【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电气化铁路牵引供电，具体为一种轨道交通枢纽能量路由器及其控制方法。
技术介绍
1、目前单一的轨道制式难以满足日益增长的交通需求，因此推进干线铁路、城际铁路、市域(郊)铁路、城市轨道交通融合发展已成为未来趋势。为了提高交通效率，促进乘客无缝换乘，在轨道交通枢纽中必会存在交、直流两种制式的交互。因此，在枢纽地区的列车交通密度往往更高，牵引变电所的负荷能耗和峰值功率需求显著增加。由于牵引负荷的突变性和随机性，容易导致牵引变压器的负载率不高，利用率较低，经济性较差。同时大功率负荷进一步加剧了交流负序和直流牵引网电压的波动的电能质量问题。此外，在枢纽内电力机车存在频繁减速制动，由于电力机车制动常采用再生制动方式，枢纽内的再生制动能量相当可观，然而直流制式与交流制式线路之间存在的天然能量壁垒，其能量不能直接传输，当同一臂上的机车不能吸收再生制动能量时，多余的再生制动能量会通过牵引变电所注入电网或被制动电阻耗散，造成能量利用率低或能量浪费。
2、目前面向两种牵引供电制式的能量管理装置还处于空白。因此若能在枢纽处引入能量路由器，对交直流系统进行潮流统一管理以达到再生制动能量和变压器的高效利用，并综合治理电能质量，这对于铁路网络的发展具有重大意义。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提出了一种轨道交通枢纽能量路由器及其控制方法，其可安装于枢纽附近的交流牵引变电所内，通过敷设电缆连接到枢纽内直流牵引网的供电臂上，为两个系统的能量交互提供了通路，实现两个系统的潮流统
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种轨道交通枢纽能量路由器，包括：背靠背双向变流器、α侧自适应阻抗、β侧自适应阻抗、直流稳压变流器、α侧降压变压器、β侧降压变压器和储能装置；
3、所述背靠背双向变流器包括α侧ac-dc变流器、β侧ac-dc变流器和中间直流环节电容；α侧ac-dc变流器和β侧ac-dc变流器的直流端与所述中间直流环节电容并联；α侧ac-dc变流器的交流端口经α侧自适应阻抗后与α侧降压变压器的二次侧连接，β侧ac-dc变流器的交流端口经β侧自适应阻抗后与β侧降压变压器的二次侧连接，α侧降压变压器和β侧降压变压器的一次侧分别并联到交流牵引变电所两侧的供电臂上；
4、储能装置包括双向dc/dc变流器和超级电容，双向dc/dc变流器的电感端与所述超级电容连接，电容端与中间直流环节电容并联；直流稳压变流器的电感端通过敷设电缆连接到枢纽的直流供电臂上，电容端与中间直流环节电容并联。
5、所述α侧ac-dc变流器和β侧ac-dc变流器采用h桥结构，直流稳压变流器和双向dc/dc变流器采用半桥型双向dc/dc变流器拓扑。
6、α侧自适应阻抗、β侧自适应阻抗结构相同且对称设置，包括串联电感，两个晶闸管、控制电抗器、并联电容，所述两个晶闸管反向并联后串联控制电抗器，然后与并联电容并联，最后与串联电感串联，串联电感和控制电抗器设置在靠近对应的变压器一侧。
7、此外，本专利技术还提供了所述的一种轨道交通枢纽能量路由器的控制方法，包括以下步骤：
8、步骤s10：设定交流削峰设定值填谷设定值直流牵引供电臂网压上限阈值和网压下限阈值
9、步骤s20：分别采集交流变电所两侧的交流供电臂的电压、电流以及直流供电臂电压ul-dc，计算得到交流供电臂两侧负荷瞬时功率pl-α和pl-β，根据所述交流负荷瞬时功率pl-α、pl-β，以及削峰和填谷设定值范围，确定将能量路由器的工作模式，所述工作模式包括制动充电模式，填谷充电模式、功率转移模式及削峰放电模式；然后根据直流供电臂电压ul-dc，确定具体的工况；
10、步骤s30：根据工作模式和具体的工况，基于储能装置的储能情况进行二次功率分配，并计算储能装置端口的补偿功率pess；
11、步骤s40：基于二次功率分配后的系统运行工况和直流供电臂阻抗rtri，计算背靠背双向变流器(1)两侧的功率参考值α侧自适应阻抗和β侧自适应阻抗的功率参考值以及直流稳压变流器功率参考值同时计算α侧自适应阻抗和β侧自适应阻抗的发散角；
12、步骤s50：经功率外环得到背靠背双向变流器两侧的电流参考值直流稳压变流器电流参考值和储能装置的电流参考值根据各个电流参考值和对应端口的实际电流值，利用电流内环得到对应的调制信号；再通过pwm调制将各个调制信号转化为背靠背双向变流器、直流稳压变流器和储能装置的开关信号，同时，通过dc电压过零信号比较法，将α侧自适应阻抗和β侧自适应阻抗的发散角转化为对应自适应阻抗的开关信号。
13、所述步骤s20中，能量路由器的工作模式和工况的确定方法为：
14、a：若pl-α+pl-β＜0，则判定能量路由器处于制动充电模式；
15、a1)若表示直流牵引供电臂网压额定值，判定为工况1，能量路由器分别对两个系统输出的功率为：
16、
17、pac为能量路由器向交流牵引供电系统传输的功率，pdc为能量路由器向直流牵引供电系统传输的功率，即直流稳压变流器传输功率，rtri表示直流供电臂阻抗；
18、a2)若判定为工况2，能量路由器分别对两个系统输出的功率为
19、
20、a3)若判定为工况3，能量路由器分别对两个系统输出的功率为
21、
22、b：若则判定能量路由器处于填谷充电模式；
23、b1)若判定为工况4，能量路由器分别对两个系统输出的功率为：
24、
25、b2)若判定为工况5，能量路由器分别对两个系统输出的功率为
26、
27、b3)若则判定为工况6，能量路由器分别对两个系统输出的功率为
28、
