专利摘要

本实用新型提供了一种电气化铁路同相储能供电系统、控制方法及控制单元，涉及电气化铁路牵引供电技术领域。设置在同相供电母线上的电压互感器和设置在馈线上的电流互感器测量端分别与测控单元的检测信号输入端连接，牵引主变压器的牵引侧绕组一端接地，另一端与同相供电母线连接，第一牵引匹配变压器的n组变流侧绕组与n组同相变流器并联侧端口一一对应连接，第二牵引匹配变压器的m组变流侧绕组与m组储能变流器交流侧端口一一对应连接；电压互感器和电流互感器测量端分别与测控单元的检测信号输入端连接，测控单元的控制信号输出端与同相变流器的控制端和储能变流器的控制端连接。

权利要求

1.一种电气化铁路同相储能供电系统，包括牵引主变压器(1)，设置在同相供电母线(8)上的电压互感器(10)和设置在馈线(9)上的电流互感器(11)测量端分别与测控单元(7)的检测信号输入端连接，牵引主变压器(1)的牵引侧绕组一端接地，另一端与同相供电母线(8)连接，同相供电母线(8)通过馈线(9)与牵引网连接，其特征在于：第一牵引匹配变压器(2)变流侧绕组2a设置n组，同相变流器(4)设置n组，第一牵引匹配变压器(2)的n组变流侧绕组2a与n组同相变流器(4)并联侧端口一一对应连接，同相变流器(4)串联侧端口级联后与高压匹配变压器(12)的次边绕组连接；第二牵引匹配变压器(3)变流侧绕组3b设置m组，储能变流器(5)和储能器(6)均设置m组，第二牵引匹配变压器(3)的m组变流侧绕组3b与m组储能变流器(5)交流侧端口一一对应连接，m组储能变流器(5)直流侧端口与m组储能器(6)一一对应连接；其中，n≥1，m≥1；

测控单元(7)的控制信号输出端分别与各个同相变流器(4)的控制端和各个储能变流器(5)的控制端连接；

第一牵引匹配变压器(2)的牵引侧绕组一端接地，另一端与同相供电母线(8)连接，第二牵引匹配变压器(3)的牵引侧绕组一端接地，另一端与所述同相供电母线(8)连接；

或者第一牵引匹配变压器(2)和第二牵引匹配变压器(3)共用同一牵引侧绕组，共用的牵引侧绕组一端接地，另一端与所述同相供电母线(8)连接。

2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路同相储能供电系统，其特征在于：所述牵引主变压器(1)的原边绕组和高压匹配变压器(12)的原边绕组为SCOTT接线或者Vv接线。

3.根据权利要求1所述的一种电气化铁路同相储能供电系统，其特征在于：所述储能器(6)的储能介质为电磁储能、物理储能和电化学储能中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种电气化铁路同相储能供电系统，其特征在于：所述电压互感器(10)用于测量所述同相供电母线(8)的电压，电流互感器(11)用于测量所述馈线(9)的电流。

说明书

技术领域

本实用新型涉及电气化铁路牵引供电技术领域。

背景技术

电气化铁路中的电力机车停站减速或下坡时会产生大量再生制动能量，传统的牵引供电方式下，这部分能量被同行列车吸收的比例较低，大部分返送至电网，由于其属于非计划内发电，会对电网带来不良影响，电力系统往往对电气化铁路再生制动返送能量加以惩罚，如采用“返送不计”甚至“返送正计”计量方式核算牵引供电用户电费，为了减少再生制动能量的返送量，提出储能的技术方案，将再生制动能量存储起来，并在牵引时加以释放。现有技术方案多数是在两个供电臂分别设置两套储能装置，它依赖两个供电臂的再生工况，对储能装置容量需要较大，投资较大，而实际的计量值远小于两臂再生制动能量之和，最重要的是，它不能在牵引供电系统内直接利用再生制动能量，也不能解决电分相问题。此外，电气化铁路牵引负荷波动剧烈，负荷功率峰值不仅在技术上引起以负序为主的电能质量问题，还增加了牵引变压器的容量需求，给牵引所带来不少的容量电费。合理的削除牵引负载峰值，不仅可以改善牵引电能质量，还可以降低牵引所的电费支出。

