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，涉及电气化铁路牵引供电技术领域，包括牵引变压器、光伏同相储能装置以及设置在牵引馈线上的电流互感器和同相牵引母线上电压互感器；光伏同相储能装置由同相光伏桥臂、电容桥臂及同相储能桥臂组成；牵引变压器采用三相/两相接线形式，网侧接入三相电力系统，其中一相牵引侧绕组直接接入同相牵引母线，另一相牵引侧绕组通过光伏同相储能装置接入同相牵引母线，同相供电母线通过馈线与牵引网相连；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光伏同相储能装置的控制端连接。

权利要求

1.一种电气化铁路同相储能供电系统，包括牵引变压器(1)、光伏同相储能装置(2)以及设置在同相牵引母线(3)上电压互感器(6)和牵引馈线(4)上的电流互感器(7)，电压互感器(6)、电流互感器(7)的测量端分别与测控单元(5)的检测信号输入端连接，其特征在于：光伏同相储能装置(2)由同相光伏桥臂MS1和MS2、电容桥臂C1和C2及同相储能桥臂MT1和MT2组成，同相光伏桥臂MS1和MS2通过串接点L1串联形成SL1支路，电容桥臂C1和C2通过串接点L2串联形成SL2支路，同相储能桥臂MT1和MT2通过串接点L3串联形成SL3支路，支路SL1、支路SL2和支路SL3构成并联电路；牵引变压器(1)为三相/两相接线形式，网侧接入三相电力系统，牵引侧第一绕组a一端接地，另一端与同相牵引母线(3)连接，牵引侧第二绕组b一端与光伏同相储能装置(2)的串接点L1相连，另一端与光伏同相储能装置(2)的串接点L2相连并接地，光伏同相储能装置(2)的串接点L3与同相牵引母线(3)连接，同相牵引母线(3)通过牵引馈线(4)与牵引网相连；测控单元(5)的控制信号输出端分别与光伏同相储能装置(2)的同相光伏桥臂MS1和MS2的控制端及同相储能桥臂MT1和MT2的控制端连接。

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：所述同相光伏桥臂MS1和MS2结构相同，均由n个结构相同的功率光伏模块PM1,PM2,…,PMn与一个电感L串联而成，所述功率光伏模块由两个IGBT器件TP1和TP2串连后与一个电容CP0并联形成的单相半桥结构在电容CP0侧与光伏装置PV并联构成，其中，n≥1。

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：所述同相储能桥臂MT1和MT2结构相同，均由n个结构相同的功率储能模块TM1,TM2,…,TMn与一个电感L串联而成，所述功率储能模块由两个IGBT器件TT1和TT2串连后与一个电容CT0并联形成的单相半桥结构在电容CT0侧与储能装置ESD并联构成，其中，n≥1。

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：所述牵引变压器(1)为SCOTT接线、YNd11或Vv接线。

5.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(6)用于测量同相牵引母线(3)的电压，所述电流互感器(7)用于测量牵引馈线(4)的电流。

6.根据权利要求3所述的一种电气化铁路同相储能供电系统，其特征在于：所述储能装置ESD的储能介质为电磁储能、物理储能或电化学储能中的一种，当S≥SD+PN+PPV，PT＝(S-SD-PN-PPV)/2；其中，PN＞0，PD＞0，PPV≥0。

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

随着电气化铁路高速和重载电力牵引的发展和交直交列车的迅速推广应用，单车功率和运量急剧增加，牵引供电系统出现了负序含量明显、电分相造成的电气暂态突出等新特点，同相供电技术有解决了上述问题，是一种理想的供电方案。然而，电力机车停站减速或下坡时会产生大量再生制动能量，由于其属于非计划内发电，会对电网带来不良影响。采用储能装置对列车再生制动能量加以存储利用，不仅可以减少对公用电网影响，而且可节约能源损耗，平滑牵引负荷波动。因而，在同相供电的基础上增加储能技术，将进一步提升牵引供电的性能。

