专利摘要

本实用新型公开了一种电气化铁路同相储能供电构造。该同相储能供电构造包括三相牵引变压器、三相匹配变压器、多个储能补偿装置和协调控制装置，三相牵引变压器原边与三相电力系统连接，其次边端子与牵引负荷连接；三相匹配变压器原边与三相牵引变压器的次边连接；多个 储能补偿装置的交流端分别与三相匹配变压器次边连接；协调控制装置的输入端分别接入负荷馈线电流互感器二次侧和负荷母线电压互感器二次侧，其双向信号端口分别与多个储能补偿装置双向信号端口连接。还公开了控制方法。因此，本实用新型具有实施同相和储能功能，不仅优化电气化铁路牵引变电所经济节能运行，达到牵引负荷消峰，降低运行费用，有效利用列车再生制动能量。

权利要求

1.一种电气化铁路的同相储能供电构造，其特征在于，所述同相储能供电构造包括：三相牵引变压器TT、三相匹配变压器MT、储能补偿装置和协调控制装置CC，所述三相牵引变压器TT原边与三相电力系统连接，其次边的任意两端子与牵引负荷TL连接；所述三相匹配变压器MT原边与所述三相牵引变压器TT的次边连接；所述储能补偿装置为第一组储能补偿装置EC₁、第二组储能补偿装置EC₂及第n组储能补偿装置EC_n，且n为正整数，所述第一组储能补偿装置EC₁、第二组储能补偿装置EC₂、及第n组储能补偿装置EC_n的交流端分别与所述三相匹配变压器MT次边连接；所述协调控制装置CC的输入端分别接入负荷馈线电流互感器二次侧In₁和负荷母线电压互感器二次侧In₂，其双向信号端口分别与所述第一组储能补偿装置EC₁、第二组储能补偿装置EC₂、及第n组储能补偿装置EC_n的双向信号端口连接。

2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路的同相储能供电构造，其特征在于，所述第一组储能补偿装置EC₁包括依次串联的第一三相交-直变流器AD₁、第一开关电源DD₁和第一储能单元ES₁，所述第二组储能补偿装置EC₂包括依次串联的第二三相交-直变流器AD₂、第二开关电源DD₂和第二储能单元ES₂，所述第n组储能补偿装置EC_n包括依次串联的第n三相交-直变流器AD_n、第n开关电源DD_n和第n储能单元ES_n。

3.根据权利要求1所述的一种电气化铁路的同相储能供电构造，其特征在于，所述储能补偿装置分为m组功率型储能补偿装置和n-m组能量型储能补偿装置，且m<n；其中，在m组功率型储能补偿装置中的第一储能单元ES₁、第二储能单元ES₂及第m组储能单元ES_m为功率型，构成m组功率型储能补偿装置；第m+1储能单元ES_m+1、第m+2储能单元ES_m+2及第n组储能单元ES_n为能量型，构成n-m组能量型储能补偿装置。

4.根据权利要求1所述的一种电气化铁路的同相储能供电构造，其特征在于，所述三相牵引变压器TT设有备用三相牵引变压器TB，所述备用三相牵引变压器TB原边与三相电力系统连接，其次边的任意两端子与牵引负荷TL连接；所述备用三相牵引变压器TB次边还与所述三相匹配变压器MT的原边连接。

说明书

技术领域

本实用新型涉及电气化铁路供电技术领域。

背景技术

列车在制动过程中会产生很大的再生制动能量，同相供电技术取消了牵引变电所处的电分相，延长了供电臂长度，有利于再生制动能量的利用。然而，当供电臂中总的再生制动能量大于牵引能量时，再生制动能量不能被完全利用，或者行车密度低，同一供电臂中牵引和再生制动工况的列车无法同时出现时，再生制动能量也无法利用。

电气化铁路牵引负荷波动剧烈，功率瞬时最大值达到平均值的5-10倍，牵引变压器普遍存在负载率低，导致牵引供电系统设备利用效率低，运行成本高。削峰填谷作为电力负荷重要的管理措施，可以缓和牵引负荷波动，缓解峰值功率对系统和设备带来的压力。储能装置具有能量转移功能，即在负荷高峰时放电，在负荷低谷时充电。利用储能装置削峰填谷的特点，有利于提高变电设备利用率，节省设备扩容、更新费用，降低牵引供电成本。同时，牵引负荷功率峰值时段，电压不平衡度(负序电流)表现最大，通过储能装置“削峰”平衡负荷，可实现降低电压不平衡度(负序电流)，改善负序效果。