29、c：若则判定能量路由器处于功率转移模式；
30、c1)若判定为工况7，能量路由器分别对两个系统输出的功率为
31、
32、c2)若判定为工况8，能量路由器分别对两个系统输出的功率为
33、
34、c3)若判定为工况9，能量路由器分别对两个系统输出的功率为
35、
36、d：若则判定能量路由器处于削峰放电模式；
37、d1)若判定为工况10，能量路由器分别对两个系统输出的功率为
38、
39、d2)若判定为工况11，能量路由器分别对两个系统输出的功率为
40、
41、d3)若判定为工况12，能量路由器分别对两个系统输出的功率为
42、
43、所述步骤s30中，得到储能装置端口的补偿功率pess确定方法为：
44、(1)若pac+pdc＝0，则pess＝0；
45、(2)若pac+pdc＞0，则判断储能soc与储能荷电状态下限值socl本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轨道交通枢纽能量路由器，其特征在于，包括：背靠背双向变流器(1)、α侧自适应阻抗(2)、β侧自适应阻抗(3)、直流稳压变流器(4)、α侧降压变压器(5)、β侧降压变压器(6)和储能装置(7)；
2.根据权利要求所述的一种轨道交通枢纽能量路由器，其特征在于，所述α侧AC-DC变流器(8)和β侧AC-DC变流器(9)采用H桥结构，直流稳压变流器(4)和双向DC/DC变流器(11)采用半桥型双向DC/DC变流器拓扑。
3.根据权利要求所述的一种轨道交通枢纽能量路由器，其特征在于，α侧自适应阻抗(2)、β侧自适应阻抗(3)结构相同且对称设置，包括串联电感，两个晶闸管、控制电抗器、并联电容，所述两个晶闸管反向并联后串联控制电抗器，然后与并联电容并联，最后与串联电感串联，串联电感和控制电抗器设置在靠近对应的变压器一侧。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种轨道交通枢纽能量路由器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种轨道交通枢纽能量路由器的控制方法，其特征在于，所述步骤S20中，能量路由器的工作模式和工况的
6.根据权利要求4所述的一种轨道交通枢纽能量路由器的控制方法，其特征在于，所述步骤S30中，得到储能装置(7)端口的补偿功率PESS确定方法为：
7.根据权利要求4所述的一种轨道交通枢纽能量路由器的控制方法，其特征在于，所述步骤S40中，各个功率参考值的计算公式为：
8.根据权利要求4所述的一种轨道交通枢纽能量路由器的控制方法，其特征在于，所述步骤S50中，背靠背双向变流器(1)采用电压外环预测电流内环双环控制：将中间直流环节电压参考值和实际值udc相减输入PI控制器，构成电压外环控制，再加入电流参考值经预测电流控制，再经PWM调制得到控制背靠背双向变流器(1)的开关信号。
9.根据权利要求4所述的一种轨道交通枢纽能量路由器的控制方法，其特征在于，所述步骤S50中，DC/DC变流器(11)和直流稳压变流器(4)的控制方法为：由参考电流值和分别与直流侧电流实际值iESS和iDC经PI控制，再经滞环比较器，得到控制DC-DC变换器的开关信号。
10.根据权利要求4所述的一种轨道交通枢纽能量路由器的控制方法，其特征在于，所述步骤S50中，将α侧自适应阻抗(2)和β侧自适应阻抗(3)的发散角转化为对应自适应阻抗的开关信号的方法为：将计算得到的发散角与采集到的电容电压相位相比较，当电压相位为正时，大于发散角的信号为1，小于发散角的信号为0；当电压相位为负时，小于发散角的信号为1，大于发散角的信号为0，分别得到对应的自适应阻抗中两个背靠背晶闸管的开关信号。
...【技术特征摘要】
1.一种轨道交通枢纽能量路由器，其特征在于，包括：背靠背双向变流器(1)、α侧自适应阻抗(2)、β侧自适应阻抗(3)、直流稳压变流器(4)、α侧降压变压器(5)、β侧降压变压器(6)和储能装置(7)；
2.根据权利要求所述的一种轨道交通枢纽能量路由器，其特征在于，所述α侧ac-dc变流器(8)和β侧ac-dc变流器(9)采用h桥结构，直流稳压变流器(4)和双向dc/dc变流器(11)采用半桥型双向dc/dc变流器拓扑。
3.根据权利要求所述的一种轨道交通枢纽能量路由器，其特征在于，α侧自适应阻抗(2)、β侧自适应阻抗(3)结构相同且对称设置，包括串联电感，两个晶闸管、控制电抗器、并联电容，所述两个晶闸管反向并联后串联控制电抗器，然后与并联电容并联，最后与串联电感串联，串联电感和控制电抗器设置在靠近对应的变压器一侧。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种轨道交通枢纽能量路由器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种轨道交通枢纽能量路由器的控制方法，其特征在于，所述步骤s20中，能量路由器的工作模式和工况的确定方法为：
6.根据权利要求4所述的一种轨道交通枢纽能量路由器的控制方法，其特征在于，所述步骤s30中，得到储能装置(7)端口的补偿功率pess确定方法为：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈民武，蒋家豪，陈垠宇，彭凡，王帅，彭高强，徐梅，张演洋，冯锦炜，郑亨珂，孙忠锐，曾鑫海，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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