目前，有基于单相同相供电的储能方案，通过在交流母线上设置储能装置实现同相储能功能，该方案结构简单，优势明显。但当储能装置不足以将负序含量控制在国标范围内时，则需要辅以其它的电能质量治理装置。也有采用交直交同相供电技术的储能方案，通过在交直交变流器的直流母线上设置储能装置。由于同相供电变流器多采用级联拓扑，其直流母线数量比较多，增加了储能装置集成的技术难度和成本，也在一定程度影响了储能装置配置的独立性和灵活性。另外，储能装置大多通过变压器与牵引变所的交流系统耦合，充电和放电过程都存在变压器损耗，降低了再生制动能量的利用率。同时，变压器的占地面积和噪声是另外不可忽视的因素。特别是当变压器为多绕组时变压器，上述问题更为严重。

光伏发电作为一种绿光能源，接入牵引供电系统有利于节能减排，具有一定的经济性。光伏接入同供储能供电系统，并利用储能装置形成光储互补优势，对进一步提高牵引供电系统性能和经济性有重要意义。

如何将储能技术和光伏发电与同相供电结合实施电气化铁路安全可靠节能供电，是业界研究的热点。

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系统，它能有效地解决电气化铁路安全可靠供电的技术问题。

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，包括牵引变压器、光伏同相储能装置以及设置在牵引馈线上的电流互感器和同相牵引母线上电压互感器，电流互感器、电压互感器的测量端分别与测控单元的检测信号输入端连接，光伏同相储能装置由同相光伏桥臂MS1和MS2、电容桥臂C1和C2及同相储能桥臂MT1和MT2组成，同相光伏桥臂MS1和MS2通过串接点L1串联形成SL1支路，电容桥臂C1和C2通过串接点L2串联形成SL2支路，同相储能桥臂MT1和MT2通过串接点L3串联形成SL3支路，支路SL1、支路SL2和支路SL3构成并联电路；牵引变压器为三相/两相接线形式，网侧接入三相电力系统，牵引侧第一绕组a一端接地，另一端与同相牵引母线连接，牵引侧第二绕组b一端与光伏同相储能装置的串接点L1相连，另一端与光伏同相储能装置的串接点L2相连并接地，光伏同相储能装置的串接点L3与同相牵引母线连接，同相牵引母线通过牵引馈线与牵引网相连；测控单元的控制信号输出端分别与光伏同相储能装置的同相光伏桥臂MS1和MS2的控制端及同相储能桥臂MT1和MT2的控制端连接。

所述同相光伏桥臂MS1和MS2结构相同，均由n个结构相同的功率光伏模块PM1,PM2,…,PMn与一个电感L串联而成，所述功率光伏模块由两个IGBT器件TP1和TP2串连后与一个电容 CP0并联形成的单相半桥结构在电容CP0侧与光伏装置PV并联构成，其中，n≥1。

所述同相储能桥臂MT1和MT2结构相同，均由n个结构相同的功率储能模块TM1,TM2,…,TMn与一个电感L串联而成，所述功率储能模块由两个IGBT器件TT1和TT2串连后与一个电容 CT0并联形成的单相半桥结构在电容CT0侧与储能装置ESD并联构成，其中，n≥1。

所述牵引变压器为SCOTT接线、YNd11或Vv接线。

所述电压互感器用于测量同相牵引母线的电压，所述电流互感器用于测量牵引馈线的电流。

所述储能装置ESD的储能介质为电磁储能、物理储能或电化学储能中的一种。

本实用新型的目的需要通过以下技术方案来实现的：已知电网负序功率允许值PN和放电阈值PD，储能装置ESD的额定功率为PESD，所述控制方法包括：测控单元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；根据电压数据和电流数据计算得到牵引负荷有功功率S；获取光伏装置功率PPV；

步骤一：测控单元判断牵引负荷有功功率S是否小于零，如果是，控制n个功率储能模块TM1,TM2,…,TMn充电并控制n个功率光伏模块PM1,PM2,…,PMn待机，否则，进入步骤二；此时，功率储能模块TM1,TM2,…,TMn充电的充电功率为SC，则有：

当-S＜PESD时，SC＝-S；

当-S≥PESD时,SC＝PESD；

步骤二：测控单元判断牵引负荷有功功率S是否小于放电阈值PD+PPV，如果是，控制n 个功率储能模块TM1,TM2,…,TMn待机并控制n个功率光伏模块PM1,PM2,…,PMn发电，否则，进入步骤三；此时，功率光伏模块PM1,PM2,…,PMn发电的发电功率SP为S与PPV二者中的最小值；

