能導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備燒損，甚至出現(xiàn)網(wǎng)壓振蕩。
[0006]在現(xiàn)有技術(shù)中，采用儲(chǔ)能裝置進(jìn)行電能回收利用的方案中，尚未發(fā)現(xiàn)有類似結(jié)構(gòu)應(yīng)用于電氣化鐵路單相交流牽引供電網(wǎng)的技術(shù)方案，由于適用的電網(wǎng)和結(jié)構(gòu)不同，儲(chǔ)能裝置在連接方式、結(jié)構(gòu)組成和實(shí)現(xiàn)功能上會(huì)存在較為明顯的區(qū)別。其次，現(xiàn)有儲(chǔ)能裝置的技術(shù)方案均未涉及通過(guò)釋放能量以降低牽引變壓器的容量，以提高牽引變壓器的容量利用率。同時(shí)，現(xiàn)有儲(chǔ)能裝置也均未涉及還具有動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及低次諧波治理的功能。
[0007]因此，現(xiàn)有電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的解決方案存在以下技術(shù)缺陷:
(I)現(xiàn)有電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)對(duì)電力機(jī)車制動(dòng)回饋電能的利用率普遍不高經(jīng)濟(jì)效益較低，還會(huì)引起一些電能質(zhì)量問(wèn)題； (2)牽引變壓器的容量一般是按照牽引負(fù)載消耗的峰值功率來(lái)確定，在大多數(shù)情況下現(xiàn)有系統(tǒng)均不能滿負(fù)荷運(yùn)行，造成了牽引變壓器容量的浪費(fèi)，增加了系統(tǒng)成本；
(3)目前在城市軌道交通直流牽引供電網(wǎng)中，尚未發(fā)現(xiàn)通過(guò)釋放能量以降低牽引變壓器容量的技術(shù)方案；
(4)現(xiàn)有技術(shù)一般都是分別采用單獨(dú)的裝置進(jìn)行電能的回收利用或進(jìn)行無(wú)功、諧波等電能質(zhì)量問(wèn)題的治理，功能單一、成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置及其方法，能夠應(yīng)用于單相交流牽引供電系統(tǒng)，充分回收機(jī)車制動(dòng)回饋電能，提高牽引供電系統(tǒng)的能量利用率，并降低牽引變壓器的安裝容量和計(jì)費(fèi)容量，節(jié)約成本。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，在牽引變壓器輸出端的α供電臂或β供電臂與鋼軌或地之間連接一套儲(chǔ)能裝置，或在所述牽引變壓器輸出端的α供電臂和β供電臂與鋼軌與地之間各連接一套所述儲(chǔ)能裝置，所述儲(chǔ)能裝置設(shè)置在牽引變電所中。所述儲(chǔ)能裝置進(jìn)一步包括控制單元、隔離變壓器和依次相連的PWM變流器、能量變換電路、儲(chǔ)能元件，所述控制單元分別與所述PWM變流器和能量變換電路相連。所述隔離變壓器的原邊繞組連接在所述牽引變壓器輸出端的α供電臂和/或β供電臂與所述鋼軌或地之間，所述隔離變壓器的每個(gè)次邊繞組與一個(gè)PWM變流器相連。
[0010]優(yōu)選的，所述儲(chǔ)能裝置包括一個(gè)或兩個(gè)以上的PWM變流器、能量變換電路及儲(chǔ)能元件。當(dāng)所述PWM變流器的直流回路相互獨(dú)立時(shí)，每個(gè)獨(dú)立的直流回路連接一個(gè)能量變換電路。當(dāng)兩個(gè)以上所述PWM變流器的直流側(cè)并聯(lián)時(shí)，每個(gè)并聯(lián)的直流回路連接一個(gè)能量變換電路。
[0011]本發(fā)明還具體提供了電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置的另一種技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，在牽引變壓器輸出端的α供電臂或β供電臂與鋼軌或地之間連接一套儲(chǔ)能裝置，或在所述牽引變壓器輸出端的α供電臂和β供電臂與鋼軌或地之間各連接一套所述儲(chǔ)能裝置，所述儲(chǔ)能裝置設(shè)置在牽引變電所中。所述儲(chǔ)能裝置進(jìn)一步包括控制單元和依次相連的PWM變流器、能量變換電路、儲(chǔ)能元件，所述控制單元分別與所述PWM變流器和能量變換電路相連。所述儲(chǔ)能裝置包括兩個(gè)以上的PWM變流器，所述兩個(gè)以上的PWM變流器相互串聯(lián)在所述牽引變壓器輸出端的α供電臂和/或β供電臂與所述鋼軌或地之間，每個(gè)PWM變流器的直流回路相互獨(dú)立，每個(gè)獨(dú)立的直流回路連接一個(gè)能量變換電路。
[0012]優(yōu)選的，所述控制單元用于，采集所述α供電臂和/或β供電臂的電壓、電流，根據(jù)包括所述α供電臂和/或β供電臂的電壓、電流的大小和方向在內(nèi)的條件進(jìn)行綜合計(jì)算判斷，并根據(jù)所述計(jì)算判斷結(jié)果對(duì)所述PWM變流器和所述能量變換電路進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)所述儲(chǔ)能裝置與所連接的供電臂之間的能量交換。
[0013]優(yōu)選的，所述控制單元還用于，當(dāng)所述α供電臂和/或β供電臂下有作為負(fù)載的機(jī)車處于再生制動(dòng)工況時(shí)，判斷出有制動(dòng)電能回饋至所述牽引變壓器，并控制所述能量變換電路工作在儲(chǔ)能狀態(tài)，將制動(dòng)回饋電能儲(chǔ)存于所述儲(chǔ)能元件中；當(dāng)作為負(fù)載的所述機(jī)車工作在大功率耗能工況時(shí)，判斷出所述牽引變壓器的容量不足，并控制所述能量變換電路工作在釋能狀態(tài)，將所述儲(chǔ)能元件中的能量釋放出來(lái)供作為負(fù)載的所述機(jī)車?yán)谩?br> [0014]優(yōu)選的，所述控制單元還用于，當(dāng)所述儲(chǔ)能裝置投入運(yùn)行時(shí)，控制所述PWM變流器穩(wěn)定所述直流回路的電壓，并輸出無(wú)功及低次諧波電流以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償所連接的α供電臂和/或β供電臂的負(fù)載電流。