倡导构建“清洁低碳、安全高效”的现代能源产业体系，鼓励推动能源生产和利用方式变革，为当前电气化铁路储能技术应用提供了政策支持。

基于以上因素，为进一步优化电气化铁路牵引变电所经济节能运行，提出一种电气化铁路同相储能供电构造及控制方法。本课题组于2017年7月5日申请了专利《一种电气化铁路储能同相供电装置及其控制方法》(申请公布号：CN107104444A)，公开了一种电气化铁路储能同相供电装置，采用了单相背靠背变流器和储能器构造，并公布了其削峰填谷实时控制策略和负序控制策略。本实用新型基于三相交-直变流器、DC/DC变换器和储能器，构造上存在本质区别，并采用了分类分组结构，便于按需扩展。控制方法上，本实用新型提出按功能区间分类进行充放电控制和电能质量补偿控制，有利于提高再生制动能量利用率和储能装置容量利用率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电气化铁路同相储能供电构造，它能有效地解决牵引负荷消峰以及列车再生制动能量有效利用的技术问题。

为了实现本实用新型所要解决的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种电气化铁路的同相储能供电构造，其中，所述同相储能供电构造包括：

三相牵引变压器TT、三相匹配变压器MT、储能补偿装置和协调控制装置CC，所述三相牵引变压器TT原边与三相电力系统连接，其次边的任意两端子与牵引负荷TL连接；所述三相匹配变压器MT原边与所述三相牵引变压器TT的次边连接；所述储能补偿装置为第一组储能补偿装置EC₁、第二组储能补偿装置EC₂及第n组储能补偿装置EC_n，且n为正整数，所述第一组储能补偿装置EC1、第二组储能补偿装置EC₂及第n组储能补偿装置EC_n的交流端分别与所述三相匹配变压器MT次边连接；所述协调控制装置CC的输入端分别接入负荷馈线电流互感器二次侧In₁和负荷母线电压互感器二次侧In₂，其双向信号端口分别与所述第一组储能补偿装置EC₁、第二组储能补偿装置EC₂、及第n组储能补偿装置EC_n的双向信号端口连接。

所述第一组储能补偿装置EC₁包括依次串联的第一三相交-直变流器AD₁、第一开关电源DD₁和第一储能单元ES₁，所述第二组储能补偿装置EC₂包括依次串联的第二三相交-直变流器AD₂、第二开关电源DD₂和第二储能单元ES₂，所述第n组储能补偿装置EC_n包括依次串联的第n三相交-直变流器AD_n、第n开关电源DD_n和第n储能单元ES_n。

所述储能补偿装置分为m组功率型储能补偿装置和n-m组能量型储能补偿装置，且m<n；其中，在m组功率型储能补偿装置中的第一储能单元ES₁、第二储能单元ES₂及第m 组储能单元ES_m为功率型，构成m组功率型储能补偿装置；第m+1储能单元ES_m+1、第 m+2储能单元ES_m+2及第n组储能单元ES_n为能量型，构成n-m组能量型储能补偿装置。

所述三相牵引变压器TT设有备用三相牵引变压器TB，所述备用三相牵引变压器TB原边与三相电力系统连接，其次边的任意两端子与牵引负荷TL连接；所述备用三相牵引变压器TB次边还与所述三相匹配变压器MT的原边连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用三相交-直变流器将同相供电和储能功能复用，节省变流器容量和系统投资。

2、本实用新型采用小容量单元模组设计，提高了系统的可靠性和扩展性，并且维护方便。

3、本实用新型功率型储能装置循环充放电次数多，用于回收再生制动能量，能量型储能装置能量大，用于负荷削峰。采用功率型和能量型储能装置分类设置，便于各尽其能，提高各功能部件的利用率和寿命。

