一种地铁牵引供电系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种地铁牵引供电系统及控制方法，涉及城市轨道交通牵引供电技术领域。直挂35KV电子式变压器的输入端通过断路器Qa和Qb跨接于35KV中压环网的其中两相，输出端经并联后接入牵引网，用于电能变换以及能量双向可控流动；相邻牵引所按照(CA、BC、AB)正序轮换接入，消除负序影响，输出端经过支撑电容串联接入隔离型DC/DC变换器；当地铁牵引变电所处于非牵引状态时，执行断开DC/DC变换器指令，牵引变电所可视为多模块级联静止无功发生器，通过自身装置结构改变达到补偿无功作用；本发明专利技术实现地铁牵引变电所电能质量完全可控、能量双向流动，通过轮换接入形式消除负序及无功影响，促进地铁牵引供电智能发展。促进地铁牵引供电智能发展。促进地铁牵引供电智能发展。

【技术实现步骤摘要】
一种地铁牵引供电系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及城市轨道交通牵引供电
，具体涉及一种地铁牵引供电系统及控制方法。

技术介绍

[0002]近年来城市轨道交通发展迅速，国内外普遍采用的地铁牵引供电主要有以下两种方式：第一种，外部电源由35KV中压交流环网引入后，经过脉波整流机组、接入牵引网后为地铁车辆供电，此方式简单可靠，但是此种供电方式存在以下缺点：以脉波整流机组接入牵引网，难以有效控制牵引网电能质量，要实现再生制动能量回收还要外加再生制动能量装置，占地面积大，加剧城市地下空间资源紧张情况；列车频繁启停冲击导致配电网和牵引系统设备利用率低，存在依靠高成本的过度裕量来换取系统安全可靠运行问题；缺少对系统能效的主动调度控制、牵引供电电压波动剧烈、牵引网能量粗放式分布，导致列车再生制动能量无法在牵引系统内部高比例利用，存在牵引供电系统内部降耗减碳困难问题。第二种，在原有配备的脉波整流机组的基础上，加装一套中压能馈装置，在地铁车辆电制动停车时，将多余电能通过能馈装置返回给中压电网，节省电能，同时，可节省车载制动电阻和地面制动电阻，降低设备成本和安装空间，减少噪声污染。但是这种供电方式的缺点是脉波整流机组仍然占用较大面积、供电装置利用率不高，仍旧没有从根本上实现完全可控、自无功补偿及提高装置利用率的问题；外加中压能馈装置，增加占地面积，加剧城市地下空间资源紧张情况；依旧没有提升对中压交流环网和牵引网电压调节能力。有学者提出中压能馈装置扩容，但是，受到基础元件技术瓶颈的限制，无法满足实际使用需求或设备成本过高导致经济效益不佳。
[0003]有学者提出采用电力电子变压替代原有电磁式变压器和脉控整流机组器：其缺点也是显著电子式变压器其级联模块数受电压等级与功率开关耐压影响，为使系统三相平衡，单相级联模块数需乘以三，级联数目较多，但地铁牵引容量较小，会导致容量浪费、装置利用率低且占地面积大，加剧城市地下空间资源紧张情况，而且由多模块级联而成的电子式变压器控制过于复杂。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种地铁牵引供电系统及控制方法。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种地铁牵引供电系统，包括35KV中压环网、电子式变压器、牵引网，其中：
[0007]所述35KV中压环网与电子式变压器连接，用于向直挂35KV电子式变压器传递电能；
[0008]所述电子式变压器的输入端通过断路器Qa和Qb跨接于35KV中压环网的其中两相，输出端经并联后接入牵引网，用于电能变换以及能量双向可控流动；
[0009]所述牵引网与电子式变压器相连接，用于接受直挂35KV电子式变压器传递的电
能，并供给地铁列车。
[0010]进一步的，所述电子式变压器包括级联子模块D1
‑
Dn，其中，所述级联子模块D1
‑
Dn包括单相整流器、支撑电容、隔离型DC/DC变换器、直流电容；
[0011]所述单相整流器与隔离型DC/DC变换器串联，用于接受35KV中压环网电压并进行整流；
[0012]所述隔离型DC/DC变换器与支撑电容和直流电容连接，用于接收单相整流器传递的功率，并将传递功率进行变压，得到并将变压后的功率经过直流电容传递给地铁列车。
[0013]进一步的，所述级联子模块D1
‑
Dn包括多个正常运行模块以及多个冗余备用模块，冗余备用模块的数量与功率开关管器件的耐压等级以及拓扑结构电平数成负相关。
[0014]进一步的，所述单相整流器的输入端经过级联后跨接于35KV中压环网中的两相。
[0015]进一步的，相邻牵引所的直挂35KV电子式变压器按照正序轮换接入，用于将交流电整流为直流电并抵消负序影响，输出端经过支撑电容串联接入隔离型DC/DC变换器。
[0016]还提供一种地铁牵引供电系统的控制方法，包括如下步骤：
[0017]S1、实时检测所述地铁牵引供电系统的负序电流和无功电流分量，根据检测得到的负序电流和无功电流分量计算电路功率电流、等效电路电流以及等效电路的理想等效电导；
[0018]S2、当地铁牵引供电系统无外加补偿时，抵消负序电流影响；
