一种电气化铁路功率平衡协同柔性过分相装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及本发明专利技术涉及交流电气化铁路供电技术领域，特别涉及一种电气化铁路功率平衡协同柔性过分相装置及控制方法。装置包括储能装置、列车位置监测装置和功率调节装置，功率调节装置包括由3个共直流母线的单相变流器VSC1、VSC2、VSC3所组成的三端口变流器，以及相应的相匹配变压器、电流互感器、电压互感器、隔离开关和断路器；第二匹配变压器原边绕组的一端经电流互感器、断路器和隔离开关与中性区的接触网相连接，第二匹配变压器的次边绕组与第二变流器的交流侧经断路器相连。本发明专利技术适用于各种牵引供电方式下的相邻牵引变电所间功率平衡调配功能，同时适用于各种交直型或交直交型电力机车的柔性过分相功能，结构简单控制方法可靠，易于实施。

【技术实现步骤摘要】
一种电气化铁路功率平衡协同柔性过分相装置及控制方法
本专利技术涉及本专利技术涉及交流电气化铁路供电
，特别涉及一种电气化铁路功率平衡协同柔性过分相装置及控制方法。
技术介绍
我国电气化铁路普遍采用单相工频交流制，牵引负荷本质上作为一种单相电力负荷，具有单相不对称性。因此电气化铁路往往采用牵引变压器换相联接、分区供电的方案，在分相、分区供电处设置电分相，形成中性区用于供电臂之间的电气隔离。由于电分相本质上属于无电区段，电力机车在过分相时会造成列车运行速度降低和牵引力损失，且过分相装置动作频繁，在动作过程中易产生较大的操作过电压和过电流，存在寿命与可靠性等多方面问题，严重影响列车的供电可靠性与安全稳定运行，理论和实践表明，电分相是牵引供电系统中最薄弱的环节。此外由于电分相的存在，导致牵引网被逐段划分为独立的供电臂，不能实现贯通供电，使得牵引变电所之间难以进行站间能量调度，且牵引负荷波动剧烈，因此各牵引变电所的最大需量难以降低，进一步导致牵引变压器等供电设备的容量利用率以及电力机车的再生能量回馈利用率较低，造成了大量不必要的浪费。现有技术中，专利技术专利《一种柔性自动过分相系统及其控制方法》(公开号CN110626220A)虽然给出了一种柔性自动过分相系统和控制方法，但是该方案实现柔性过分相功能，在地面自动过分相装置的基础上，额外增加了一套三端变流器，结构较为复杂。在控制策略上，储能装置仅作为一个故障备用电源，在正常运行时并不投入为中性区进行供电，储能装置的利用率较低。
技术实现思路
r>本专利技术目的在于，对现有的柔性自动过分相系统的结构和控制策略均进行了改进，简化了电路结构，并优化了控制策略，提出了一种电气化铁路功率平衡协同柔性过分相装置及控制方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种电气化铁路功率平衡协同柔性过分相装置，包括储能装置、列车位置监测装置和功率调节装置，所述功率调节装置包括由3个共直流母线的单相变流器VSC1、VSC2、VSC3所组成的三端口变流器，3台单相匹配变压器T1、T2、T3，3个电流互感器CT1、CT2、CT3和3个电压互感器VT1、VT2、VT3，以及3个隔离开关QS1、QS2、QS3和6个断路器QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF6；第一匹配变压器T1原边绕组的一端经电流互感器CT1、断路器QF1和隔离开关QS1，与供电臂A所属区段的接触网相连接，所述第一匹配变压器T1原边绕组的另一端与钢轨相连接，第一匹配变压器T1的次边绕组与第一变流器VSC1的交流侧经断路器QF4相连；第二匹配变压器T2原边绕组的一端经电流互感器CT2、断路器QF2和隔离开关QS2，与中性区的接触网相连接，所述第二匹配变压器T2原边绕组的另一端与钢轨相连接，第二匹配变压器T2的次边绕组与第二变流器VSC2的交流侧经断路器QF5相连；第三匹配变压器T3原边绕组的一端经电流互感器CT3、断路器QF3和隔离开关QS3，与供电臂B所属区段的接触网相连接，所述第三匹配变压器T3原边绕组的另一端与钢轨相连接，第三匹配变压器T3的次边绕组与第三变流器VSC3的交流侧经断路器QF6相连；电压互感器VT1、VT2、VT3分别接于单相匹配变压器T1、T2、T3的原边绕组的端口处；单相变流器VSC1、VSC2和VSC3与储能装置的直流侧分别经支撑电容相并联。作为本专利技术的优选方案，所述列车位置监测装置包括安装在钢轨两侧的列车位置监测传感器CG1、CG2、CG3和CG4，用于检测当前运行在线路上列车的位置，以及列车运行方向。