[0015]優(yōu)選的，所述控制單元還用于，檢測(cè)所連接供電臂的電壓和電流，并計(jì)算該供電臂的總電流Is、基波有功電流Ip和基波無(wú)功電流Iq ;如果判斷所述基波有功電流Ip < 0，則所述控制單元控制所述能量變換電路工作在儲(chǔ)能狀態(tài)，將制動(dòng)回饋電能儲(chǔ)存于所述儲(chǔ)能元件中，實(shí)現(xiàn)節(jié)能；如果判斷所述總電流Is >所連接供電臂的額定電流U則所述控制單元控制所述能量變換電路工作在釋能狀態(tài)，將所述儲(chǔ)能元件中的能量釋放出來(lái)利用，以提高供電能力。
[0016]優(yōu)選的，所述控制單元還用于，控制所述PWM變流器穩(wěn)定直流回路電壓，同時(shí)控制所述PWM變流器輸出無(wú)功電流-1q以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償所連接供電臂的無(wú)功電流；根據(jù)檢測(cè)出的所連接供電臂的電壓和電流計(jì)算包括三次、五次和七次諧波在內(nèi)的低次諧波電流的幅值和相位，并控制所述PWM變流器輸出幅值相等、相位相反的包括三次、五次和七次諧波在內(nèi)的低次諧波電流，實(shí)現(xiàn)低次諧波補(bǔ)償。
[0017]本發(fā)明還另外具體提供了一種利用上述裝置實(shí)現(xiàn)電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能方法的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，在牽引變電所設(shè)置儲(chǔ)能裝置，在牽引變壓器輸出端的α供電臂或β供電臂與鋼軌或地之間連接一套儲(chǔ)能裝置，或在所述牽引變壓器輸出端的α供電臂和β供電臂與鋼軌或地之間各連接一套所述儲(chǔ)能裝置。所述儲(chǔ)能裝置包括控制單元和依次相連的PWM變流器、能量變換電路、儲(chǔ)能元件。所述控制單元根據(jù)包括所述α供電臂和/或β供電臂的電壓、電流的大小和方向在內(nèi)的條件進(jìn)行綜合計(jì)算判斷，完成對(duì)所述PWM變流器和所述能量變換電路的控制，以實(shí)現(xiàn)所述儲(chǔ)能裝置與所連接的供電臂之間的能量交換。
[0018]優(yōu)選的，當(dāng)所述α供電臂和/或β供電臂下有作為負(fù)載的機(jī)車處于再生制動(dòng)工況時(shí)，所述控制單元判斷出有制動(dòng)電能回饋至所述牽引變壓器，則控制所述能量變換電路工作在儲(chǔ)能狀態(tài)，將制動(dòng)回饋電能儲(chǔ)存于所述儲(chǔ)能元件中；當(dāng)作為負(fù)載的所述機(jī)車工作在大功率耗能工況時(shí)，所述控制單元判斷出所述牽引變壓器的容量不足，則控制所述能量變換電路工作在釋能狀態(tài)，將所述儲(chǔ)能元件中的能量釋放出來(lái)供作為牽引負(fù)載的所述機(jī)車?yán)谩?br> [0019]優(yōu)選的，當(dāng)所述儲(chǔ)能裝置投入運(yùn)行時(shí)，所述控制單元控制所述PWM變流器穩(wěn)定所述直流回路的電壓，并輸出無(wú)功及低次諧波電流以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償所連接的α供電臂和/或β供電臂的負(fù)載電流。
[0020]優(yōu)選的，所述方法還包括以下步驟:
5100:當(dāng)所述儲(chǔ)能裝置投入運(yùn)行，所述控制單元檢測(cè)所連接供電臂的電壓和電流，并計(jì)算該供電臂的總電流Is、基波有功電流Ip和基波無(wú)功電流Iq ;
5101:所述控制單元判斷所述基波有功電流Ip < O是否成立；
5102:如果基波有功電流Ip < 0，則所述控制單元控制所述能量變換電路工作在儲(chǔ)能狀態(tài)，將制動(dòng)回饋電能儲(chǔ)存于所述儲(chǔ)能元件中，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，并進(jìn)入步驟S103，如果否，則直接進(jìn)入步驟S103 ；
5103:所述控制單元判斷所述總電流Is >所連接供電臂的額定電流Ie是否成立； S104:如果總電流Is >所連接供電臂的額定電流Ie，則所述控制單元控制所述能量變換電路工作在釋能狀態(tài)，將所述儲(chǔ)能元件中的能量釋放出來(lái)利用，以提高供電能力，如果否，則進(jìn)入步驟SlOO ；
上述步驟SlOO?S104按順序循環(huán)執(zhí)行。
[0021]優(yōu)選的，所述方法還進(jìn)一步包括以下步驟:
5201:所述控制單元控制所述PWM變流器穩(wěn)定直流回路電壓，同時(shí)控制所述PWM變流器輸出無(wú)功電流-1q以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償所連接供電臂的無(wú)功電流；
5202:所述控制單元根據(jù)檢測(cè)出的所連接供電臂的電壓和電流計(jì)算包括三次、五次和七次諧波在內(nèi)的低次諧波電流的幅值和相位；
5203:所述控制單元控制所述PWM變流器輸出幅值相等、相位相反的包括三次、五次和七次諧波在內(nèi)的低次諧波電流，實(shí)現(xiàn)低次諧波補(bǔ)償；
上述步驟S201?S203在步驟SlOO與步驟S101，或步驟S104與步驟SlOO之間執(zhí)行。
[0022]通過(guò)實(shí)施上述本發(fā)明提供的電氣化鐵路牽弓I供電儲(chǔ)能裝置及其方法，具有如下技術(shù)效果:
(1)本發(fā)明能夠應(yīng)用于單相交流牽引供電系統(tǒng)，當(dāng)供電臂下有機(jī)車處于再生制動(dòng)工況，并有電能回饋至牽引變壓器時(shí)，儲(chǔ)能裝置能夠自行判斷并存儲(chǔ)能量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能，以提高牽引供電系統(tǒng)的能量利用率；
(2)本發(fā)明當(dāng)負(fù)載消耗功率超過(guò)一定閾值時(shí)，儲(chǔ)能裝置能夠自行判斷并釋放能量，以降低牽引變壓器輸出的峰值功率，從而可以減小牽引變壓器的安裝容量和計(jì)費(fèi)容量，以節(jié)約成本；
