本发明专利技术属于柔性输变电技术领域，具体涉及一种电气化铁路冲击性负荷治理装置。装置包括测量模块(1)、切换控制模块(2)、冲击负荷治理模块(3)、备用模块(4)、消谐模块(5)，采用串联方式接入牵引线路中，消除三相不平衡及谐波的影响，将冲击性负荷变为均匀负荷，有效改善牵引负荷的电能质量及牵引系统的潮流分布，缩减投资，减小电能损耗。减小电能损耗。减小电能损耗。
【技术实现步骤摘要】
一种电气化铁路冲击性负荷治理装置
[0001]本专利技术属于柔性输变电
，具体涉及一种电气化铁路冲击性负荷治理装置。
技术介绍
[0002]在我国高速铁路蓬勃发展的当下，用电设备的供电质量也需要更高的水平，这就需要牵引供电系统的电能质量更进一步，在进行相应电能质量标准转变的前提下完成从一般铁路到高速电气化铁路的转变。高速铁路建设最重要的是运行的安全和可靠，而其中最为关键的就是牵引供电系统，高铁的安全高速运行与之密不可分。众所周知，我国的电气化铁路采用的是单相工频交流制式，牵引供电系统的外部电源均取自国家电网，牵引变电所的高压侧直接接入110kV或者220kV的高压系统，因此，电气化铁路作为一个非线性、不对称的特殊电力用户，电力机车在运行的情况下会引起一系列的电能质量问题，随着电气化铁路的逐步发展，主要以无功、负序、谐波和线损问题较为明显。尤其是高铁有别于普通列车的最显著的地方在于车辆密，导致冲击性负荷频繁，为提供电网稳定和供电可靠性，投资建设电压等级更高、容量更大牵引变电站和输电线路；但是牵引线路和变电站的负载率低、平均电量很少，造成巨大的成本投资，因此亟需改善铁路冲击性牵引负荷的影响，以实现缩减投资、降低能耗、减少碳排放的可持续发展目标。
[0003]与现有牵引系统相比，本专利技术消除了三相不平衡和谐波的影响，将冲击性负荷变为均匀负荷，有效改善牵引负荷的电能质量及牵引系统的潮流分布，减小电能损耗，实现低碳环保的可持续发展目标。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提出了一种电气化铁路冲击性负荷治理装置。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种电气化铁路冲击性负荷治理装置，其特征在于，包括测量模块(1)、切换控制模块(2)、冲击负荷治理模块(3)、备用模块(4)、消谐模块(5)，采用串联方式接入牵引线路中，输入端连接电网侧三相输电线路(6)，输出端连接牵引变电站供电臂(7)。
[0007]优选地，所述的冲击负荷治理模块(3)分为充电回路和放电回路，包括冲击负荷治理回路开关(8)、整流器(9)、直流充电线路(10)、储能装置(11)、直流放电线路(12)、逆变器(13)、逆变交流线路(14)、单相调压变压器(15)依次连接组成，冲击负荷治理回路开关(8)连接电网侧三相输电线路(6)，单相调压变压器(10)副边连接牵引变电站供电臂(3)。
[0008]优选地，所述的充电回路将三相线路由牵引变电站输电线路的三相交流电经整流器(9)整流为直流电，通过直流充电线路(10)将电能储存在储能装置(11)。
[0009]优选地，所述的放电回路将储能装置(11)通过直流放电线路(12)接入逆变器(13)，再由逆变器将直流电变成单相交流电，最终经单相调压变压器(15)升压到满足机车
运行电压等级的电压接入牵引变电站供电臂(7)。
[0010]优选地，所述的冲击负荷治理回路开关(8)在冲击负荷治理模块(3)正常运行时处于闭合状态，故障时断开。
[0011]优选地，所述的整流器(9)将电网侧的三相交流电整定为直流电，通过直流充电线路(10)，以稳定的功率对储能装置(11)充电，整流器(9)额定功率P
z
大于牵引变电站供电臂(7)平均负荷P
avg
。
[0012]优选地，所述的储能装置(11)额定放电功率P
c
大于牵引变电站供电臂(7)最大负荷P
max
，满足牵引负荷的最大功率约束。当高铁列车启动或行驶时，储能装置(11)处于放电状态，通过直流放电线路(12)、逆变器(13)、逆变交流线路(14)和单相调压牵引变压器(15)为高铁列车供电；当高铁列车制动时，产生的再生制动电能通过单相调压牵引变压器(15)、逆变交流线路(14)、逆变器(13)和直流放电线路(12)，反向为储能装置(11)充电，储能装置(11)处于充电状态。
[0013]优选地，所述的逆变器(13)采用具备V/F控制模式的单相双向整流逆变器，额定功率P
n
大于牵引变电站供电臂(7)最大负荷P
max
。储能装置(11)放电时，V/F控制模式采用电压电流双环控制，通过电流电压的PI环节控制SPWM脉冲信号的产生，实现电压幅值和频率恒定控制。
[0014]优选地，所述的单相调压牵引变压器(15)额定功率P