作为本专利技术的优选方案，还包括综合测控装置，所述综合测控装置包括控制器CD，其中，控制器CD的信号输入端分别与牵引变电所A、B的出口处连接，用于获取牵引变电所A和B的输出电流信号和输出电压信号；所述控制器CD的信号输入端还分别连接了电流互感器CT1、CT2、CT3和电压互感器VT1、VT2、VT3，用于获取匹配变压器T1原边绕组对应区段接触网的感应电流和感应电压；所述控制器CD的信号输入端还与所述列车位置监测装置连接，用于获取列车的位置以及列车运行方向；控制器CD的信号输出端分别与所述功率调节装置的控制端以及所述储能装置的控制端相连，根据获取的信号控制所述功率调节装置和所述储能装置的工作状态。基于相同的构思，还提出一种控制方法，上述装置工作于功率平衡工况或者柔性过分相工况，当无列车过分相时，所述装置工作于功率平衡工况，当列车位置监测装置检测到有列车过分相时，所述装置工作于柔性过分相工况。作为本专利技术的优选方案，所述装置工作于功率平衡工况具体包括以下步骤：A1，隔离开关QS1、QS3和断路器QF1、QF3、QF4、QF6处于闭合状态，隔离开关QS2和断路器QF2、QF5断开，功率调节装置投入第一变流器VSC1和第三变流器VSC3运行，第二变流器VSC2处于停机状态；A2，综合测控装置通过获取牵引变电所A和牵引变电所B出口处所设置的电流互感器CTA、CTB以及电压互感器VTA、VTB，分别得到牵引变电所A和牵引变电所B的输出电流信号和输出电压信号，根据所述输出电流信号和输出电压信号计算得出中性区相邻两侧供电臂A和供电臂B之间的实时负荷功率；A3，根据所述实时负荷功率，控制功率调节装置分别经第一匹配变压器T1和第三匹配变压器T3进行供电臂A和供电臂B之间的功率潮流调配。作为本专利技术的优选方案，步骤A3具体包括以下步骤：中性区相邻两侧供电臂A和供电臂B之间的实时负荷功率分别为SA和SB，当SA＜SB时，综合测控装置控制第一变流器VSC1处于整流状态，同时控制第三变流器VSC3处于逆变状态，并由第一变流器VSC1从供电臂A经第三变流器VSC3传递大小为|SA-SB|/2的功率潮流至供电臂B一侧；当SA＞SB时，综合测控装置控制第一变流器VSC1处于逆变状态，同时控制第三变流器VSC3处于整流状态，并由第三变流器VSC3从供电臂B，经第一变流器VSC1传递大小为|SA-SB|/2的功率潮流至供电臂A一侧。作为本专利技术的优选方案，所述装置工作于功率平衡工况，还包括以下步骤：A4，实时检测供电臂A和供电臂B上是否存在再生制动能量回馈，当有再生制动能量回馈且储能装置未达到额定容量时，综合测控装置控制储能装置进行充电，将再生制动能量存储到所述储能装置；当储能装置持续充电并达到额定容量时，综合测控装置控制储能装置停止充电。作为本专利技术的优选方案，所述装置工作于柔性过分相工况具体包括以下步骤：A5，闭合隔离开关QS2和断路器QF2、QF5，使得功率调节装置的第二变流器VSC2运行；综合测控装置控制第一变流器VSC1经第一匹配变压器T1从供电臂A获取电能，并且综合测控装置控制第三变流器VSC3经第三匹配变压器T3从供电臂B获取电能；同时综合测控装置控制储能装置释放电能，将先前储存的再生能量通过第二变流器VSC2经第二匹配变压器T2向中性区接触网进行供电。作为本专利技术的优选方案，步骤A5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电气化铁路功率平衡协同柔性过分相装置，包括储能装置、列车位置监测装置和功率调节装置，其特征在于，所述功率调节装置包括由3个共直流母线的单相变流器VSC1、VSC2、VSC3所组成的三端口变流器，3台单相匹配变压器T1、T2、T3，3个电流互感器CT1、CT2、CT3和3个电压互感器VT1、VT2、VT3，以及3个隔离开关QS1、QS2、QS3和6个断路器QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF6；/n第一匹配变压器T1原边绕组的一端经电流互感器CT1、断路器QF1和隔离开关QS1，与供电臂A所属区段的接触网相连接，所述第一匹配变压器T1原边绕组的另一端与钢轨相连接，第一匹配变压器T1的次边绕组与第一变流器VSC1的交流侧经断路器QF4相连；/n第二匹配变压器T2原边绕组的一端经电流互感器CT2、断路器QF2和隔离开关QS2，与中性区的接触网相连接，所述第二匹配变压器T2原边绕组的另一端与钢轨相连接，第二匹配变压器T2的次边绕组与第二变流器VSC2的交流侧经断路器QF5相连；/n第三匹配变压器T3原边绕组的一端经电流互感器CT3、断路器QF3和隔离开关QS3，与供电臂B所属区段的接触网相连接，所述第三匹配变压器T3原边绕组的另一端与钢轨相连接，第三匹配变压器T3的次边绕组与第三变流器VSC3的交流侧经断路器QF6相连；/n电压互感器VT1、VT2、VT3分别接于单相匹配变压器T1、T2、T3的原边绕组的端口处；单相变流器VSC1、VSC2和VSC3与储能装置的直流侧分别经支撑电容相并联。/n...

