一种列车再生制动失效抑制装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种列车再生制动失效抑制装置及其控制方法。涉及电气化铁路电能质量控制技术领域。两个单相变流器直流侧与储能装置和支撑电容并联，交流侧与分别于各自供电臂负荷并联；测控单元通过电压互感器和电流互感器获取两个供电臂的牵引网末端电压和馈线电流，来实时控制储能装置和两个单相变流器。以抑制列车再生制动失效为主要目标，当供电臂末端电压超过正常范围时，测控单元控制变流器和储能装置，通过平衡分区所两端供电臂负荷、储存再生制动能量和吸收感性无功来降低末端牵引网电压，进而抑制列车再生制动失效。

A failure suppression device of regenerative braking and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种列车再生制动失效抑制装置及其控制方法
本专利技术涉及电气化铁路领域，特别涉及电气化铁路电能质量控制

技术介绍
保证电气化铁路的电能质量是确保电力机车安全运行的重要条件，而在某些线路供电臂末端电压水平成为制约电能质量的首要问题。随着电力电子交流传动技术的不断发展，我国基本上已经完成了由交直型电力机车到交直交型电力机车的升级，交直交型电力机车可以采用再生制动，反馈再生制动能量，被相邻机车吸收或者回馈三相电网。但有些线路几乎整个供电臂都处于长大坡道，供电臂上大多数电力机车处于再生制动工况，再生制动能量较多，导致了供电臂末端电压升高，超过了电力机车的最大允许电压，出现再生制动失效，列车不得不切除再生制动。另外，过多的再生制动能量反馈电网也会对其造成一定的冲击。对于一些高速或者重载线路，机车取流大，带电概率高，造成了供电臂末端电压较低，影响了机车的正常取流。对于变流器，既可以传递有功功率，也可以传递无功功率，所以在储能装置充满电或者电量低的时候，可以利用变流器传递无功功率来稳定供电臂末端电压。中国专利公开了“一种电气化铁路电能质量综合治理装置控制方法(201210417779.X)”，其目的是“实现电气化铁路负序、谐波和无功的综合治理，并适当降低有源容量，达到改善治理效果和降低成本”。而本专利的目的是抑制列车再生制动失效和支撑网压，虽然结构上有类似的地方，但是控制方法和目的不同。本专利技术提出了一种能够抑制列车再生失效的电气化铁路储能装置，实现稳定供电臂末端电压，并且兼顾吸收再生制动能量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种列车再生制动失效抑制装置，它能有效地解决决因供电臂末端电压过高导致的列车再生制动失效，还可以对末端电压支撑，并兼顾分区所两端供电臂的负荷平衡，提高再生制动能量利用率的技术问题。本专利技术的另一个目的是提供一种列车再生制动失效抑制装置控制方法，它能有效地解决因供电臂末端电压过高导致的列车再生制动失效，还可以对末端电压支撑，并兼顾分区所两端供电臂的负荷平衡，提高再生制动能量利用率的技术问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种列车再生制动失效抑制装置，包括储能装置、支撑电容、变流器a、变流器b、测控单元，在牵引变电所a供电臂的首端设置带电流互感器的馈线a，接触网a的末端设置变流器，变流器的交流侧分别与接触网和钢轨连接，变流器a的交流侧分别与接触网a的中部和钢轨连接，直流侧与储能装置和支撑电容并联；接触网a的末端设置电压互感器a；在牵引变电所b供电臂的首端设置带电流互感器的馈线b，接触网b的末端设置变流器，变流器b的交流侧分别与接触网b的末端和钢轨连接，直流侧与储能装置和支撑电容并联；接触网b末端设置电压互感器b；电流互感器a的测量端、电流互感器b的测量端、电压互感器b的测量端均与测控单元的输入接口连接，测控单元输出接口与储能装置、变流器a、变流器b的控制端相连；测控单元通过电流互感器a、电流互感器b、电压互感器a、电压互感器b实时获取供电臂末端电压、馈线电流，实时控制储能装置、变流器a和变流器b的工作状态。