(3)本發(fā)明儲(chǔ)能裝置還具有對(duì)所連接的供電臂進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和低次諧波治理的作
用；
(4)本發(fā)明控制儲(chǔ)能裝置存儲(chǔ)能量的時(shí)機(jī)，并不僅限于有再生制動(dòng)電能回饋時(shí)，在牽引負(fù)荷較小的用電低谷時(shí)段可以從牽引供電網(wǎng)吸收能量進(jìn)行存儲(chǔ)，起到削峰填谷的作用；在牽引負(fù)載劇烈變化引起供電電壓波動(dòng)時(shí)也可以存儲(chǔ)能量，起到吸收沖擊、穩(wěn)定供電電壓的作用；
(5)本發(fā)明控制儲(chǔ)能裝置釋放能量的時(shí)機(jī)，并不僅限于牽引負(fù)載消耗功率很大時(shí)，在供電電壓較低時(shí)可以通過(guò)釋放能量以提供電壓支持，在系統(tǒng)故障停電時(shí)也可以釋放能量短時(shí)供電，作為應(yīng)急電源以降低損失。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1是本發(fā)明電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置與牽引供電系統(tǒng)的電氣連接關(guān)系結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)原理框圖；
圖3是本發(fā)明電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置另一種【具體實(shí)施方式】的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖4是本發(fā)明電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置第三種【具體實(shí)施方式】的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
圖5是本發(fā)明電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能方法一種【具體實(shí)施方式】的程序流程圖；
圖中:1_三相交流電網(wǎng)，2-牽引變壓器，3-儲(chǔ)能裝置，4-接觸網(wǎng)，5-機(jī)車，6-鋼軌，7-電分相環(huán)節(jié)，30-PWM變流器，31-能量變換電路，32-儲(chǔ)能元件，33-支撐電容，34-控制單元，35-隔尚變壓器。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了引用和清楚起見(jiàn)，將下文中使用的技術(shù)名詞、簡(jiǎn)寫或縮寫記載如下:
SVG:Static Var Generator,靜止無(wú)功發(fā)生器的簡(jiǎn)稱；
APF:Active Power Filter,有源電力濾波器的簡(jiǎn)稱；
RPC:Railway static Power Conditioner,功率調(diào)節(jié)器的簡(jiǎn)稱；
PWM:Pulse Width Modulation,脈沖寬度調(diào)制的簡(jiǎn)稱；
DC-DC轉(zhuǎn)換器:直流-直流轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)稱；
DC-AC轉(zhuǎn)換器:直流-交流轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)稱；
超導(dǎo)儲(chǔ)能:超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)(SMES, Superconductive Magnetic Energy Storage(System))是根據(jù)超導(dǎo)體電阻為零的特性，利用超導(dǎo)線圈將電磁能直接儲(chǔ)存起來(lái)制成的儲(chǔ)存電能的裝置，其不僅可以在超導(dǎo)體電感線圈內(nèi)無(wú)損耗地儲(chǔ)存電能，還可以通過(guò)電力電子換流器與外部系統(tǒng)快速交換有功和無(wú)功功率，用于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善供電品質(zhì)；飛輪儲(chǔ)能:飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)(Flywheel Energy Storage,縮寫:FES)是一種能量?jī)?chǔ)存方式，它通過(guò)把一個(gè)旋轉(zhuǎn)體(飛輪)加速到極高的速度，來(lái)把能量以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存；
再生制動(dòng)能量:電力機(jī)車或電動(dòng)車組行駛過(guò)程中，如需減速制動(dòng)時(shí)，通過(guò)電機(jī)的控制方式使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電流方向改變，電磁轉(zhuǎn)矩方向也隨之改變并與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，列車減速制動(dòng)，此時(shí)，列車牽引電機(jī)工作于發(fā)電工況，產(chǎn)生再生制動(dòng)電能；
兩部制電價(jià):兩部制電價(jià)把電價(jià)分為容量電價(jià)與電量電價(jià)兩部分之和，容量電價(jià)為計(jì)算每月基本電費(fèi)時(shí)，以用電設(shè)備容量(kVA)進(jìn)行計(jì)算，與實(shí)際用電量無(wú)關(guān)；電量電價(jià)為計(jì)算每月電量電費(fèi)時(shí)，以實(shí)際用電量(kwh)進(jìn)行計(jì)算，與用電設(shè)備容量無(wú)關(guān)；兩部制電價(jià)通過(guò)發(fā)揮價(jià)格的杠桿作用，促使用戶提高設(shè)備利用率，降低最大負(fù)荷，從而提高電網(wǎng)負(fù)荷率及供電能力，使供電、用電雙方從降低成本中都獲得一定經(jīng)濟(jì)效益。