4、本实用新型控制方法简单，实施同相和储能功能，达到牵引负荷消峰，降低供电系统对设备容量要求，降低设备容量和运行费用，并有效利用列车再生制动能量，进一步优化电气化铁路牵引变电所经济节能运行。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中所述电气化铁路的同相储能供电构造的结构示意图。

图2是本实用新型实施例二中所述电气化铁路的同相储能供电构造的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的工作原理是：三相交-直变流器具有电流源特性，利用三相交-直变流器充放电控制电流与电能补偿电流之叠加，实现电气化铁路同相储能供电。依据牵引负荷历史数据，结合储能装置特性，按时间段划分再生制动能量利用区间和消峰区间，功率型储能补偿装置优先工作于再生制动能量利用区间，进行再生制动能量利用，节约能源；能量型储能补偿装置优先工作于削峰区间，进行削峰，降低牵引供电成本。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。

实施例一

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种电气化铁路的同相储能供电构造，其中，所述同相储能供电构造包括用于将三相电力系统的线电压变送到牵引母线的三相牵引变压器TT、用于储能补偿装置电压匹配与电气隔离的三相匹配变压器MT、用于实时充放电和/ 或电能质量补偿的储能补偿装置和用于检测牵引负荷运行工况和牵引负荷大小和协调储能补偿装置实时充放电控制或/和电能质量控制的协调控制装置CC。

所述三相牵引变压器TT原边与三相电力系统连接，其次边端子a、b与牵引负荷TL连接；所述三相匹配变压器MT原边与所述三相牵引变压器TT的次边连接；所述储能补偿装置为第一组储能补偿装置EC₁、第二组储能补偿装置EC₂及第n组储能补偿装置EC_n且n 为正整数，所述第一组储能补偿装置EC₁、第二组储能补偿装置EC₂及第n组储能补偿装置EC_n的交流端分别与所述三相匹配变压器MT次边连接；所述协调控制装置CC的输入端分别接入负荷馈线电流互感器二次侧In₁和负荷母线电压互感器二次侧In₂，其双向信号端口分别与所述第一组储能补偿装置EC₁、第二组储能补偿装置EC₂及第n组储能补偿装置 EC_n的双向信号端口连接。除此之外，牵引负荷接于三相牵引变压器TT的次边端子a、c 或b、c时，所述的供电构造均适用。

所述第一组储能补偿装置EC₁包括依次串联的第一三相交-直变流器AD₁、第一开关电源DD₁和第一储能单元ES₁，所述第二组储能补偿装置EC₂包括依次串联的第二三相交-直变流器AD₂、第二开关电源DD₂和第二储能单元ES₂，所述第n组储能补偿装置EC_n包括依次串联的第n三相交-直变流器AD_n、第n开关电源DD_n和第n组储能单元ES_n。在本实用新型实施例中，所述第一开关电源DD₁、第二开关电源DD₂及第n开关电源DD_n均为 DC/DC变换器。另外，所述第一储能单元ES₁、第二储能单元ES₂以及第n储能单元ES_n可以为电池、超级电容或飞轮中任意一种。

籍此，本实用新型实施例采用三相交-直变流器将同相供电和储能功能复用，节省变流器容量和系统投资。另外，本实用新型实施例采用小容量单元模组设计，提高了系统的可靠性和扩展性，并且维护方便。

所述多个储能补偿装置分为m组功率型储能补偿装置和n-m组能量型储能补偿装置，且m<n；其中，在m组功率型储能补偿装置中的第一储能单元ES₁、第二储能单元ES₂及第m储能单元ES_m为功率型，构成m组功率型储能补偿装置；第m+1储能单元ES_m+1、第 m+2储能单元ES_m+2及第n储能单元ES_n为能量型，构成n-m组能量型储能补偿装置。因此，本实用新型采用功率型储能单元循环充放电次数多，用于回收再生制动能量；能量型储能单元能量大，用于负荷削峰。同时，采用功率型和能量型储能装置分类设置，便于各尽其能，提高各功能部件的利用率和寿命。