本专利技术的另一个目的是通过以下技术方案来实现的：一种列车再生制动失效抑制装置控制方法，设馈线a和馈线b处电流牵引为正，再生为负；接触网a所在供电臂为供电臂a，接触网b所在供电臂为供电臂b；则存在以下六种状态：(A)、当供电臂a末端电压大于供电臂最大允许电压，同时供电臂b末端电压大于供电臂最大允许电压，且储能装置具有储存电能空间，测控单元控制变流器a和控制变流器b整流，储能装置储存电能，降低接触网a末端电压；若储能装置储存电能已饱和，测控单元控制变流器a和变流器b吸收感性无功，降低接触网a末端电压；(B)、当供电臂a末端电压小于供电臂最小允许电压，同时供电臂b末端电压小于供电臂最小允许电压，且储能装置具备释放电能条件，测控单元控制变流器a和控制变流器b逆变，储能装置释放电能，提高接触网b末端电压；若储能装置的电能已释放完，测控单元控制变流器a和变流器b吸收容性无功，提高接触网b末端电压；(C)、当供电臂a末端电压大于供电臂最大允许电压，同时供电臂b末端电压<供电臂最大允许电压：若馈线a电流+馈线b电流≥0，测控单元控制变流器a整流，变流器b逆变，全部再生制动能量由供电臂a转移到供电臂b；若馈线a电流+馈线b电流<0，测控单元控制变流器a整流，储能装置储存电能，如果储能装置已饱和，测控单元控制变流器a吸收感性无功；(D)、当供电臂b末端电压大于供电臂最大允许电压，同时供电臂a末端电压小于供电臂最大允许电压：若馈线a电流+馈线b电流≥0，则测控单元控制变流器b整流，变流器a逆变，全部再生制动能量由供电臂b转移到供电臂a；若馈线a电流+馈线b电流<0，则测控单元控制变流器b整流，储能装置储存电能，如果储能装置已饱和，则测控单元控制变流器b吸收感性无功；(E)、当供电臂a末端电压小于供电臂最小允许电压，供电臂b末端电压正常时，测控单元控制变流器a逆变，储能装置向供电臂a释放电能；若储能装置电能已释放完，则测控单元控制变流器a逆变，变流器b整流，由供电臂b分担一部分供电臂a的负荷；(F)、当供电臂b末端电压小于供电臂最小允许电压，供电臂a末端电压正常时，测控单元控制变流器b逆变，储能装置向供电臂b释放电能；若储能装置电能已释放完电能，则测控单元控制变流器b逆变，变流器a整流，由供电臂a分担一部分供电臂b的负荷。当两个供电臂的末端电压都处于正常水平时：当馈线a电流+馈线b电流大于基准值时，且馈线a电流大于馈线b电流，测控单元控制变流器a逆变，储能装置释放电能；当馈线a电流+馈线b电流大于基准值时，且馈线a电流小于馈线b电流，测控单元控制变流器b逆变，储能装置释放电能；当馈线a电流+馈线b电流小于基准值时，变流器a、变流器b和储能装置待机。本专利技术的基本工作原理是：通过测量两供电臂的末端电压和馈线电流，控制变流器和储能装置的工作状态，来达到抑制列车再生制动失效的作用，使供电臂末端电压处于正常范围，并且兼顾再生制动能量的利用。设馈线a和馈线b处电流牵引为正，再生为负；基准值由历史牵引负荷电流获得，取往日正常工况下牵引负荷电流的平均值为基准值，取牵引为正，再生制动为负。接触网a所在供电臂为供电臂a，接触网b所在供电臂为供电臂b；当供电臂a末端电压大于供电臂最大允许电压，同时供电臂b末端电压大于供电臂最大允许电压，且储能装置还可以储存电能，测控单元控制变流器a和控制变流器b整流，储能装置储存电能，降低供电臂末端电压；若储能装置不能再储存电能，测控单元控制变流器a和变流器b吸收感性无功，降低供电臂末端电压。