[0026]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0027]如附圖1至附圖5所示，給出了本發(fā)明電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置及其方法的具體實(shí)施例，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0028]如附圖1所示為本發(fā)明電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置與牽引供電系統(tǒng)的電氣連接關(guān)系結(jié)構(gòu)圖，整個(gè)系統(tǒng)包括:三相交流電網(wǎng)1、牽引變壓器2、儲(chǔ)能裝置3、接觸網(wǎng)4和鋼軌6，作為牽引負(fù)載的機(jī)車5運(yùn)行在接觸網(wǎng)4和鋼軌6之間。其中，牽引變壓器2的原邊繞組與三相交流電網(wǎng)I相連，牽引變壓器2的輸出端分別與接觸網(wǎng)4和鋼軌6相連。電氣化鐵路中為電力機(jī)車或電動(dòng)車組等牽引負(fù)載進(jìn)行供電的系統(tǒng)稱為牽引供電系統(tǒng)。在牽引變壓器2輸出端的α供電臂或β供電臂與鋼軌6或地之間連接一套儲(chǔ)能裝置3，或在牽引變壓器2輸出端的α供電臂和β供電臂與鋼軌6或地之間各連接一套儲(chǔ)能裝置3，儲(chǔ)能裝置3設(shè)置在牽引變電所中，儲(chǔ)能裝置3的輸入為單相交流電。在牽引變電所內(nèi)的牽引變壓器2將三相交流電網(wǎng)I的110kV/220kV電壓轉(zhuǎn)換為兩個(gè)單相交流27.5kV的電壓，各自負(fù)責(zé)一個(gè)路段牽引負(fù)載的供電任務(wù)，這兩個(gè)供電段稱為供電臂，即附圖1中的α供電臂和β供電臂。由于兩個(gè)單相電壓的相位不同，因此兩個(gè)供電臂之間采用絕緣段進(jìn)行電氣隔離，存在一個(gè)無(wú)電區(qū)，該絕緣段及無(wú)電區(qū)被稱為牽引供電系統(tǒng)的電分相環(huán)節(jié)7，電力機(jī)車經(jīng)過(guò)電分相時(shí)被稱為過(guò)分相。
[0029]如附圖2所示，為本發(fā)明電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置的第一種具體實(shí)施例，在牽引變壓器2輸出端的α供電臂或β供電臂與鋼軌6或地之間連接一套儲(chǔ)能裝置3，或在牽引變壓器2輸出端的α供電臂和β供電臂與鋼軌6或地之間各連接一套儲(chǔ)能裝置
3。儲(chǔ)能裝置3設(shè)置在牽引變電所中，儲(chǔ)能裝置3的輸入為單相交流27.5kV電壓。儲(chǔ)能裝置3進(jìn)一步包括能量變換電路31、儲(chǔ)能元件32、支撐電容33、控制單元34、隔離變壓器35和PWM變流器30。隔離變壓器35的原邊繞組連接在牽引變壓器2輸出端的α供電臂和/或β供電臂與鋼軌6或地之間，即在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)需要在兩個(gè)供電臂上各連接一套儲(chǔ)能裝置3，或者只在其中一個(gè)供電臂上連接一套儲(chǔ)能裝置3。在如附圖1所示的具體實(shí)施例當(dāng)中，在牽引變壓器2輸出端的α供電臂和β供電臂與鋼軌6或地之間各連接了一套儲(chǔ)能裝置3，共兩套的儲(chǔ)能裝置3。儲(chǔ)能裝置3包括一個(gè)或兩個(gè)以上的多個(gè)PWM變流器30、能量變換電路31及儲(chǔ)能元件32。當(dāng)PWM變流器30的直流回路相互獨(dú)立時(shí)，每個(gè)獨(dú)立的直流回路連接一個(gè)能量變換電路31，當(dāng)兩個(gè)以上PWM變流器30的直流側(cè)并聯(lián)時(shí)，并聯(lián)的直流回路連接一個(gè)能量變換電路31。同時(shí)，在該實(shí)施例中，隔離變壓器35包括兩個(gè)以上的次邊繞組，每個(gè)次邊繞組均與一個(gè)對(duì)應(yīng)的PWM變流器30相連，PWM變流器30與能量變換電路31相連，支撐電容33并聯(lián)在PWM變流器30與能量變換電路31之間的直流回路。儲(chǔ)能元件32與能量變換電路31相連，控制單元34分別與PWM變流器30和能量變換電路31相連。隔離變壓器35的原邊連接至供電臂和鋼軌6之間的交流27.5kV，降壓后隔離變壓器35的次邊每個(gè)繞組連接一個(gè)PWM變流器30，將交流電壓變換為直流電壓。當(dāng)然，隔離變壓器35也可以僅包括一個(gè)次邊繞組。
[0030]該具體實(shí)施例采用儲(chǔ)能裝置3以解決現(xiàn)有電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的中的技術(shù)缺陷，通過(guò)控制儲(chǔ)能裝置3在不同時(shí)機(jī)下存儲(chǔ)或釋放電能，既可提高牽引供電系統(tǒng)的能量利用率，又能降低牽引變壓器2的安裝容量和計(jì)費(fèi)容量，達(dá)到節(jié)約電能、降低成本的目的。在對(duì)電力機(jī)車制動(dòng)回饋電能的更充分合理的回收與再利用的同時(shí)，還具有對(duì)牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和低次諧波治理的作用。