步骤三：测控单元判断牵引负荷有功功率S是否小于电网负序功率允许值PN，如果是，控制n个功率储能模块TM1,TM2,…,TMn放电并控制n个功率光伏模块PM1,PM2,…,PMn发电，否则，进入步骤四；此时，功率储能模块TM1,TM2,…,TMn放电的放电功率为SD，则有：

当S＜PESD时，SD＝S；

当S≥PESD时，SD＝PESD；

此时，功率光伏模块PM1,PM2,…,PMn发电的发电功率SP为PPV；

步骤四：测控单元控制n个功率储能模块TM1,TM2,…,TMn放电并控制n个功率光伏模块 PM1,PM2,…,PMn发电，并向牵引侧传递有功功率；此时，功率储能模块TM1,TM2,…,TMn放电的放电功率为SD，功率光伏模块PM1,PM2,…,PMn发电的发功率SP为PPV，向牵引侧传递有功功率为PT，则有：

当S＜PESD时，SD＝S；

当S≥PESD时，SD＝PESD；

当S＜SD+PN+PPV，PT＝0；

当S≥SD+PN+PPV，PT＝(S-SD-PN-PPV)/2；其中，PN＞0，PD＞0，PPV≥0。

所述储能装置ESD的额定功率PESD及放电阈值PD通过负荷有功功率S和光伏功率PPV历史值寻优得到，所述电网负序功率允许值PN由电网容量及电能质量电压不平衡度指标确定。

所述的测控单元包括：

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及光伏装置的功率PPV；

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；

第一模块：用于判断牵引负荷有功功率S是否小于零，如果是，控制n个功率储能模块TM1,TM2,…,TMn充电并控制n个功率光伏模块PM1,PM2,…,PMn待机，否则，进入第二模块；

第二模块：用于判断牵引负荷有功功率S是否小于放电阈值PD+PPV，如果是，控制n个功率储能模块TM1,TM2,…,TMn待机并控制n个功率光伏模块PM1,PM2,…,PMn发电，否则，进入步骤三；

第三模块：用于判断牵引负荷有功功率S是否小于电网负序功率允许值PN，如果是，控制n个功率储能模块TM1,TM2,…,TMn放电并控制n个功率光伏模块PM1,PM2,…,PMn发电，否则，进入步骤四；

第四模块：用于控制n个功率储能模块TM1,TM2,…,TMn放电并控制n个功率光伏模块 PM1,PM2,…,PMn发电，并向牵引侧传递有功功率。

本实用新型与现有技术相比的优点和效果：

一、取消牵引侧匹配变压器，降低了充电和放电过程中的变压器损耗，提高了再生制动能量的利用率；

二、模块化构造有利于光伏和储能装置配置的独立性、灵活性、可扩展性和冗余备份；

三、本实用新型技术先进，易于实施。

附图说明

图1是本实用新型的第一种电气化铁路同相储能供电系统结构示意图。

图2是本实用新型的第二种电气化铁路同相储能供电系统结构示意图。

图3是本实用新型的第三种电气化铁路同相储能供电系统结构示意图。

图4是本实用新型实施例示出的一种同相光伏桥臂结构示意图。

图5是本实用新型实施例示出的一种同相储能桥臂结构示意图。

图6是本实用新型实施例示出的一种同相供电桥臂结构示意图。

图7是本实用新型的测控单元结构框图。

附图标记：1—牵引变压器，1a—牵引变压器的牵引侧第一绕组a，1b—牵引变压器的牵引侧第二绕组b,2—光伏同相储能装置，3—同相牵引母线，4—牵引馈线，5—测控单元， 6—电压互感器，7—电流互感器。