实施例二

如图2所示，本实用新型实施例提供了一种电气化铁路的同相储能供电构造，其中，所述同相储能供电构造包括用于将电力系统的线电压变送到牵引母线的三相牵引变压器TT 和备用三相牵引变压器TB、用于储能补偿装置电压匹配与电气隔离的三相匹配变压器MT、用于实时充放电和/或电能质量补偿的多个储能补偿装置和用于检测牵引负荷运行工况和牵引负荷大小和协调储能补偿装置实时充放电控制或/和电能质量控制的协调控制装置CC。

所述三相牵引变压器TT和备用三相牵引变压器TB的原边分别与三相电力系统连接，其次边两端子a、b分别与牵引负荷TL连接；所述三相匹配变压器MT原边分别与所述三相牵引变压器TT的次边和所述备用三相牵引变压器TB的次边连接；所述储能补偿装置为第一组储能补偿装置EC₁、第二组储能补偿装置EC₂及第n组储能补偿装置EC_n且n为正整数，所述第一组储能补偿装置EC₁、第二组储能补偿装置EC₂及第n组储能补偿装置EC_n的交流端分别与所述三相匹配变压器MT次边连接；所述协调控制装置CC的输入端分别接入负荷馈线电流互感器二次侧In₁和负荷母线电压互感器二次侧In₂，其双向信号端口分别与所述第一储能补偿装置EC₁、第二储能补偿装置EC₂、……及第n储能补偿装置EC_n的双向信号端口连接。除此之外，牵引负荷TL接于三相牵引变压器TT的次边端子a、c或b、 c时，所述的供电构造均适用。

所述第一组储能补偿装置EC₁主要由第一三相交-直变流器AD₁、第一开关电源DD₁和第一储能单元ES₁依次串联构成，所述第二组储能补偿装置EC₂主要由第二三相交-直变流器AD₂、第二开关电源DD₂和第二储能单元ES₂依次串联构成，同理依次类推，所述第n 组储能补偿装置EC_n主要由第n三相交-直变流器AD_n、第n开关电源DD_n和第n储能单元 ES_n依次串联构成。在本实用新型实施例中，所述第一开关电源DD₁、第二开关电源 DD₂、……及第n开关电源DD_n均为DC/DC变换器。另外，所述第一储能单元ES₁、第二储能单元ES₂、……以及第n储能单元ES_n可以为电池、超级电容或飞轮中任意一种。

籍此，本实用新型实施例采用三相交-直变流器将同相供电和储能功能复用，节省变流器容量和系统投资。另外，本实用新型实施例采用小容量单元模组设计，提高了系统的可靠性和扩展性，并且维护方便。

所述储能补偿装置分为m组功率型储能补偿装置和n-m组能量型储能补偿装置，且m<n；其中，在m组功率型储能补偿装置中的第一组储能单元ES₁、第二组储能单元ES₂及第m组储能单元ES_m为功率型，构成m组功率型储能补偿装置；所述第m+1组储能单元ES_m+1、所述第m+2组储能单元ES_m+2及所述第n组储能单元ES_n为能量型，构成n-m组能量型储能补偿装置。因此，本实用新型采用功率型储能单元循环充放电次数多，用于回收再生制动能量；能量型储能单元能量大，用于负荷削峰。同时，采用功率型和能量型储能装置分类设置，便于各尽其能，提高各功能部件的利用率和寿命。

为了更好地理解上述本实用新型实施例一和实施例二，现对电气化铁路的同相储能供电构造的控制方法，作如下具体步骤说明。

步骤一、采用负荷馈线电流互感器二次侧In₁和负荷母线电压互感器二次侧In₂来检测牵引负荷运行工况和牵引负荷大小；

步骤二、协调所述第一组储能补偿装置EC₁、所述第二组储能补偿装置EC₂及所述第n 组储能补偿装置EC_n实时进行充放电控制或/和电能质量控制。

在本实用新型实施例中，关于步骤二中所述充放电控制的具体方法包括如下：

采用协调控制装置CC统计历史日牵引负荷数据，并以固定周期和滑差计算牵引负荷在整个时间周期的功率平均值得到历史日功率需量曲线，选定时间周期内的最大需量契约值，根据最大需量契约值、功率需量曲线以及整个时间周期来判断划分再生制动能量利用控制区间和消峰控制区间；