[0031]如附圖3所示，為本發(fā)明電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置的另一種具體實(shí)施例，在牽引變壓器2輸出端的α供電臂或β供電臂與鋼軌6或地之間連接一套儲(chǔ)能裝置3，或在牽引變壓器2輸出端的α供電臂和β供電臂與鋼軌6或地之間各連接一套儲(chǔ)能裝置3。儲(chǔ)能裝置3設(shè)置在牽引變電所中，儲(chǔ)能裝置3的輸入為單相交流27.5kV電壓。儲(chǔ)能裝置3進(jìn)一步包括能量變換電路31、儲(chǔ)能元件32、支撐電容33、控制單元34和PWM變流器30。PWM變流器30連接在牽引變壓器2輸出端的α供電臂和/或β供電臂與鋼軌6或地之間。儲(chǔ)能裝置3包括兩個(gè)以上的PWM變流器30，兩個(gè)以上的PWM變流器30相互串聯(lián)在牽引變壓器2輸出端的α供電臂和/或β供電臂與鋼軌6或地之間。每個(gè)PWM變流器30的直流回路相互獨(dú)立，每個(gè)獨(dú)立的直流回路連接一個(gè)能量變換電路31。PWM變流器30與能量變換電路31相連，支撐電容33并聯(lián)在PWM變流器30與能量變換電路31之間的直流回路。儲(chǔ)能元件32與能量變換電路31相連，控制單元34分別與PWM變流器30和能量變換電路31相連。該具體實(shí)施例與第一種具體實(shí)施例的區(qū)別在于，該具體實(shí)施例采用級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)，區(qū)別于第一種具體實(shí)施例的降壓式結(jié)構(gòu)，該具體實(shí)施例省掉了隔離變壓器35，節(jié)約了裝置的成本，且各個(gè)PWM變流器30的交流側(cè)相互串聯(lián)起來(lái)后直接連接至供電臂的27.5kV單相交流電壓上。
[0032]在前述具體實(shí)施例的基礎(chǔ)上，并沒(méi)有限制隔離變壓器35的次邊繞組及其所連接的PWM變流器30的數(shù)量，每組PWM變流器30和能量變換電路31各對(duì)應(yīng)一個(gè)控制單元34。如附圖4所示為本發(fā)明電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置的第三種具體實(shí)施例，也可以將上述第一種具體實(shí)施例中相互獨(dú)立的各個(gè)PWM變流器30的直流回路部分或全部并聯(lián)起來(lái)，此時(shí)每個(gè)并聯(lián)的直流回路只需接一套能量變換電路31和儲(chǔ)能元件32即可，但能量變換電路31和儲(chǔ)能元件32的容量需相應(yīng)的增大。在前述實(shí)施例的基礎(chǔ)之上，如附圖3和附圖4所示，還可以將所有單獨(dú)的控制單元集成為一個(gè)總的控制單元34，在控制方式上，則采用集中、統(tǒng)一的控制方式，但控制功能與前述控制單元34的功能相同。
[0033]在上述具體實(shí)施例中，控制單元34用于，采集α供電臂和/或β供電臂的電壓、電流，根據(jù)包括α供電臂和/或β供電臂的電壓、電流的大小和方向在內(nèi)的條件進(jìn)行綜合計(jì)算判斷，并根據(jù)計(jì)算判斷結(jié)果對(duì)PWM變流器30和能量變換電路31進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能裝置3與α供電臂和/或β供電臂之間的能量交換。
[0034]作為本發(fā)明一種較佳的具體實(shí)施例，控制單元34還用于，當(dāng)α供電臂和/或β供電臂下有作為負(fù)載的機(jī)車5處于再生制動(dòng)工況時(shí)，判斷出有制動(dòng)電能回饋至牽引變壓器2，并控制能量變換電路31工作在儲(chǔ)能狀態(tài)，將制動(dòng)回饋電能儲(chǔ)存于儲(chǔ)能元件32中；當(dāng)作為負(fù)載的機(jī)車5工作在大功率耗能工況時(shí)，判斷出牽引變壓器2的容量不足，并控制能量變換電路31工作在釋能狀態(tài)，將儲(chǔ)能元件32中的能量釋放出來(lái)供作為負(fù)載的機(jī)車5利用。當(dāng)儲(chǔ)能裝置3投入運(yùn)行時(shí)，控制PWM變流器30穩(wěn)定直流回路的電壓，并輸出無(wú)功及低次諧波電流以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償所連接的α供電臂和/或β供電臂的負(fù)載電流。
[0035]作為本發(fā)明一種更佳的具體實(shí)施例，控制單元34還用于，檢測(cè)所連接供電臂的電壓和電流，并計(jì)算該供電臂的總電流Is、基波有功電流Ip和基波無(wú)功電流Iq ;如果判斷基波有功電流Ip < 0，則控制單元34控制能量變換電路31工作在儲(chǔ)能狀態(tài)，將制動(dòng)回饋電能儲(chǔ)存于儲(chǔ)能元件32中，實(shí)現(xiàn)節(jié)能；如果判斷總電流Is >所連接供電臂的額定電流Ie，則控制單元34控制能量變換電路31工作在釋能狀態(tài)，將儲(chǔ)能元件32中的能量釋放出來(lái)利用，以提聞供電能力。
[0036]同時(shí)，控制單元34還用于，檢測(cè)所連接供電臂的電壓和電流，并計(jì)算該供電臂的總電流Is、基波有功電流Ip和基波無(wú)功電流Iq ;控制PWM變流器30穩(wěn)定直流回路電壓，同時(shí)控制PWM變流器30輸出無(wú)功電流-1q以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償所連接供電臂的無(wú)功電流；根據(jù)檢測(cè)出的所連接供電臂的電壓和電流計(jì)算包括三次、五次和七次諧波在內(nèi)的低次諧波電流的幅值和相位，并控制PWM變流器30輸出幅值相等、相位相反的包括三次、五次和七次諧波在內(nèi)的低次諧波電流，實(shí)現(xiàn)低次諧波補(bǔ)償。
[0037]儲(chǔ)能元件32進(jìn)一步為電池組、超級(jí)電容組、超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置和飛輪儲(chǔ)能裝置中的任意一種或任意幾種的串連或并聯(lián)電路。針對(duì)儲(chǔ)能元件32的類型或組成的不同，為適應(yīng)其工作原理，所需能量變換電路31也不相同，但其功能都是為儲(chǔ)能元件32提供存儲(chǔ)和釋放能量所需的轉(zhuǎn)換電路。作為本發(fā)明的一種典型的實(shí)施例，當(dāng)儲(chǔ)能元件32為電池組或超級(jí)電容組時(shí)，能量變換電路31采用DC-DC轉(zhuǎn)換器。當(dāng)儲(chǔ)能元件32為飛輪儲(chǔ)能裝置時(shí)，能量變換電路31采用DC-AC轉(zhuǎn)換器。