d
大于牵引变电站供电臂(7)最大负荷P
max
。
[0015]优选地，所述的充电回路和放电回路按照以下步骤进行控制：
[0016]所述的充电回路控制按照以下步骤：
[0017]S1：采集并预测牵引变电站供电臂(7)实时负荷数据；
[0018]S2：计算牵引变电站供电臂(7)平均负荷P
avg
；
[0019]S3：将P
avg
定为整流器(9)为储能装置(11)充电功率；
[0020]S4：监测储能装置(11)充电过程剩余电量，根据电量控制器整流器(9)启动和停止；
[0021]所述的放电回路控制按照以下步骤：
[0022]P1：将逆变器(13)设定为V/F运行模式；
[0023]P2：监测逆变交流线路(14)和牵引变电站供电臂(7)电压和频率；
[0024]P3：根据电压和频率要求调节逆变器(13)的交流输出和单相调压变压器(15)变比。
[0025]优选地，所述的P3采用电压电流双环控制，电压外环用于控制逆变器输出电压波形，实现系统电压幅值和频率恒定控制，电流内环采用电流电感控制，提高系统动态性能，并具有良好的跟踪性。电压外环控制器采集逆变器输出瞬时电压，与参考信号相比较得到误差信号，经过电压PI控制产生电流内环控制参考信号，并与电感电流瞬时反馈信号得到误差信号，经过电流PI控制产生SPWM调制信号，用以控制SPWM驱动脉冲的产生。
[0026]优选地，所述的备用模块(4)包括备用回路开关(16)和交流导线(17)，备用回路开关(16)连接电网侧三相输电线路(6)，两相取电，交流导线(17)与单相调压变压器(15)原边连接。
[0027]优选地，所述的备用回路开关(16)在冲击负荷治理模块(3)故障时闭合，正常运行
时断开。
[0028]优选地，所述的测量模块(1)测量牵引变电站供电臂(7)的电流、电压、频率等电气量信息，并将数据发送到冲击负荷治理模块(3)和消谐模块(5)。
[0029]优选地，所述的切换控制模块(2)监测冲击负荷治理模块(3)的运行状态，将开关动作命令上传至冲击负荷治理模块(3)、备用模块(4)和消谐模块(5)。
[0030]优选地，所述的消谐模块(5)采用FC滤波器。
[0031]本专利技术与现有的电气化铁路牵引供电系统相比，本专利技术消除了三相不平衡和谐波的影响，将冲击性负荷变为均匀负荷，有效改善牵引负荷的电能质量及本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电气化铁路冲击性负荷治理装置，其特征在于，包括测量模块(1)、切换控制模块(2)、冲击负荷治理模块(3)、备用模块(4)、消谐模块(5)，采用串联方式接入牵引线路中，输入端连接电网侧三相输电线路(6)，输出端连接牵引变电站供电臂(7)。2.如权利要求1所述的一种电气化铁路冲击性负荷治理装置，其特征在于，所述的冲击负荷治理模块(3)分为充电回路和放电回路，包括冲击负荷治理回路开关(8)、整流器(9)、直流充电线路(10)、储能装置(11)、直流放电线路(12)、逆变器(13)、逆变交流线路(14)、单相调压变压器(15)依次连接组成，冲击负荷治理回路开关(8)连接电网侧三相输电线路(6)，单相调压变压器(10)副边连接牵引变电站供电臂(3)。3.如权利要求2所述的一种电气化铁路冲击性负荷治理装置，其特征在于，所述的充电回路将三相线路由牵引变电站输电线路的三相交流电经整流器(9)整流为直流电，通过直流充电线路(10)将电能储存在储能装置(11)。4.如权利要求2所述的一种电气化铁路冲击性负荷治理装置，其特征在于，所述的放电回路将储能装置(11)通过直流放电线路(12)接入逆变器(13)，再由逆变器将直流电变成单相交流电，最终经单相调压变压器(15)升压到满足机车运行电压等级的电压接入牵引变电站供电臂(7)。5.如权利要求2所述的一种电气化铁路冲击性负荷治理装置，其特征在于，所述的冲击负荷治理回路开关(8)在冲击负荷治理模块(3)正常运行时处于闭合状态，故障时断开；所述的整流器(9)额定功率P
z
大于牵引变电站供电臂(7)平均负荷P
avg
；所述的储能装置(11)额定功率P
c
大于牵引变电站供电臂(7)最大负荷P
max
；所述的逆变器(13)采用具备V/F运行模式单相双向整流逆变器，额定功率P
n
大于牵引变电站供电臂(7...
【专利技术属性】
技术研发人员：连鸿波，夏爱民，姚伟，吴钰，李家睿，傅彬，胡翼，许敏，卫思明，国宗，吴程楠，庄稼犁，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：
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