结合同相供电技术和储能技术，能将牵引供电的性能进一步提升，目前，有部分基于同相融合储能的牵引供电专利方案，其储能装置一般接在同相变流器的直流母线上。此类方案中，同相变流器直流母线结构以及母线电压等级会影响到储能器的配置，例如采用高压级联拓扑的同相变流器，其直流母线数量比较多，且属于高压电，对应需要配置多个储能支路，且每个支路储能装置的绝缘须按照高压绝缘的标准进行设计，增加技术难度和成本，也在一定程度影响了储能器配置的独立性和灵活性。

同相供电技术可以使机车的回馈电能最大限度的直接被牵引网内的处于牵引工况的机车利用，有利于降低牵引变压器和储能的容量需求；而储能装置能够进行牵引负载的削峰填谷，进一步降低牵引变压器的容量需求，同时削峰可以降低负序。如何以最优的方式将同相供电和储能技术结合起来，是业界研究的热点。

实用新型内容

本实用新型目的的第一方面是提供一种电气化铁路同相储能供电系统，它能有效地解决同相供电系统的储能的技术问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电气化铁路同相储能供电系统，包括牵引主变压器，设置在同相供电母线上的电压互感器和设置在馈线上的电流互感器测量端分别与测控单元的检测信号输入端连接，牵引主变压器的牵引侧绕组一端接地，另一端与同相供电母线连接，同相供电母线通过馈线与牵引网连接；第一牵引匹配变压器变流侧绕组2a设置n组，同相变流器设置n组，第一牵引匹配变压器的n组变流侧绕组2a与n 组同相变流器并联侧端口一一对应连接，同相变流器串联侧端口级联后与高压匹配变压器的次边绕组连接；第二牵引匹配变压器变流侧绕组3b设置m组，储能变流器和储能器均设置m组，第二牵引匹配变压器的m组变流侧绕组3b与m组储能变流器交流侧端口一一对应连接，m组储能变流器直流侧端口与m组储能器一一对应连接，其中，n≥1，m≥1；

测控单元的控制信号输出端分别与各个同相变流器的控制端和各个储能变流器的控制端连接；

第一牵引匹配变压器的牵引侧绕组一端接地，另一端与同相供电母线连接，第二牵引匹配变压器的牵引侧绕组一端接地，另一端与同相供电母线连接；

或者第一牵引匹配变压器和第二牵引匹配变压器共用同一牵引侧绕组，共用的牵引侧绕组一端接地，另一端与所述同相供电母线连接。

所述电压互感器和电流互感器测量端分别与测控单元的检测信号输入端连接，所述测控单元的控制信号输出端分别与各个同相变流器的控制端和各个储能变流器的控制端连接；

进一步地，所述牵引主变压器的原边绕组和高压匹配变压器的原边绕组为SCOTT接线或者Vv接线。

进一步地，所述储能器的储能介质为电磁储能、物理储能和电化学储能中的一种。

进一步地，所述电压互感器用于测量所述同相供电母线的电压，所述电流互感器用于测量所述馈线的电流。

本实用新型目的的通过控制方法和测控单元来实现，已知电网负序功率允许值PN和牵引负荷峰谷阈值PV：

分别获取电压互感器和电流互感器传送的电压数据和电流数据；

根据所述电压数据和电流数据计算得到牵引负荷有功功率S；

判断一：判断牵引负荷有功功率S是否大于牵引负荷峰谷阈值PV，如果是，控制储能变流器使储能器放电并进入判断二，否则进入判断三；

判断二：判断牵引负荷峰谷阈值PV是否大于电网负序功率允许值PN，如果是，控制同相变流器提供供给功率PS，否则，控制同相变流器提供供给功率为零，其中，PN＞0，PV＞0；

判断三：判断牵引负荷有功功率S是否小于零，如果是，控制储能变流器使储能器充电并控制同相变流器提供供给功率为零，否则，控制储能变流器使储能器充电并进入判断二。

进一步地，进行判断一时，控制储能变流器使储能器放电的放电功率SD＝S-PV。

进一步地，进行判断二时，如果牵引负荷峰谷阈值PV大于电网负序功率允许值PN，控制同相变流器提供供给功率PS的值为(PV-PN)/2。

进一步地，进行判断三时，如果牵引负荷有功功率S小于零，则控制储能变流器使储能器的充电功率SC＝-S，如果牵引负荷有功功率S大于零，则控制储能变流器使储能器的充电功率SC＝PV-S。