[0038]一種利用上述裝置實(shí)現(xiàn)電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能方法的具體實(shí)施例，在牽引變電所設(shè)置儲(chǔ)能裝置3，在牽引變壓器2輸出端的α供電臂或β供電臂與鋼軌6或地之間連接一套儲(chǔ)能裝置3，或在牽引變壓器2輸出端的α供電臂和β供電臂與鋼軌6或地之間各連接一套儲(chǔ)能裝置3。儲(chǔ)能裝置3包括控制單元34和依次相連的PWM變流器30、能量變換電路31、儲(chǔ)能元件32?？刂茊卧?4根據(jù)包括α供電臂和/或β供電臂的電壓、電流的大小和方向在內(nèi)的條件進(jìn)行綜合計(jì)算判斷，完成對(duì)PWM變流器30和能量變換電路31的控制，以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能裝置3與所連接的供電臂之間的能量交換。
[0039]當(dāng)α供電臂和/或β供電臂下有作為負(fù)載的機(jī)車5處于再生制動(dòng)工況時(shí)，控制單元34判斷出有制動(dòng)電能回饋至牽引變壓器2，則控制能量變換電路31工作在儲(chǔ)能狀態(tài)，將制動(dòng)回饋電能儲(chǔ)存于儲(chǔ)能元件32中；當(dāng)作為負(fù)載的機(jī)車5工作在大功率耗能工況時(shí)，控制單元34判斷出牽引變壓器2的容量不足，則控制能量變換電路31工作在釋能狀態(tài)，將儲(chǔ)能元件32中的能量釋放出來(lái)供作為牽引負(fù)載的機(jī)車5利用。當(dāng)儲(chǔ)能裝置3投入運(yùn)行時(shí)，控制單元34控制PWM變流器30穩(wěn)定直流回路的電壓，并輸出無(wú)功及低次諧波電流以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償所連接的α供電臂和/或β供電臂的負(fù)載電流。
[0040]如附圖5所示，作為本發(fā)明電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能方法的一種較佳的具體實(shí)施例，儲(chǔ)能方法進(jìn)一步包括以下步驟:
5100:當(dāng)儲(chǔ)能裝置3投入運(yùn)行，控制單元34檢測(cè)所連接供電臂的電壓和電流，并計(jì)算該供電臂的總電流Is、基波有功電流Ip和基波無(wú)功電流Iq ;
5101:控制單元34判斷基波有功電流Ip < O是否成立；
5102:如果基波有功電流Ip < 0，則控制單元34控制能量變換電路31工作在儲(chǔ)能狀態(tài)，將制動(dòng)回饋電能儲(chǔ)存于儲(chǔ)能元件32中，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，并進(jìn)入步驟S103，如果否，則直接進(jìn)入步驟S103 ；
5103:控制單元34判斷總電流Is >所連接供電臂的額定電流Ie是否成立；
5104:如果總電流Is >所連接供電臂的額定電流Ie，則控制單元34控制能量變換電路31工作在釋能狀態(tài)，將儲(chǔ)能元件32中的能量釋放出來(lái)利用，以提高供電能力，如果否，則進(jìn)入步驟SlOO ；
上述步驟SlOO?S104按順序循環(huán)執(zhí)行。
[0041]同時(shí)，作為本發(fā)明電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能方法的一種更佳的具體實(shí)施例，儲(chǔ)能方法還進(jìn)一步包括以下步驟:
S201:控制單元34控制PWM變流器30穩(wěn)定直流回路電壓，同時(shí)控制PWM變流器30輸出無(wú)功電流-1q以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償所連接供電臂的無(wú)功電流； 5202:控制單元34根據(jù)檢測(cè)出的所連接供電臂的電壓和電流計(jì)算包括三次、五次和七次諧波在內(nèi)的低次諧波電流的幅值和相位；
5203:控制單元34控制PWM變流器30輸出幅值相等、相位相反的包括三次、五次和七次諧波在內(nèi)的低次諧波電流，實(shí)現(xiàn)低次諧波補(bǔ)償；
上述步驟S201?S203在步驟SlOO與步驟S101，或步驟S104與步驟SlOO之間執(zhí)行。
[0042]在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，儲(chǔ)能裝置3直接連接在電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電臂上，主要由PWM變流器30、能量變換電路31、儲(chǔ)能元件32和控制單元34等部件組成。儲(chǔ)能元件32及其相應(yīng)的能量變換電路31的類型與結(jié)構(gòu)可以有多種，但其功能都是實(shí)現(xiàn)與牽引供電系統(tǒng)的能量交換。當(dāng)供電臂下有機(jī)車5處于再生制動(dòng)工況并有電能回饋至牽引變壓器2時(shí)，儲(chǔ)能裝置3能夠自行判斷并存儲(chǔ)能量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能，或者說(shuō)提高牽引供電系統(tǒng)的能量利用率。當(dāng)作為牽引負(fù)載的機(jī)車5的消耗功率超過(guò)一定閾值時(shí)，儲(chǔ)能裝置3能夠自行判斷并釋放能量，以降低牽引變壓器2輸出的峰值功率，從而可以減小牽引變壓器2的安裝容量和計(jì)費(fèi)容量，以節(jié)約成本。同時(shí)，儲(chǔ)能裝置3還具有對(duì)所連接的供電臂進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和低次諧波治理的作用。因此，在本發(fā)明具體實(shí)施例中，控制儲(chǔ)能裝置3存儲(chǔ)能量的時(shí)機(jī)，并不僅限于有再生制動(dòng)電能回饋時(shí)。在牽引負(fù)荷較小的用電低谷時(shí)段可以從牽引供電網(wǎng)吸收能量進(jìn)行存儲(chǔ)，起到削峰填谷的作用，在牽引負(fù)載劇烈變化引起供電電壓波動(dòng)時(shí)也可以存儲(chǔ)能量，起到吸收沖擊、穩(wěn)定供電電壓的作用。同時(shí)，控制儲(chǔ)能裝置3釋放能量的時(shí)機(jī)，并不僅限于牽引負(fù)載消耗功率很大時(shí)。在供電電壓較低時(shí)可以通過(guò)釋放能量以提供電壓支持，在系統(tǒng)故障停電時(shí)也可以釋放能量短時(shí)供電，作為應(yīng)急電源以降低損失。