当供电臂a末端电压<供电臂最小允许电压，同时供电臂b末端电压小于供电臂最小允许电压，且储能装置具备释放电能条件，测控单元控制变流器a和控制变流器b逆变，储能装置释放电能，提高供电臂末端电压；若储能装置不能再释放电能，测控单元控制变流器a和变流器b吸收容性无功，提高供电臂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种列车再生制动失效抑制装置，包括储能装置(1)、支撑电容(2)、变流器a(3)、变流器b(4)、测控单元(14)，其特征在于：在牵引变电所a(15)供电臂的首端馈线a(5)处设置电流互感器(6)，接触网a(11)的末端设置变流器(3)，变流器(3)的交流侧分别与接触网(4)和钢轨(13)连接，变流器a(3)的交流侧分别与接触网a(11)的中部和钢轨(13)连接，直流侧与储能装置(1)和支撑电容(2)并联；接触网a(11)的末端设置电压互感器a(9)；在牵引变电所b(16)供电臂的首端馈线b(7)处设置电流互感器(8)，接触网b(12)的末端设置变流器(4)，变流器b(4)的交流侧分别与接触网b(12)的末端和钢轨(13)连接，直流侧与储能装置(1)和支撑电容(2)并联；接触网b(12)末端设置电压互感器b(10)；电流互感器a(6)的测量端、电流互感器b(8)的测量端、电压互感器a(9)和电压互感器b(10)的测量端均与测控单元(14)的输入接口连接，测控单元(14)输出接口与储能装置(1)、变流器a(3)、变流器b(4)的控制端相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种列车再生制动失效抑制装置，包括储能装置(1)、支撑电容(2)、变流器a(3)、变流器b(4)、测控单元(14)，其特征在于：在牵引变电所a(15)供电臂的首端馈线a(5)处设置电流互感器(6)，接触网a(11)的末端设置变流器(3)，变流器(3)的交流侧分别与接触网(4)和钢轨(13)连接，变流器a(3)的交流侧分别与接触网a(11)的中部和钢轨(13)连接，直流侧与储能装置(1)和支撑电容(2)并联；接触网a(11)的末端设置电压互感器a(9)；在牵引变电所b(16)供电臂的首端馈线b(7)处设置电流互感器(8)，接触网b(12)的末端设置变流器(4)，变流器b(4)的交流侧分别与接触网b(12)的末端和钢轨(13)连接，直流侧与储能装置(1)和支撑电容(2)并联；接触网b(12)末端设置电压互感器b(10)；电流互感器a(6)的测量端、电流互感器b(8)的测量端、电压互感器a(9)和电压互感器b(10)的测量端均与测控单元(14)的输入接口连接，测控单元(14)输出接口与储能装置(1)、变流器a(3)、变流器b(4)的控制端相连。


2.根据权利要求1所述的一种列车再生制动失效抑制装置，其特征在于：所述测控单元(14)通过电流互感器a(6)、电流互感器b(8)、电压互感器a(9)、电压互感器b(10)实时获取供电臂末端电压、馈线电流，实时控制储能装置(1)、变流器a(3)和变流器b(4)的工作状态。


3.一种列车再生制动失效抑制装置控制方法，设馈线a和馈线b处电流牵引为正，再生为负；接触网a所在供电臂为供电臂a，接触网b所在供电臂为供电臂b；则存在以下六种状态：
(A)、当供电臂a末端电压大于供电臂最大允许电压，同时供电臂b末端电压大于供电臂最大允许电压，且储能装置(1)具有储存电能空间，测控单元(14)控制变流器a(3)和控制变流器b(4)整流，储能装置(1)储存电能，降低接触网a(11)末端电压；若储能装置(1)储存电能已饱和，测控单元(14)控制变流器a(3)和变流器b(4)吸收感性无功，降低接触网a(11)末端电压；
(B)、当供电臂a末端电压小于供电臂最小允许电压，同时供电臂b末端电压小于供电臂最小允许电压，且储能装置(1)具备释放电能条件，测控单元(14)控制变流器a(3)和控制变流器b(4)逆变，储能装置(1)释放电能，提高接触网b(12)末端电压；若...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳守杰，解绍锋，陈利夫，马坚生，邹东，何江海，金辉，黄德亮，刘兰，高劲，欧阳开，宁穗智，何治新，
申请(专利权)人：广州地铁设计研究院股份有限公司，西南交通大学，
类型：发明
国别省市：广东;44