【技术特征摘要】
1.一种电气化铁路功率平衡协同柔性过分相装置，包括储能装置、列车位置监测装置和功率调节装置，其特征在于，所述功率调节装置包括由3个共直流母线的单相变流器VSC1、VSC2、VSC3所组成的三端口变流器，3台单相匹配变压器T1、T2、T3，3个电流互感器CT1、CT2、CT3和3个电压互感器VT1、VT2、VT3，以及3个隔离开关QS1、QS2、QS3和6个断路器QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF6；
第一匹配变压器T1原边绕组的一端经电流互感器CT1、断路器QF1和隔离开关QS1，与供电臂A所属区段的接触网相连接，所述第一匹配变压器T1原边绕组的另一端与钢轨相连接，第一匹配变压器T1的次边绕组与第一变流器VSC1的交流侧经断路器QF4相连；
第二匹配变压器T2原边绕组的一端经电流互感器CT2、断路器QF2和隔离开关QS2，与中性区的接触网相连接，所述第二匹配变压器T2原边绕组的另一端与钢轨相连接，第二匹配变压器T2的次边绕组与第二变流器VSC2的交流侧经断路器QF5相连；
第三匹配变压器T3原边绕组的一端经电流互感器CT3、断路器QF3和隔离开关QS3，与供电臂B所属区段的接触网相连接，所述第三匹配变压器T3原边绕组的另一端与钢轨相连接，第三匹配变压器T3的次边绕组与第三变流器VSC3的交流侧经断路器QF6相连；
电压互感器VT1、VT2、VT3分别接于单相匹配变压器T1、T2、T3的原边绕组的端口处；单相变流器VSC1、VSC2和VSC3与储能装置的直流侧分别经支撑电容相并联。


2.如权利要求1所述的一种电气化铁路功率平衡协同柔性过分相装置，其特征在于，所述列车位置监测装置包括安装在钢轨两侧的列车位置监测传感器CG1、CG2、CG3和CG4，用于检测当前运行在线路上列车的位置，以及列车运行方向。


3.如权利要求2所述的一种电气化铁路功率平衡协同柔性过分相装置，其特征在于，还包括综合测控装置，
所述综合测控装置包括控制器CD，其中，控制器CD的信号输入端分别与牵引变电所A、B的出口处连接，用于获取牵引变电所A和B的输出电流信号和输出电压信号；所述控制器CD的信号输入端还分别连接了电流互感器CT1、CT2、CT3和电压互感器VT1、VT2、VT3，用于获取匹配变压器T1原边绕组对应区段接触网的感应电流和感应电压；所述控制器CD的信号输入端还与所述列车位置监测装置连接，用于获取列车的位置以及列车运行方向；控制器CD的信号输出端分别与所述功率调节装置的控制端以及所述储能装置的控制端相连，根据获取的信号控制所述功率调节装置和所述储能装置的工作状态。


4.一种电气化铁路功率平衡协同柔性过分相装置控制方法，其特征在于，如权利要求1-3任一所述装置工作于功率平衡工况或者柔性过分相工况，当无列车过分相时，所述装置工作于功率平衡工况，当列车位置监测装置检测到有列车过分相时，所述装置工作于柔性过分相工况。


5.如权利要求4所述的一种电气化铁路功率平衡协同柔性过分相装置控制方法，其特征在于，所述装置工作于功率平衡工况具体包括以下步骤：
A1，隔离开关QS1、QS3和断路器QF1、QF3、QF4、QF6处于闭合状态，隔离开关QS2和断路器QF2、QF5断开，功率调节装置投入第一变流器VSC1和第三变流器VSC3运行，第二变流器VSC2处于停机状态；
A2，综合测控装置通过获取牵引变电所A和牵引变电所B出口处所设置的电流互感器CTA、CTB以及电压互感器VTA、VTB，分别得到牵引变电所A和牵引变电所B的输出电流信号和输出电压信号，根据所述输出电流信号和输出电压信号计算得出中性区相邻两侧供电臂A和供电臂B之间的实时负荷功率；
A3，根据所述实时负荷功率，控制功率调节装置分别经第一匹配变压器T1和第三匹配变压器T3进行供电臂A和供电臂B之间的功率潮流调配。


6.如权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：林宗良，智慧，邓云川，李剑，袁勇，许晓蓉，陈刚，解绍锋，张一鸣，王世平，宋梦容，吴萍，杨雪凇，王健，李鹏，周方圆，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51