[0043]在本發(fā)明具體實(shí)施例中，儲(chǔ)能裝置3以框圖的形式進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和功能的描述，未明確限定PWM變流器30、能量變換電路31，以及儲(chǔ)能元件32的具體類型和結(jié)構(gòu)組成，只要儲(chǔ)能裝置3與牽引供電系統(tǒng)的連接方式、基本結(jié)構(gòu)、功能，以及主要用途與本發(fā)明相同，都在本專利申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0044]本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。
[0045]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和技術(shù)方案的情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置，其特征在于:在牽引變壓器(2)輸出端的α供電臂或β供電臂與鋼軌(6)或地之間連接一套儲(chǔ)能裝置(3)，或在所述牽引變壓器(2)輸出端的α供電臂和β供電臂與鋼軌(6)或地之間各連接一套所述儲(chǔ)能裝置(3)，所述儲(chǔ)能裝置(3)設(shè)置在牽引變電所中；所述儲(chǔ)能裝置(3)進(jìn)一步包括控制單元(34)、隔離變壓器(35)和依次相連的PWM變流器(30 )、能量變換電路(31)、儲(chǔ)能元件(32 )，所述控制單元(34 )分別與所述PWM變流器(30)和能量變換電路(31)相連；所述隔離變壓器(35)的原邊繞組連接在所述牽引變壓器(2)輸出端的α供電臂和/或β供電臂與所述鋼軌(6)或地之間，所述隔離變壓器(35)的每個(gè)次邊繞組與一個(gè)PWM變流器(30)相連。
2.一種電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置，其特征在于:在牽引變壓器(2)輸出端的α供電臂或β供電臂與鋼軌(6)或地之間連接一套儲(chǔ)能裝置(3)，或在所述牽引變壓器(2)輸出端的α供電臂和β供電臂與鋼軌(6)或地之間各連接一套所述儲(chǔ)能裝置(3)，所述儲(chǔ)能裝置(3)設(shè)置在牽引變電所中；所述儲(chǔ)能裝置(3)進(jìn)一步包括控制單元(34)和依次相連的PWM變流器(30 )、能量變換電路(31)、儲(chǔ)能元件(32 )，所述控制單元(34 )分別與所述PWM變流器(30 )和能量變換電路(31)相連；所述儲(chǔ)能裝置(3 )包括兩個(gè)以上的PWM變流器(30 )，所述兩個(gè)以上的PWM變流器(30)相互串聯(lián)在所述牽引變壓器(2)輸出端的α供電臂和/或β供電臂與所述鋼軌(6)或地之間，每個(gè)PWM變流器(30)的直流回路相互獨(dú)立，每個(gè)獨(dú)立的直流回路連接一個(gè)能量變換電路(31)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置，其特征在于:所述儲(chǔ)能裝置(3)包括一個(gè)或兩個(gè)以上的PWM變流器(30)、能量變換電路(31)及儲(chǔ)能元件(32);當(dāng)所述PWM變流器(30)的直流回路相互獨(dú)立時(shí)，每個(gè)獨(dú)立的直流回路連接一個(gè)能量變換電路(31);當(dāng)兩個(gè)以上所述 PWM變流器(30)的直流側(cè)并聯(lián)時(shí)，每個(gè)并聯(lián)的直流回路連接一個(gè)能量變換電路(31)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3中任一權(quán)利要求所述的一種電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置，其特征在于:所述控制單元(34)用于，采集所述α供電臂和/或β供電臂的電壓、電流，根據(jù)包括所述α供電臂和/或β供電臂的電壓、電流的大小和方向在內(nèi)的條件進(jìn)行綜合計(jì)算判斷，并根據(jù)所述計(jì)算判斷結(jié)果對(duì)所述PWM變流器(30)和所述能量變換電路(31)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)所述儲(chǔ)能裝置(3)與所連接的供電臂之間的能量交換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置，其特征在于:所述控制單元(34)還用于，當(dāng)所述α供電臂和/或β供電臂下有作為負(fù)載的機(jī)車(5)處于再生制動(dòng)工況時(shí)，判斷出有制動(dòng)電能回饋至所述牽引變壓器(2)，并控制所述能量變換電路(31)工作在儲(chǔ)能狀態(tài)，將制動(dòng)回饋電能儲(chǔ)存于所述儲(chǔ)能元件(32)中；當(dāng)作為負(fù)載的所述機(jī)車(5)工作在大功率耗能工況時(shí)，判斷出所述牽引變壓器(2)的容量不足，并控制所述能量變換電路(31)工作在釋能狀態(tài)，將所述儲(chǔ)能元件(32)中的能量釋放出來(lái)供作為負(fù)載的所述機(jī)車(5)利用。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置，其特征在于:所述控制單元(34)還用于，當(dāng)所述儲(chǔ)能裝置(3)投入運(yùn)行時(shí)，控制所述PWM變流器(30)穩(wěn)定所述直流回路的電壓，并輸出無(wú)功及低次諧波電流以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償所連接的α供電臂和/或β供電臂的負(fù)載電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置，其特征在于:所述控制單元(34)還用于，檢測(cè)所連接供電臂的電壓和電流，并計(jì)算該供電臂的總電流Is、基波有功電流Ip和基波無(wú)功電流Iq ;如果判斷所述基波有功電流Ip < O，則所述控制單元(34)控制所述能量變換電路(31)工作在儲(chǔ)能狀態(tài)，將制動(dòng)回饋電能儲(chǔ)存于所述儲(chǔ)能元件(32)中，實(shí)現(xiàn)節(jié)能；如果判斷所述總電流Is >所連接供電臂的額定電流Ie，則所述控制單元(34)控制所述能量變換電路(31)工作在釋能狀態(tài)，將所述儲(chǔ)能元件(32)中的能量釋放出來(lái)利用，以提聞供電能力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能裝置，其特征在于:所述控制單元(34)還用于，控制所述PWM變流器(30)穩(wěn)定直流回路電壓，同時(shí)控制所述PWM變流器(30)輸出無(wú)功電流-1q以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償所連接供電臂的無(wú)功電流；根據(jù)檢測(cè)出的所連接供電臂的電壓和電流計(jì)算包括三次、五次和七次諧波在內(nèi)的低次諧波電流的幅值和相位，并控制所述PWM變流器(30)輸出幅值相等、相位相反的包括三次、五次和七次諧波在內(nèi)的低次諧波電流，實(shí)現(xiàn)低次諧波補(bǔ)償。
