专利摘要

专利摘要

本实用新型提供了一种用于电气化铁路困难线路的能量协调系统，用于解决电气化铁路的困难线路闸瓦磨耗、性能下降的问题。所述能量协调系统通过高压柜将功率组件接入牵引网，再通过功率组件根据牵引网的电压值实现电气化铁路困难线路多余能量的储存和释放。本实用新型的能量协调系统能够完全吸收列车回馈电网的多余能量，避免局部牵引网压上升引起系统保护，减小制动闸瓦磨耗，且可以避免长时采用制动电阻耗能引起的隧道升温；同时，在列车上坡时释放储存的能量，补偿牵引网压跌落；在牵引网出现故障时，可以使列车实现自救。所述能量协调系统就近布置在地面，减小了车重和空间占用，且不需采用额外设计生产的设备，缩短了设计和生产周期，有效降低了成本。

权利要求

1.一种用于电气化铁路困难线路的能量协调系统，所述电气化铁路线路包括牵引网，其特征在于，所述能量协调系统包括：高压柜、功率组件；其中，

所述高压柜一端接入牵引网，另一端与功率组件连接，用于实现牵引网高压侧的通断、电压和电流的检测和保护；

所述功率组件用于根据牵引网的电压值实现所述电气化铁路困难线路多余能量的储存和释放。

2.根据权利要求1所述的能量协调系统，其特征在于，所述能量协调系统就近安装于困难线路旁的地面。

3.根据权利要求1所述的能量协调系统，其特征在于，所述能量协调系统包含多组功率组件，多组功率组件根据实际能量和功率需求做并联处理，所述多组功率组件采用集成模块式设计。

4.根据权利要求1至3任一项所述的能量协调系统，其特征在于，所述功率组件包括变压器、脉宽调制PWM变流器和储能模块；其中，

所述变压器与所述PWM变流器相连，为单相变压器，用于牵引网电压上升时维持功率组件的电压稳定，并用于牵引网电压降低时维持牵引网的电压稳定；

所述PWM变流器与所述储能模块相连，用于当牵引网存在多余能量时向直流母线传输多余能量储存于所述储能模块中，并用于当牵引网能量不足时将所述储能模块释放的多余能量传输给所述牵引网；

所述储能模块与所述PWM变流器相连，用于储存牵引网中的多余能量，并用于当牵引网能量不足时通过所述PWM变流器和所述变压器向所述牵引网释放能量。

5.根据权利要求4所述的能量协调系统，其特征在于，所述变压器和所述PWM变流器使用既有的车载变压器模块和PWM变流器模块。

6.根据权利要求4所述的能量协调系统，其特征在于，所述变压器与PWM变流器的相连，进一步为，所述变压器采用1个原边和至少1个副边的连接方式，每个副边对应1个PWM变流器；当所述副边为2个或2个以上时，所述PWM变流器为2个或2个以上，所述PWM变流器根据直流母线等级和功率的情况做串联或并联处理。

7.根据权利要求4所述的能量协调系统，其特征在于，所述PWM变流器与所述储能模块相连，进一步为，所述储能模块直接连接到直流母线上，或通过DC/DC变换器连接到直流母线上，从而与PWM变流器相连。

8.根据权利要求7所述的能量协调系统，其特征在于，所述储能模块包括多个储能子模块，每个储能子模块与一个DC/DC变换器构成一个组合；所述通过DC/DC变换器连接到直流母线上的方式包括：通过一个组合进行连接；或通过两个组合串联的模式进行连接。

9.根据权利要求8所述的能量协调系统，其特征在于，所述DC/DC变换器的电路拓扑采用两电平或多电平电压型双向DC/DC变换器。

10.根据权利要求1-3任一项所述的能量协调系统，其特征在于，所述能量协调系统还包括一个补偿模块，所述补偿模块同时与所述牵引网和所述功率组件相连，用于当牵引网出现功率因数偏低或者谐波过大时，对功率组件进行率因数调节和谐波抵消。

说明书

技术领域

本实用新型属于轨道交通电气化领域，具体涉及用于电气化铁路困难线路的能量协调系统。

背景技术

随着轨道交通的快速发展，电气化铁路占比越来越高。在电气化铁路中，电力牵引系统的基本构成包括牵引供电所、牵引网、车载牵引变压器、车载PWM整流器、车载牵引逆变器和牵引电机等。牵引时，能量从牵引网向电机流动，由于牵引网阻抗的关系，牵引网电压随着牵引功率的上升有所下降；制动或者下坡恒速时，能量从电机向牵引网流动，此时如果回馈的能量没有被完全吸收，则有可能造成牵引网电压上升而引起牵引系统保护。