本实用新型的测控单元，它能有效地解决所述控制方法中的计算、判断的技术问题。

本实用新型目的的第三方面所述的测控单元包括数据获取模块、计算模块、第一判断模块、第二判断模块和第三判断模块：

数据获取模块用于获取电压互感器和电流互感器传送的电压数据和电流数据；

计算模块：用于根据所述电压数据和电流数据计算得到牵引负荷有功功率S；

第一判断模块：用于判断牵引负荷有功功率S是否大于牵引负荷峰谷阈值PV，如果是，控制储能变流器使储能器放电并进入第二判断模块，否则进入第三判断模块；

第二判断模块：用于判断牵引负荷峰谷阈值PV是否大于电网负序功率允许值PN，如果是，控制同相变流器提供供给功率PS，否则，控制同相变流器提供供给功率为零；

第三判断模块：判断牵引负荷有功功率S是否小于零，如果是，控制储能变流器使储能器充电并控制同相变流器提供供给功率为零，否则，控制储能变流器使储能器充电并进入第二判断模块。

进一步地，第一判断模块中，控制储能变流器使储能器放电的放电功率SD＝S-PV；

第二判断模块中，如果牵引负荷峰谷阈值PV大于电网负序功率允许值PN，控制同相变流器提供供给功率PS的值为(PV-PN)/2；

第三判断模块中，如果牵引负荷有功功率S小于零，则控制储能变流器使储能器的充电功率SC＝-S，如果牵引负荷有功功率S大于零，则控制储能变流器使储能器的充电功率SC＝PV-S。

本实用新型与现有技术相比的优点和效果在于：储能变流器控制储能器的充放电，其回路不经过同相变流器，储能变流器和同相变流器分别设置，协调工作，优先使用储能变流器控制储能器削峰填谷，在负序不达标时再由同相变流器进行负序补偿，使其达标。

附图说明

图1是本实用新型第一种电气化铁路同相储能供电系统结构示意图。

图2是本实用新型第二种电气化铁路同相储能供电系统结构示意图。

图3是本实用新型第三种电气化铁路同相储能供电系统结构示意图。

图4是本实用新型第一牵引匹配变压器和第二牵引匹配变压器共用同一牵引绕组示意图。

图5是本实用新型一种具体的电气化铁路同相储能供电系统结构示意图。

图6是本实用新型一种测控单元结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种电气化铁路同相储能供电系统，包括牵引主变压器1、第一牵引匹配变压器2、第二牵引匹配变压器3、同相变流器4、储能变流器5、储能器6、测控单元7、同相供电母线8、馈线9、电压互感器10、电流互感器11和高压匹配变压器 12，其中：

牵引主变压器1的牵引侧绕组一端接地，另一端与同相供电母线8连接，同相供电母线8通过馈线9与牵引网连接；

第一牵引匹配变压器2的变流侧绕组2a设置n组，同相变流器4设置n组，第一牵引匹配变压器2的n组变流侧绕组2a与n组同相变流器4并联侧端口一一对应连接，同相变流器4串联侧端口级联后与高压匹配变压器12的次边绕组连接；

第二牵引匹配变压器3的变流侧绕组3b设置m组，储能变流器5和储能器6设置m组，第二牵引匹配变压器3的m组变流侧绕组3b与m组储能变流器5交流侧端口一一对应连接， m组储能变流器5直流侧端口与m组储能器6一一对应连接；其中，n≥1，m≥1。

电压互感器10和电流互感器11测量端分别与测控单元7的检测信号输入端连接，测控单元7的控制信号输出端分别与各个同相变流器4的控制端和各个储能变流器5的控制端连接。