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，包括牵引变压器1、光伏同相储能装置2以及设置在同相牵引母线3上电压互感器6和牵引馈线4上的电流互感器7，电压互感器6、电流互感器7的测量端分别与测控单元5的检测信号输入端连接，其特征在于：光伏同相储能装置2由同相光伏桥臂MS1和MS2、电容桥臂C1和C2及同相储能桥臂 MT1和MT2组成，同相光伏桥臂MS1和MS2通过串接点L1串联形成SL1支路，电容桥臂C1和C2通过串接点L2串联形成SL2支路，同相储能桥臂MT1和MT2通过串接点L3串联形成SL3支路，支路SL1、支路SL2和支路SL3构成并联电路；牵引变压器1为三相/两相接线形式，网侧接入三相电力系统，牵引侧第一绕组a一端接地，另一端与同相牵引母线3连接，牵引侧第二绕组b一端与光伏同相储能装置2的串接点L1相连，另一端与光伏同相储能装置2的串接点L2相连并接地，光伏同相储能装置2的串接点L3与同相牵引母线3连接，同相牵引母线3通过牵引馈线4与牵引网相连；测控单元5的控制信号输出端分别与光伏同相储能装置2的同相光伏桥臂MS1和MS2的控制端及同相储能桥臂MT1和MT2的控制端连接。

作为优选，牵引变压器1采用SCOTT接线，如图1所示；作为另一种优选，牵引变压器1采用单三相组合式接线，如图2所示；作为又一种优选，牵引变压器1采用Vv接线，如图3所示；除此外，牵引变压器1还可以连接成Vx接线等方式。

作为优选，同相光伏桥臂MS1和MS2结构相同，均由n个结构相同的功率光伏模块PM1,PM2,…,PMn与一个电感L串联而成，所述功率光伏模块由两个IGBT器件TP1和TP2串连后与一个电容CP0并联形成的单相半桥结构在电容CP0侧与光伏装置PV并联构成，如图4所示，其中，n≥1。

作为优选，同相储能桥臂MT1和MT2结构相同，均由n个结构相同的功率储能模块TM1,TM2,…,TMn与一个电感L串联而成，所述功率储能模块由两个IGBT器件TT1和TT2串连后与一个电容CT0并联形成的单相半桥结构在电容CT0侧与储能装置ESD并联构成，如图5所示，其中，n≥1。本实施例中，储能装置ESD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，作为一种特例，当光伏装置PV的功率为零或不含光伏装置PV时，同相光伏桥臂MS1和MS2转化为同相供电桥臂，如图6所示，此时该桥臂仅可传递功率，无发电功能。

需要说明的是，当储能装置ESD的储能介质为超级电容等宽电压范围时，需配置DC/DC 直流/直流变换器，以稳定功率储能模块TM1,TM2,…,TMn电容CT0侧直流电压规定范围内，即储能装置ESD由储能介质和DC/DC变换器构成，并通过DC/DC与电容CT0构成并联。

作为优选，电压互感器6用于测量同相供电母线3的电压，电流互感器7用于测量馈线4的电流。

测控单元5经电压互感器6和电流互感器7测得牵引负荷功率S，据此对光伏同相储能装置2进行控制，利用再生制动能量、负荷消峰和电能质量控制。

实施例2

如图7所示，本实施例提供一种用于实现实施例2所述的测控单元，包括：

数据获取模块：用于获取电压互感器6和电流互感器7传送的电压数据和电流数据及光伏装置的功率PPV；

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；

第一模块：用于判断牵引负荷有功功率S是否小于零，如果是，控制n个功率储能模块TM1，TM2，…，TMn充电并控制n个功率光伏模块PM1,PM2,…,PMn待机，否则，进入第二模块；

第二模块：用于判断牵引负荷有功功率S是否小于放电阈值PD+PPV，如果是，控制n个功率储能模块TM1，TM2，…，TMn待机并控制n个功率光伏模块PM1,PM2,…,PMn发电，否则，进入步骤三；

第三模块：用于判断牵引负荷有功功率S是否小于电网负序功率允许值PN，如果是，控制n个功率储能模块TM1，TM2，…，TMn放电并控制n个功率光伏模块PM1,PM2,…,PMn发电，否则，进入步骤四；

第四模块：用于控制n个功率储能模块TM1，TM2，…，TMn放电并控制n个功率光伏模块PM1,PM2,…,PMn发电，并向牵引侧传递有功功率。

需要说明的是，当光伏装置PV的功率为零或不含光伏装置PV时，则本实施例中光伏功率PPV为零。

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》。