在川藏、兰新等横跨高海拔山脉的电气化铁路中，由于地势地貌等因素，存在许多长大坡道、高山隧道等条件困难线路，对列车牵引和制动性能带来极大的挑战。列车上坡牵引时，随着牵引功率的上升，牵引网流增大而容易造成网压跌落，影响牵引性能。同时，列车下坡时需要制动，极易造成制动闸瓦过度磨耗等问题。当前，针对困难线路下坡制动中出现的问题，通常采用低速下坡或循环制动等模式。但是，低速下坡或循环制动，一方面仍然无法避免闸瓦磨耗和闸瓦升温的问题，另一方面，使得列车在长大坡道上车速降低太多，运行性能下降。

现有技术中，在困难线路中通过尽可能采用牵引电机回馈制动的方式来维持列车运行性能，但是这种方式虽然可以减少闸瓦的投入，但电气制动产生的能量太大，容易造成局部牵引网过压而造成系统保护；通过采用斩波电阻吸收能量来解决能量过大的问题，但存在两个问题：一方面造成了制动能量的极大浪费，另一方面在长隧道中容易造成隧道温度上升，进而影响周边环境。另外，在高海拔山脉列车运行过程中，由于各种原因出现供电故障时，若列车停靠于隧道内将会大大增加救援难度，且等待救援的时间也很难把控。为了解决制动能量的吸收和循环利用问题，有些列车采用增加车载储能系统的方式，虽然能够实现一定能量的吸收利用，但由于空间重量受限，无法解决困难线路尤其长大坡道下能量吸收的问题，而且会增加列车的重量、空间占用和成本。

实用新型内容

为了提高电气化铁路在困难线路的运行工况，克服闸瓦磨耗、性能下降的问题，本实用新型提供了一种

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。

本实用新型提供了一种用于电气化铁路困难线路的能量协调系统，所述电气化铁路线路包括牵引网，所述能量协调系统包括：高压柜、功率组件；其中，

所述高压柜一端接入牵引网，另一端与功率组件连接，用于实现牵引网高压侧的通断、电压和电流的检测和保护；

所述功率组件用于根据牵引网的电压值实现所述电气化铁路困难线路多余能量的储存和释放。

上述方案中，所述能量协调系统就近安装于困难线路旁的地面。

上述方案中，所述能量协调系统包含多组功率组件，多组功率组件根据实际能量和功率需求做并联处理，所述多组功率组件采用集成模块式设计。

上述方案中，所述功率组件包括变压器、脉宽调制PWM变流器和储能模块；其中，

所述变压器与所述PWM变流器相连，为单相变压器，用于牵引网电压上升时维持功率组件的电压稳定，并用于牵引网电压降低时维持牵引网的电压稳定；

所述PWM变流器与所述储能模块相连，用于当牵引网存在多余能量时向直流母线传输多余能量储存于所述储能模块中，并用于当牵引网能量不足时将所述储能模块释放的多余能量传输给所述牵引网；

所述储能模块与所述PWM变流器相连，用于储存牵引网中的多余能量，并用于当牵引网能量不足时通过所述PWM变流器和所述变压器向所述牵引网释放能量。

上述方案中，所述变压器和所述PWM变流器使用既有的车载变压器模块和PWM变流器模块。

上述方案中，所述变压器与PWM变流器的相连，进一步为，所述变压器采用1个原边和至少1个副边的连接方式，每个副边对应1个PWM变流器；当所述副边为2个或2个以上时，所述PWM变流器为2个或2个以上，所述PWM变流器根据直流母线等级和功率的情况做串联或并联处理。

上述方案中，所述PWM变流器与所述储能模块相连，进一步为，所述储能模块直接连接到直流母线上，或通过DC/DC变换器连接到直流母线上，从而与PWM变流器相连。

上述方案中，所述储能模块包括多个储能子模块，每个储能子模块与一个DC/DC变换器构成一个组合；所述通过DC/DC变换器连接到直流母线上的方式包括：通过一个组合进行连接；或通过两个组合串联的模式进行连接。

上述方案中，所述DC/DC变换器的电路拓扑采用两电平或多电平电压型双向DC/DC变换器。

上述方案中，所述能量协调系统还包括一个补偿模块，所述补偿模块同时与所述牵引网和所述功率组件相连，用于当牵引网出现功率因数偏低或者谐波过大时，对功率组件进行率因数调节和谐波抵消。