第一牵引匹配变压器2的牵引侧绕组一端接地，另一端与同相供电母线8连接，第二牵引匹配变压器3的牵引侧绕组一端接地，另一端与同相供电母线8连接；

或第一牵引匹配变压器2和第二牵引匹配变压器3共用同一牵引侧绕组，共用的牵引侧绕组一端接地，另一端与同相供电母线8连接。

本实施例中，第一牵引匹配变压器2和第二牵引匹配变压器3的设置有两种方案，一种方案是将第一牵引匹配变压器2的牵引侧绕组和第二牵引匹配变压器3的牵引侧绕组分开设置，即第一牵引匹配变压器2的牵引侧绕组一端接地，另一端与同相供电母线8连接，第二牵引匹配变压器3的牵引侧绕组一端接地，另一端与同相供电母线8连接，如图1、图 2和图3所示；另一种方案是将第一牵引匹配变压器2的牵引侧绕组和第二牵引匹配变压器 3的牵引侧绕组整合为同一牵引侧绕组，即第一牵引匹配变压器2和第二牵引匹配变压器3共用同一牵引侧绕组，共用的牵引侧绕组一端接地，另一端与同相供电母线8连接，如图4所示，这样做的好处是可以节省变压器的占地面积，还可以节约变压器的成本。

本实施例中的储能器6、储能变流器5和第二牵引匹配变压器3一起构成储能支路并与同相供电母线8连接，储能支路的充放电过程不经过同相变流器4，也就不会占用同相变流器4的容量，储能器7的端口直流电压也不受同相变流器中间直流母线结构和电压的影响，另外，将储能器6、储能变流器5和第二牵引匹配变压器3设置为一条独立的储能支路，不仅使储能变流器5与各类储能器6接口配置更灵活，也方便扩充储能支路的数量。测控单元7通过合理控制同相变流器4供给功率和储能变流器5的充放电功率，可以达到电力机车回馈能量的最优利用、抑制牵引所的峰值功率、治理三相电网负序、降低牵引变压器容量需求的目标。本实施例中，储能器6的储能介质可以为电磁储能、物理储能和电化学储能中的一种。

需要说明的是，本实施例中的同相变流器4为交直交变流器，与高压匹配变压器12连接的端口称为串联侧端口，与牵引匹配变压器2连接的端口称为并联侧端口，储能变流器5 为交直变流器。具体实施本实施例时，m和n的取值可以不相等，根据实际情况设置即可。

作为优选，牵引主变压器1的原边绕组和高压匹配变压器12的原边绕组可以连接成 SCOTT接线，如图1所示；作为另一种优选，高压匹配变压器12可以是Yd接线，如图2所示；作为又一种优选，牵引主变压器1的原边绕组和高压匹配变压器12的原边绕组可以连接成Vv接线，如图3所示；除此外，牵引主变压器1的原边绕组和高压匹配变压器12的原边绕组还可以连接成Vx接线等方式。

作为优选，电压互感器10用于测量同相供电母线8的电压，电流互感器11用于测量馈线9的电流。

具体地，如图5所示，以SCOTT接线、n＝m＝1、第一牵引匹配变压器2和第二牵引匹配变压器3共用同一牵引绕组为例，本实施例可以按照如下方式连线：

牵引主变压器1原边与三相电网A、B、C其中两相连接且带中间抽头，牵引主变压器1 的次边绕组一端连接同相供电母线8，另一端接地；同相供电母线8经馈线9连接牵引网给列车供电；

高压匹配变压器12原边一端与三相电网A、B、C的第三相(与牵引主变压器1连接的两相之外的另一相)连接，另一端口与牵引主变压器1原边绕组的中间抽头连接，共同构成Scott接线；高压匹配变压器12的次边绕组连接同相变流器4的串联侧端口；

第一牵引匹配变压器2和第二牵引匹配变压器3共用同一牵引侧绕组，牵引侧绕组一端接同相供电母线8，另一端接地；第一牵引匹配变压器2的变流侧绕组2a连接同相变流器4的并联侧端口，第二牵引匹配变压器3的变流侧绕组3b连接储能变流器4的交流端口；储能变流器4直流端口与储能器6端口连接；

测控单元7检测信号输入端分别连接电压互感器10和电流互感器11，其控制信号输出端分别连接同相变流器4的控制端和储能变流器5的控制端；电压互感器10测量同相供电母线8的电压，电流互感器11测量馈线9的电流；