当牵引负荷的功率需量值小于最大需量契约值时，即功率需量曲线位于最大需量契约值以下的区间为再生制动能量利用控制区间，且该区间以优先控制m组功率型储能补偿装置工作为主；当检测牵引负荷运行于牵引工况，控制所述第一组储能补偿装置EC₁、所述第二组储能补偿装置EC₂、……及所述第m组储能补偿装置EC_m放电；当检测牵引负荷运行于再生制动工况，控制所述第一组储能补偿装置EC₁、所述第二组储能补偿装置EC₂及所述第m组储能补偿装置EC_m充电；

当牵引负荷的功率需量值大于最大需量契约值时，即功率需量曲线位于最大需量契约值以上的区间为消峰控制区间，且该区间以优先控制n-m组能量型储能补偿装置工作为主，控制所述第m+1组储能补偿装置、所述第m+2组储能补偿装置、……及所述第n组储能补偿装置按削峰基准值进行放电，实现牵引负荷削峰。在本实用新型实施例中，所述削峰基准值是储能装置ED的充放电阈值，能使原功率需量曲线中的峰降为最大需量契约值。

关于步骤二中所述电能质量补偿控制的具体操作方法为：在充放电控制前提下，计算牵引负荷的电压不平衡度(电能质量)指标；当电压不平衡度(电能质量)指标已达到预设限值要求时，则控制所述第一组储能补偿装置EC₁、所述第二组储能补偿装置EC₂及所述第n组储能补偿装置EC_n的同相补偿电流为0；当电压不平衡度(电能质量)未达到预设限值要求时，则控制所述第一组储能补偿装置EC₁、所述第二组储能补偿装置EC₂及所述第n组储能补偿装置EC_n分别生成同相补偿电流叠加于充放电控制电流，使电压不平衡度电能质量指标达到国标限值要求。除了电压不平衡度、电气化铁路关注的电能质量指标还有谐波和无功。该预设限值是根据电能质量国标对电压不平衡度要求来设定的阈值。比如：根据国家标准《GB/T 15543-2008电能质量三相电压不平衡》规定：电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过2％，短时不得超过4％。关于谐波和无功限值，由于目前的交直交电力机车谐波和无功含量很低，可以不计。

在本实用新型实施例中，所述m组功率型储能补偿装置各对应相的电流和所述n-m组能量型储能补偿装置各对应相的电流均相等。所述对应相是指各个储能补偿装置有ABC三相，在实际运用中要求各个储能补偿装置的A相、B相和C相的电流分别与三相电力系统的A相、B相和C相的电流对应相等。

在本实用新型实施例中，记三相匹配变压器MT的次边电流分别为i_M1、i_M2和i_M3，当所述第一组储能补偿装置EC₁、所述第二组储能补偿装置EC₂及所述第n组储能补偿装置 EC_n为充放电功能时，控制牵引负荷TL所在相对应的三相匹配变压器MT的次边的两相电流i_M1、i_M2进行能量交换，且另一相电流i_M3为0；

当所述第一组储能补偿装置EC₁、所述第二组储能补偿装置EC₂及所述第n组储能补偿装置EC_n为电能质量补偿时，控制三相匹配变压器MT的次边的三相电流i_M1、i_M2和i_M3进行补偿，且电流i_M1、i_M2和i_M3之和为0；

当所述第一组储能补偿装置EC₁、所述第二组储能补偿装置EC₂及所述第n组储能补偿装置EC_n既有充放电功能又有电能质量补偿时，控制i_M1、i_M2和i_M3为充放电控制电流和同相补偿电流之叠加。

因此，本实用新型实施例依据牵引负荷历史数据并结合储能补偿装置特性，按时间段划分再生制动能量利用区间和消峰区间，功率型储能补偿装置优先工作于再生制动能量利用区间，进行再生制动能量利用，节约能源；能量型储能补偿装置优先工作于削峰区间，进行削峰，降低牵引供电成本。同时，本实用新型实施例有利于优化电气化铁路牵引变电所经济节能运行，从而达到牵引负荷消峰和降低系统运行费用，也能有效利用列车再生制动能量。

一种电气化铁路同相储能供电构造专利购买费用说明

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》。