由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例的用于电气化铁路困难线路的能量协调系统，通过高压柜将功率组件接入牵引网，再通过功率组件根据牵引网的电压值实现电气化铁路困难线路多余能量的储存和释放。本实用新型的能量协调系统能够完全吸收列车回馈电网的多余能量，避免局部牵引网压上升引起系统保护，减小制动闸瓦磨耗，且可以避免长时采用制动电阻耗能引起的隧道升温；同时，在列车上坡时释放储存的能量，补偿牵引网压跌落；在牵引网出现故障时，可以使列车实现自救。所述能量协调系统就近布置在地面，减小了车重和空间占用，且不需采用额外设计生产的设备，缩短了设计和生产周期，有效降低了成本。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例用于电气化铁路困难线路的能量协调系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述能量协调系统功率组件的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且实施例并不构成对本实用新型内容的限定。

实施例

本实施例提供了一种用于电气化铁路困难线路的能量协调系统，所述电气化铁路线路包括牵引网1。图1所示为所述能量协调系统结构示意图。如图1所示，所述能量协调系统包括：高压柜2、功率组件3。

其中，所述高压柜1一端接入牵引网1，另一端与功率组件3连接，用于实现牵引网1高压侧的通断、电压和电流的检测和保护；所述功率组件3用于根据牵引网1的电压值实现所述电气化铁路困难线路多余能量的储存和释放。

进一步地，如图1所示，所述功率组件3包括变压器31、脉宽调制(Pluse Width Modulation,PWM)变流器32和储能模块33，所述变压器31与所述PWM变流器32相连，为单相变压器，用于牵引网1电压上升时维持功率组件3的电压稳定，并用于牵引网1电压降低时维持牵引网1的电压稳定；

所述PWM变流器32与所述储能模块33相连，用于当牵引网1存在多余能量时向直流母线传输多余能量储存于所述储能模块中，并用于当牵引网1能量不足时将所述储能模块释放的多余能量传输给所述牵引网；

所述储能模块33与所述PWM变流器32相连，用于储存牵引网1中的多余能量，并用于当牵引网能量不足时通过所述PWM变流器32和所述变压器31向所述牵引1网释放能量。

优选地，所述变压器31和所述PWM变流器32使用既有的车载变压器模块和PWM变流器模块。

进一步地，所述能量协调系统包含多组功率组件3，多组功率组件3根据实际能量和功率需求做并联处理。优选地，所述功率组件3采用集成模块式设计。

进一步地，所述变压器31与PWM变流器32的相连，具体为，所述变压器31采用1个原边至少1个副边的连接方式，每个副边对应1个PWM变流器32。当所述副边为2个或2个以上时，所述PWM变流器32为2个或2个以上，所述变流器32根据直流母线等级和功率的情况做串联或并联处理。

进一步地，所述PWM变流器32通过直流母线与所述储能模块33相连。所述储能模块直接连接到直流母线上，或通过DC/DC变换器连接到直流母线上。优选地，所述储能模块包括多个储能子模块。所述通过DC/DC变换器连接到直流母线上的方式包括：通过一个组合进行连接；或通过两个组合串联的模式进行连接，以减小储能子模块的耐压等级。优选地，所述储能子模块采用电池、超级电容、赝电容中的一种或多种。

下面通过一个具体实例对本发明作进一步详细的说明。

本具体实例中，提供了一种用于电气化铁路困难线路的能量协调系统，所述电气化铁路困难线路包括牵引网，所述能量协调系统包括：高压柜2，功率组件3。

其中，所述高压柜2与所述高压柜1一端接入牵引网1，另一端与功率组件3连接，用于实现牵引网1高压侧的通断、电压和电流的检测和保护；所述功率组件3用于实现所述电气化铁路困难线路多余能量的储存和释放。