测控单元7经电压互感器10和电流互感器11测得牵引负荷功率s，据此对同相变流器 3和储能变流器4进行电流和功率的控制。

实施例2

如图6所示，一种用于控制实施例1提供的电气化铁路同相储能供电系统的控制方法，通过测控单元来实现，已知电网负序功率允许值PN和牵引负荷峰谷阈值PV，所述控制方法包括：

A1:分别获取电压互感器10和电流互感器11传送的电压数据和电流数据；

A2：根据电压数据和电流数据计算得到牵引负荷有功功率S；

A3：判断一：判断牵引负荷有功功率S是否大于牵引负荷峰谷阈值PV，如果是，控制储能变流器5使储能器6放电并进入判断二，否则进入判断三；

A4：判断二：判断牵引负荷峰谷阈值PV是否大于电网负序功率允许值PN，如果是，控制同相变流器4提供供给功率PS，否则，控制同相变流器4提供供给功率为零；

A5：判断三：判断牵引负荷有功功率S是否小于零，如果是，控制储能变流器5使储能器6充电并控制同相变流器4提供供给功率为零，否则，控制储能变流器5使储能器6 充电并进入判断二，其中，PN＞0，PV＞0。

作为优选，本实施例还包括：进行判断一时，控制储能变流器5使储能器6放电的放电功率SD＝S-PV。

作为优选，本实施例还包括：进行判断二时，如果牵引负荷峰谷阈值PV大于电网负序功率允许值PN，控制同相变流器4提供供给功率PS的值为(PV-PN)/2。

作为优选，本实施例还包括：进行判断三时，如果牵引负荷有功功率S小于零，则控制储能变流器5使储能器6的充电功率SC＝-S，如果牵引负荷有功功率S大于零，则控制储能变流器5使储能器6的充电功率SC＝PV-S。

实施本实施例时，储能变流器5控制储能器6的充放电，其回路不经过同相变流器4，储能变流器5和同相变流器4分别设置，协调工作，优先使用储能变流器5控制储能器6 削峰填谷，在负序不达标时再由同相变流器4进行负序补偿，使其达标。

这里需要说明的是，电网负序功率允许值PN由电网容量确定，作为补偿的依据，牵引负荷峰谷阈值PV目标是降低基本电费，本实施例中，当功率因数等于1时，同相储能供电系统不需要进行无功补偿，当功率因数不等于1时，可以控制同相储能供电系统进行无功补偿。

另外，本实施例中，可以设置充放电额定功率Se，当根据公式SD＝S-PV计算出的结果大于Se时，令SD＝Se；同样地，当根据公式SC＝-S或SC＝PV-S计算出的结果大于Se时，令SC＝Se。这样做的原因在于，考虑实际情况和经济性，储能同相供电系统功率不至于太大。

实施例3

如图6所示，本实施例提供一种用于实现控制的测控单元，包括：

数据获取模块：用于获取电压互感器10和电流互感器11传送的电压数据和电流数据；

计算模块：用于根据电压数据和电流数据计算得到牵引负荷有功功率S；

第一判断模块：用于判断牵引负荷有功功率S是否大于牵引负荷峰谷阈值PV，如果是，控制储能变流器5使储能器6放电并进入第二判断模块，否则进入第三判断模块；

第二判断模块：用于判断牵引负荷峰谷阈值PV是否大于电网负序功率允许值PN，如果是，控制同相变流器4提供供给功率PS，否则，控制同相变流器4提供供给功率为零；

第三判断模块：判断牵引负荷有功功率S是否小于零，如果是，控制储能变流器5使储能器6充电并控制同相变流器4提供供给功率为零，否则，控制储能变流器5使储能器6 充电并进入第二判断模块。

作为优选，第一判断模块中，控制储能变流器5使储能器6放电的放电功率SD＝S-PV；

第二判断模块中，如果牵引负荷峰谷阈值PV大于电网负序功率允许值PN，控制同相变流器4提供供给功率PS的值为(PV-PN)/2；

第三判断模块中，如果牵引负荷有功功率S小于零，则控制储能变流器5使储能器6的充电功率SC＝-S，如果牵引负荷有功功率S大于零，则控制储能变流器5使储能器6的充电功率SC＝PV-S。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

一种电气化铁路同相储能供电系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。