9.一種利用權(quán)利要求1-8中任一權(quán)利要求所述的裝置實(shí)現(xiàn)電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能的方法，其特征在于:在牽引變電所設(shè)置儲(chǔ)能裝置(3)，在牽引變壓器(2)輸出端的α供電臂或β供電臂與鋼軌(6)或地之間連接一套儲(chǔ)能裝置(3)，或在所述牽引變壓器(2)輸出端的α供電臂和β供電臂與鋼軌(6)或地之間各連接一套所述儲(chǔ)能裝置(3);所述儲(chǔ)能裝置(3)包括控制單元(34)和依次相連的PWM變流器(30)、能量變換電路(31)、儲(chǔ)能元件(32);所述控制單元(34)根據(jù)包括所述α供電臂和/或β供電臂的電壓、電流的大小和方向在內(nèi)的條件進(jìn)行綜合計(jì)算判斷，完成對(duì)所述PWM變流器(30 )和所述能量變換電路(31)的控制，以實(shí)現(xiàn)所述儲(chǔ)能裝置(3)與所連接的供電臂之間的能量交換。
10.根據(jù)權(quán)利要求 9所述的一種電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能方法，其特征在于:當(dāng)所述α供電臂和/或β供電臂下有作為負(fù)載的機(jī)車(5)處于再生制動(dòng)工況時(shí)，所述控制單元(34)判斷出有制動(dòng)電能回饋至所述牽引變壓器(2)，則控制所述能量變換電路(31)工作在儲(chǔ)能狀態(tài)，將制動(dòng)回饋電能儲(chǔ)存于所述儲(chǔ)能元件(32)中；當(dāng)作為負(fù)載的所述機(jī)車(5)工作在大功率耗能工況時(shí)，所述控制單元(34)判斷出所述牽引變壓器(2)的容量不足，則控制所述能量變換電路(31)工作在釋能狀態(tài)，將所述儲(chǔ)能元件(32)中的能量釋放出來(lái)供作為牽引負(fù)載的所述機(jī)車(5)利用。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能方法，其特征在于:當(dāng)所述儲(chǔ)能裝置(3 )投入運(yùn)行時(shí)，所述控制單元(34)控制所述PWM變流器(30 )穩(wěn)定所述直流回路的電壓，并輸出無(wú)功及低次諧波電流以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償所連接的α供電臂和/或β供電臂的負(fù)載電流。
12.根據(jù)權(quán)利要求9、10、11中任一權(quán)利要求所述的一種電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟: 5100:當(dāng)所述儲(chǔ)能裝置(3)投入運(yùn)行，所述控制單元(34)檢測(cè)所連接供電臂的電壓和電流，并計(jì)算該供電臂的總電流Is、基波有功電流Ip和基波無(wú)功電流Iq ； 5101:所述控制單元(34)判斷所述基波有功電流Ip < O是否成立； 5102:如果基波有功電流Ip < 0，則所述控制單元(34)控制所述能量變換電路(31)工作在儲(chǔ)能狀態(tài)，將制動(dòng)回饋電能儲(chǔ)存于所述儲(chǔ)能元件(32)中，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，并進(jìn)入步驟S103，如果否，則直接進(jìn)入步驟S103;S103:所述控制單元(34)判斷所述總電流Is >所連接供電臂的額定電流Ie是否成立； S104:如果總電流Is >所連接供電臂的額定電流Ie，則所述控制單元(34)控制所述能量變換電路(31)工作在釋能狀態(tài)，將所述儲(chǔ)能元件(32)中的能量釋放出來(lái)利用，以提高供電能力，如果否，則進(jìn)入步驟SlOO ； 上述步驟SlOO~S104按順序循環(huán)執(zhí)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種電氣化鐵路牽引供電儲(chǔ)能方法，其特征在于，所述方法還進(jìn)一步包括以下步驟: S201:所述控制單元(34)控制所述PWM變流器(30)穩(wěn)定直流回路電壓，同時(shí)控制所述PWM變流器(30)輸出無(wú)功電流-1q以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償所連接供電臂的無(wú)功電流； S202:所述控制單元(34)根據(jù)檢測(cè)出的所連接供電臂的電壓和電流計(jì)算包括三次、五次和七次諧波在內(nèi)的低次諧波電流的幅值和相位； S203:所述控制單元(34)控制所述PWM變流器(30)輸出幅值相等、相位相反的包括三次、五次和七次諧波在內(nèi)的低次諧波電流，實(shí)現(xiàn)低次諧波補(bǔ)償； 上述步驟S201~S203在步驟SlOO與步驟S101，或步驟S104與步驟SlOO之間執(zhí)行。
【文檔編號(hào)】B60M3/00GK103840477SQ201410002241
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】張志學(xué), 羅文廣, 何多昌, 尚敬, 許峻峰, 章志兵, 張定華, 劉華東, 黃超 申請(qǐng)人:南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司