一种牵引供电系统及方法技术方案

本发明专利技术实施例提供一种牵引供电系统及方法，所述系统包括以下：PWM变流模块，用于将交流电网中的交流电转换为直流电，并将转换后的直流电导入直流牵引网；储能模块，用于从直流牵引网中接收直流电并储存，或将储存的电能以直流电的形式导入直流牵引网；所述方法包括以下步骤：PWM变流模块将交流电网中的交流电转换为直流电，并将转换后的直流电导入直流牵引网；储能模块在系统启动之初或直流牵引网中电能过剩时，从直流牵引网中接收直流电并储存；并在直流牵引网中的电流需求大于PWM的额定范围时，将储存的电能以直流电的形式导入直流牵引网。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及城轨车辆
，特别涉及一种牵引供电的系统及方法。
技术介绍
城市轨道交通简称为城轨，在很多大型城市当中一直起到城市客运输送骨干的作用。城市轨道交通这一名词涵盖范围非常广泛，种类繁多；包括城市铁路、市郊铁路、地下铁道、轻轨交通、城市有轨电车、独轨交通、磁悬浮线路、机场联络铁路、新交通系统等。多数城轨交通以电力作为能源，因此城轨交通有着节能、省地、运量大、全天候、无污染(或少污染)又安全等优点，属绿色环保交通体系，符合可持续发展的原则。而且顾名思义，城轨交通即是车辆与轨道上运行的交通方式，所以基本上不会受到交通拥堵的影响，所以在交通压力繁重的大城市里，其相比汽车运输更加高效快速。而随着各方面技术的进步，城轨交通也在向更安全、更快速的方向不断的完善，尽可能的为市民的出行带来更大的方便。城轨车辆的能源一般为电力。目前世界上绝大多数以电力为能源的城轨车辆的供电系统，都必须实现将电力网络中的交流电源转换为车辆能够直接利用的直流牵引电源。现阶段往往利用二极管整流技术来实现上述的电能转换。二极管整流器过载能力较强，可靠性高，能适应车辆在启动过程中的大电流取流需求，所以得到了普遍的应用。但由于二极管能量单向流动的特点，利用二极管实现电能转换存在着如下的缺陷:由于二极管能量的单向流动，所以当列车处于再生制动状态时，大部分能量无法回收，只能被地面或者车载的制动电阻以热能的方式消耗掉。这种能量消耗的方式不仅造成了极大的能源浪费，还会引起站台，地下隧道热量积累，温度上升，为散热系统带来了很大的压力。在某些特殊位置上甚至不得不为了散热的考虑加大隧道通风，造成了进一步的能源消耗。另外，由于制动电阻本身重量较大，也为车辆带来了额外的荷载负担。总之，基于二极管整流技术的电能转换往往伴随着大量能源的浪费，能源利用效率较低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种牵引供电的系统及方法，通过储能模块来收集制动过程中过剩的电能，并在系统过载时将储存的电能释放，避免了利用制动电阻消耗电能而造成的能源浪费。为实现上述目的，本专利技术有以下技术方案:一种牵引供电系统，所述系统包括以下:PWM变流模块，用于将交流电网中的交流电转换为直流电，并将转换后的直流电导入直流牵引网；储能模块，用于从直流牵引网中接收直流电并储存，或将储存的电能以直流电的形式导入直流牵引网。所述PWM变流模块中包括多个相互并联的变流单元，所述变流单元具体为包括:第一隔离开关，用于在系统检修时将变流单元隔离；IGBT变流器，用于将交流电转换为直流电；所述IGBT变流器中包括第一支撑电容；第一充电回路，用于对IGBT变流器中的第一支撑电容充电；第一放电回路，用于对IGBT变流器中的第一支撑电容放电；第一断路器，用于对IGBT变流器进行保护。所述储能模块包括多个并联的直流转换单元与一个储能装置，具体为:直流转换单元，用于将直流牵引网中直流电的电压转换至储能装置的额定范围内；并将储能装置中储存的电能转换为符合直流牵引网标准的直流电；储能装置，用于接收直流电并储存，或将储存的电能导入直流牵引网。所述直流转换单元具体包括:第二隔离开关，用于在系统检修时将直流转换单元隔离；直流-直流转换器，用于将直流牵引网中直流电的电压转换至储能装置的额定范围内，或将储能装置中储存的电能转换为符合直流牵引网标准的直流电；所述直流-直流转换器中包括第二支撑电容；第二充电回路，用于对直流-直流转换器中的第二支撑电容充电；第二断路器，用于对直流-直流转换器进行保护。所述储能装置具体为:超级电容组或飞轮储能装置。所述系统还包括:变压器模块，用于将交流电网中交流电的电压调整到所述PWM变流模块的额定范围内；第三断路器，用于连接变压器模块与交流电网，对变压器模块进行保护。所述系统还包括:直流侧电感，连接PWM变流模块与直流牵弓丨网，用于抑制PWM变流模块短路弓I起的电流上升。所述系统还包括:第四隔离开关，用于在系统检修时将PWM变流模块隔离；第四断路器，用于对PWM变流模块进行保护。所述系统还包括:调节模块，用于监测PWM变流模块及储能模块的输出负载情况，并在PWM变流模块或储能模块的输出负载超过正常工作范围时进行输出限制。