[0019]S3、对地铁牵引供电系统执行无功功率自动补偿。
[0020]进一步的，所述S1具体包括如下步骤：
[0021]S11、等效地铁机车为理想等效电导G
p
并建立等效电路，实时检测系统电压矢量u＝(u
A
,u
B
,u
c
)和系统电流矢量i＝(i
A
,i
B
,i
c
)，其中，u
A
,u
B
,u
c
为地铁牵引变电输入端三相电压瞬时值，i
A
,i
B
,i
c
为地铁牵引变电所输入端电流瞬时值
[0022]S12、根据实时检测的系统电压矢量和系统电流矢量计算等效电路电流，计算方式为：
[0023][0024]其中，i1为所述等效电路中线性部分产生的电流分量，i2为等效电路中非线性部分产生的电流分量，i
pa
为等效电路中线性部分实际消耗功率的电流分量，i
pb
为等效电路中非线性部分实际消耗的电流分量；
[0025]S13、根据零功率电流定义及等效电路中线性部分实际消耗功率、等效电路中非线性部分实际消耗的电流分量计算等效电路电流，计算方式为：
[0026]i＝Gu+i
pb
+i0[0027]其中，i为等效电路电流，i0为零功率电流、G为等效电路中线性负载；
[0028]S14、根据等效电路中线性部分实际消耗功率的电流分量、等效电路中非线性部分实际消耗的电流分量和等效电路中线性负载G计算理想等效电导，计算方式为：
[0029][0030]其中，G
p
为理想等效电导。
[0031]进一步的，所述S2具体包括如下步骤：
[0032]S21、将电子式变压器输入端跨接于中压交流母线的两项，分别计算电子式变压器的正、负序电流，计算方式为：
[0033][0034][0035]其中，i
+
为电子式变压器的正序电流，i
‑
为电子式变压器的负序电流，K
h
为所述电子式变压器输出端口电压有效值和输入端口电压有效值之比，为所述电子式变压器输入端口电压与电流的相位差，ψ
h
为所述电子式变压器输入端口电压滞后于中压交流母线线电压的相量差。
[0036]S22、根据电子式变压器的正、负序电流分别计算其对应的有效值，计算方式为：
[0037][0038]其中，I为电子式变压器输出端负荷电流有效值；
[0039]S23、控制相邻地铁牵引本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地铁牵引供电系统，其特征在于，包括35KV中压环网、电子式变压器、牵引网，其中：所述35KV中压环网与电子式变压器连接，用于向电子式变压器传递电能；所述电子式变压器的输入端通过断路器Qa和Qb跨接于35KV中压环网的其中两相，输出端经并联后接入牵引网，用于电能变换以及能量双向可控流动；所述牵引网与电子式变压器相连接，用于接收接受电子式变压器传递的电能，并供给地铁列车。2.根据权利要求1所述的地铁牵引供电系统，其特征在于，所述电子式变压器包括级联子模块D1
‑
Dn，其中，所述级联子模块D1
‑
Dn包括单相整流器、支撑电容、隔离型DC/DC变换器、直流电容；所述单相整流器与隔离型DC/DC变换器串联，用于接收35KV中压环网电压并进行整流；所述隔离型DC/DC变换器与支撑电容和直流电容连接，用于接收单相整流器传递的功率，并将传递功率进行变压，得到并将变压后的功率经过直流电容传递给地铁列车。3.根据权利要求2所述的地铁牵引供电系统，其特征在于，所述级联子模块D1
‑
Dn包括多个正常运行模块以及多个冗余备用模块，冗余备用模块的数量与功率开关管器件的耐压等级以及拓扑结构电平数成负相关。4.根据权利要求2所述的地铁牵引供电系统，其特征在于，所述单相整流器的输入端经过级联后跨接于35KV中压环网中的两相。5.根据权利要求2所述的地铁牵引供电系统，其特征在于，相邻牵引所的直挂35KV电子式变压器按照正序轮换接入，用于将交流电整流为直流电并抵消负序影响，输出端经过支撑电容串联接入隔离型DC/DC变换器。6.一种基于权利要求1～5任意一项所述的地铁牵引供电系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：S1、实时检测所述地铁牵引供电系统的负序电流和无功电流分量，根据检测得到的负序电流和无功电流分量计算电路功率电流、等效电路电流以及等效电路的理想等效电导；S2、当地铁牵引供电系统无外加补偿时，抵消负序电流影响；S3、对地铁牵引供电系统执行无功功率自动补偿。7.根据权利要求6所述的地铁牵引供电系统的控制方法，其特征在于，所述S1具体包括如下步骤：S11、等效地铁机车为理想等效电导G
p
并建立等效电路，实时检测系统电压矢量u＝(u
A
,u
B
,u
c
)和系统电流矢量i＝(i
A
,i
B
,i
c
)，其中，u
A
,u
B
,u
c
为地铁牵引变电输入端三相电压瞬时值，i
A
,i
B
,i
c
为地铁牵引变电所输入端电流瞬时值；S12、根据实时检测的系统电压矢量和系统电流矢量...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晓琼，杨国友，赵鹏程，王皓，支启莹，曾理，舒泽亮，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：