图2所示为所述功率组件3的结构示意图。如图2所示，所述功率组件3包括变压器31，PWM变流器32，储能模块33，其中，所述变压器31为单相变压器，包括一个原边、两个副边，其中两个副边各对应一个PWM变流器(321，322)，PWM变流器321和PWM变流器322采用并联方式连接。所述储能模块33Ⅰ直接与直流母线相连，从而与PWM变流器相连，通过PWM变流器32直接控制储能模块33Ⅰ充放电电压和电流；储能模块33Ⅱ中的储能子模块3311通过DC/DC变换器3321与直流母线相连，储能模块33Ⅲ中的储能子模块3312通过DC/DC变换器3322与直流母线相连，从而与PWM变流器32相连，通过DC/DC变换器3321/3322(两者合并标号为332)控制储能子模块3311/3312(两者合并标号为331)的充放电。储能模块33Ⅰ和储能模块33Ⅱ/储能模块33Ⅲ作为两种储能模块与PWM变流器相连的方式，可以同时存在于同一个能量协调系统中，也可以分别单独存在于能量协调系统中。另外，储能模块33Ⅱ和储能模块33Ⅲ作为同一种连接到直流PWM变换器的方式，也可以同时存于同一个能量协调系统中，也可以分别单独存在于能量协调系统中。优选地，当存在两组DC/DC变换器连接储能模块和PWM变换器时，两个组合采用串联，以减小储能子模块的耐压等级。所述DC/DC变换器332的电路拓扑采用但不限于采用两电平或多电平电压型双向DC/DC变换器。

当所述能量协调系统应用于电气化铁路的困难线路时，优选地就近安装在困难线路旁的地面，与牵引网进行电连接，例如，安装在长大坡道旁的地面。当列车运行于所述困难线路时，所述能量协调系统的工作过程如下：

当列车需要向电网回馈能量时(此时列车处于制动模式或持续下坡的恒速等模式)，牵引网1电压上升，变压器31工作在降压状态，通过PWM变流器32向直流母线传输能量，然后直流母线直接或者通过DC/DC变换器332向储能单元331充电，此时多余的能量储存在储能模块33/331中。例如，在列车运行于长大坡道下行工况时，所述能量协调系统对多余列车回馈的能量进行回收，抑制牵引网压超过上限，避免造成牵引系统保护，维持列车运行性能。此时，可以减少或者不适用车载制动电阻，避免造成能源浪费、引起隧道温升、破坏周边环境。

当列车处于上坡牵引模式时，牵引网1电压容易跌落，此时储能模块331通过DC/DC变换器332和PWM变流器32释放能量，变压器31工作在升压状态，向牵引网1提供电压，维持网压稳定。例如，在列车运行于长大坡道上行工况时，牵引网压容易出现跌落，所述能量协调系统将回收能量释放回馈牵引网，适当补偿电压跌落，让列车维持上坡状态下的牵引性能。

通过检测牵引网1的电压和负载电流，分析得到牵引网的无功和谐波含量，然后通过PWM变流器32的控制，可以在牵引网1中注入对应的相反含量，进而实现无功补偿和谐波抵消，提高就近牵引网1的电能质量。当牵引网出现功率因数偏低或者谐波过大时，在协调系统中加入相应的补偿算法，实现功率因数调节和谐波抵消。

另外，当远端供电网出现故障造成供电中断时，尤其是列车在隧道中运行时，能量协调系统可进行应急供电，让列车实现自救。

通过以上技术方案可以看出，本实用新型的用于电气化铁路的能量协调系统，通过高压柜将功率组件接入牵引网，能够完全吸收列车回馈电网的多余能量，避免局部牵引网压上升引起系统保护，让列车在困难线路尤其是长大坡道下坡状态下长期维持恒速或较高速度，减小制动闸瓦磨耗，且可以避免长时采用制动电阻耗能引起的隧道升温；同时，在列车上坡时释放储存的能量，补偿牵引网压跌落，让列车维持上坡状态下的牵引性能。通过改变系统控制模式，在不改变系统主回路的情况下，实现牵引网的功率因数补偿和谐波抵消；多个集成式功率组件的移相控制，实现低开关频率低损耗下能量协调系统牵引网侧的电流谐波；并且，在牵引网出现故障时，可以就近提供应急供电，让列车实现自救。所述能量协调系统就近布置在地面，不仅减小了车重和空间占用，减少储能单元数量和总容量，节约了成本；而且实现了多列车之间的能量协调调度，达到能量使用的循环最优；同时，由于布置在地面的关系，减低了能量协调系统的安装、维护维修成本和周期。所述变压器、PWM变流器均可使用车载电力牵引系统组件，不需采用额外设计生产的设备，缩短了设计和生产周期，可有效降低成本；所述能量协调系统结构紧凑、易搭建，控制技术实现风险小。另外，在储能装置容量饱和时，所述能量协调系统可辅助线路区段其他设备供电、节约能源。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

一种用于电气化铁路困难线路的能量协调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》。