一种牵引供电方法，所述方法包括以下步骤:PWM变流模块将交流电网中的交流电转换为直流电，并将转换后的直流电导入直流牵引网；储能模块在系统启动之初或直流牵弓I网中电能过剩时，从直流牵引网中接收直流电并储存；并在直流牵引网中的电流需求大于PWM的额定范围时，将储存的电能以直流电的形式导入直流牵引网。根据以上技术方案可知，本专利技术存在的有益效果是:本专利技术通过PWM变流器的回馈功能以及储能模块存储电能的功能，高效的实现过剩能量的重新利用，避免了电能的以热能的形式消耗，既节约能源又避免了为散热系统提供额外的压力；另外通过在过载时利用储能模块释放能量对直流牵引网进行补偿，避免了增加PWM变流模块的输出负载；通过调节模块实现了功率的分配，避免了 PWM变流模块或储能模块因输出负载过大而损坏。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所述系统结构示意图；图2为本专利技术另一实施例所述系统结构示意图；图3为本专利技术实施例所述方法流程图。具体实施例方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参见图1所示，为本专利技术所述牵引供电系统的一个具体实施例。本实施例中所述牵引供电系统用于城轨车辆的供电，并在列车制动等可能出现电能过剩的情况下实现过剩能源的存储。本专利技术所述系统具体如下:PWM变流模块，用于将交流电网中的交流电转换为直流电，并将转换后的直流电导入直流牵引网。本实施例中，采用PWM变流模块替代现有技术中的二极管整流器来实现将交流电网中的交流电转换成为城轨车辆提供牵弓I动力的直流电。PWM变流模块将转换后的直流电汇入直流牵引网中。在城轨车辆制动的过程中，城轨车辆的电动机处于再生制动状态，电能将逆向的从电机流向直流牵引网，从而造成能量的过剩。与二极管中能量单项流通的特点不同，本实施例中，所采用的PWM变流模块存在能量双向流通的特点，所以一部分过剩的能量可以通过PWM变流模块回流到交流电网。储能模块，用于从直流牵引网中接收电能并储存，或将储存的电能以导入直流牵引网。单纯的靠PWM变流模块使过剩的能量回流，并不足以从根本上解决能量过剩的问题。所以本实施例中设置了储能模块用来将过程的能量存储，并且在某些特定情况下释放所存储的能量。本实施例中所述系统的工作原理如下:在所述牵弓I供电系统启动之初，PWM变流模块首先启动，将交流电网中的交流电转换为直流电输入到直流牵引网中，使直流牵引网中电压电流值达到稳定。则储能模块从直流牵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种牵引供电系统，其特征在于，所述系统包括以下：PWM变流模块，用于将交流电网中的交流电转换为直流电，并将转换后的直流电导入直流牵引网；储能模块，用于从直流牵引网中接收直流电并储存，或将储存的电能以直流电的形式导入直流牵引网。

【技术特征摘要】
1.一种牵引供电系统，其特征在于，所述系统包括以下: PWM变流模块，用于将交流电网中的交流电转换为直流电，并将转换后的直流电导入直流牵引网； 储能模块，用于从直流牵引网中接收直流电并储存，或将储存的电能以直流电的形式导入直流牵引网。2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述PWM变流模块中包括多个相互并联的变流单元，所述变流单元具体为包括: 第一隔离开关，用于在系统检修时将变流单元隔离； IGBT变流器，用于将交流电转换为直流电；所述IGBT变流器中包括第一支撑电容； 第一充电回路，用于对IGBT变流器中的第一支撑电容充电； 第一放电回路，用于对IGBT变流器中的第一支撑电容放电； 第一断路器，用于对IGBT变流器进行保护。3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述储能模块包括多个并联的直流转换单元与一个储能装置，具体为: 直流转换单元，用于将直流牵引网中直流电的电压转换至储能装置的额定范围内；并将储能装置中储存的电能转换为符合直流牵引网标准的直流电； 储能装置，用于接收直流电并储存，或将储存的电能导入直流牵引网。4.根据权利要求3所述系统，其特征在于，所述直流转换单元具体包括: 第二隔离开关，用于在系统检修时将直流转换单元隔离； 直流-直流转换器，用于将直流牵引网中直流电的电压转换至储能装置的额定范围内，或将储能装置中储存的电能转换为符合直流牵引网标准的直流电；所述直流-直流转换器中包括第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯江华，张志学，刘可安，陈涛，张铁军，尚敬，施蔚加，谭云，
申请(专利权)人：南车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：