CN105383328B - 基于柔性输电的电气化铁路贯通式同相供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于柔性输电的电气化铁路贯通式同相供电系统，该系统包括将三相交流电源转换为同相序的交流27.5kV的牵引变电所、基于柔性输电的功率贯通分区所，通过所述分区所将相邻的第1牵引所和第2牵引所的相邻供电区间电气上进行柔性连通,使得第1牵引所和第2牵引所供电范围内为同一相牵引电,与第1牵引所和第2牵引所构成了贯通式同相供电系统。本发明的效果是该系统使得相邻的两座牵引变电所供电范围内实现电气上贯通，无电分相消除了电分相对高速动车组、重载电力机车速度及运输能力影响；提高了两座牵引变电所供电范围内的交直交机车再生电能的吸收率8‑12％。

Description

基于柔性输电的电气化铁路贯通式同相供电系统
技术领域
本发明涉及一种基于柔性输电的电气化铁路贯通式同相供电系统。
背景技术
我国目前的电铁牵引供电系统为单边的异相供电模式，在此种供电模式下普遍采用的相序轮换技术和平衡变压器技术，仅能在一定范围内改善负序电流的影响，实际中通常无法满足国家电能质量相关标准。此外，异相供电模式所固有的电分相环节是其薄弱环节，对高速运行、重载及大密度追踪间隔有约束作用。
目前牵引变压器的容量利用率较低，一般低于50％，采用交直交牵引动车组，动车组进站制动产生再生电能。目前再生电能一部分被同型车吸收，一部分无偿返送给电力公司，提高再生电能利用率，降低了用电量直接的降低了运营成本。目前机车(动车组)过分相需要断车载断路器断电，司机需要时刻注意过分相操作过程，无形中增加司机劳动强度和车载断路器维护成本。对于市域和城际铁路，站间距短，动车组需要频繁启动、停车，电分相设置困难，对运输组织影响更明显。这些问题的解决均需要对现有的牵引供电系统进行创新。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提出一种基于柔性输电的贯通式同相供电系统，该系统是指为电力机车或动车组提供电能的各供电区间具有相同电压、相位并连通供电的牵引供电系统。采用贯通式同相供电模式可以避免或减少牵引网电分相环节，进而解决由电分相带来的一系列问题，大大提高列车的运能，提高再生电能利用率，降低牵引变压器安装容量。
本发明采取技术方案是提供一种基于柔性输电的电气化铁路贯通式同 相供电系统，该系统包括将三相交流电源转换为同相序的交流27.5kV的牵引变电所SS、基于柔性输电的功率贯通分区所SSP，其中：通过所述分区所SSP将相邻的第1牵引所SS1和第2牵引所SS2的相邻供电区间电气上进行柔性连通,使得第1牵引所SS1和第2牵引所SS2供电范围内为同一相牵引电,与第1牵引所SS1和第2牵引所SS2构成了贯通式同相供电系统。
本发明的有益效果是该系统使得相邻的两座牵引变电所SS供电范围内实现电气上贯通，无电分相NZ，消除了电分相对高速动车组、重载电力机车速度及运输能力影响；提高了两座牵引变电所供电范围内的交直交机车再生电能的吸收率8-12％。
附图说明
图1为本发明的牵引变电所构成示意图；
图2为本发明分区所处构成示意图；
图3为本发明的贯通式牵引供电系统构成图；
图4-1为本发明SS1牵引所负荷曲线图；
图4-2为本发明SS2牵引所负荷曲线图。
图中：
SS、牵引变电所 SSP、分区所 SS1、第1牵引所 SS2、第2牵引所
具体实施方式
结合附图对本发明的基于柔性输电和电力电子技术的电气化铁路贯通式同相供电系统加以说明。
本发明的基于柔性输电的电气化铁路贯通式同相供电系统结构是，该系统包括将三相交流电源转换为同相序的交流27.5kV的牵引变电所SS、基于柔性输电的功率贯通分区所SSP，通过所述分区所SSP将相邻的第1牵引所SS1和第2牵引所SS2的相邻供电区间电气上进行柔性连通,使得第1牵引所SS1和第2牵引所SS2供电范围内为同一相牵引电,与第1牵引所SS1 和第2牵引所SS2构成了贯通式同相供电系统。
所述的基于柔性输电的功率贯通分区所SSP的分相区通过分区所的第1电力电子开关F1和第2电力电子开关F2将第1牵引所SS1和第2牵引所SS2连通。
为保证第1电力电子开关F1和第2电力电子开关F2的工作安全及贯通式同相供电系统工作安全，在第1电力电子开关F1和第2电力电子开关F2两端分别并联第3开关K3、第4开关K4，为了使第1电力电子开关F1和第2电力电子开关F2在退出运行情况下，第1电力电子开关F1和第2电力电子开关F2两端串接了第1开关K1、第2开关K2。
所述牵引变电所SS将三相交流电源转换为交流27.5kV，供电范围内为同一相电供电。
本发明的基于柔性输电的电气化铁路贯通式同相供电系统功能是这样实现的：该系统包括有牵引变电所SS同相供电技术，分区所SSP基于柔性电力电子功率贯通技术，该系统可消除牵引变电所SS和分区所SSP处的电分相NZ。为实现基于柔性输电和电力电子技术贯通式同相供电系统其具体作法是：
通过柔性输电和电力电子技术将牵引变电所供电范围变成同相电，消除变电所处电分相。通过柔性输电和电力电子技术在分区所将两座牵引变电所供电范围联通起来，并且为同一相电，使得两座牵引变电所供电范围联通起来，实现了贯通式的同相供电系统。
本发明的基于柔性输电的电气化铁路贯通式同相供电系统的原理：
如图1所示，牵引变电所的同相供电系统构成，以三相220kV电源为例。
其中牵引变压器T1接入高压系统的AB相，牵引变压器T2接入高压系统的CB相，两台变压器可以将高压220kV电能转换为2×27.5kV，这样两 台T1、T2牵引变压器构成了V，V接线，变压器二次侧27.5kV的相位差为60°，正常运行时，若第1开关K1～第8开关K8、第13开关K13、第14开关K14打开，T1牵引变压器负责上行、下行供电区域，T2牵引变压器负责上行2、下行2区域供电范围，这两个区域的供电相序分别为AB和CB，相角相差60°，为了保证电力机车通过上述两端区域的时候，为避免将不同相的电气联通，需设置分相区，将两边供电区域隔离开来。
实现同相供电的具体作法如下：
如图1所示，经过交直交变换装置ADAT、交直交变换装置ADAF转变为AB相的27.5kV电压，T1牵引变压器和T2牵引变压器供电范围内的负荷将均变为AB相电压，对于上行、下行和上行2、下行2范围内的27.5kV电压等级相序一致，可以取消他们之间电分相，这样交直交电力机车在其范围内运行时，更利于再生电能利用。交直交变换装置ADAT、交直交变换装置ADAF采用基于电力电子的技术，能将交流电相序进行转换。
如图2所示，为分区所同相供电装置构成示意图。
由两台第1电力电子开关F1和第2电力电子开关F2将供电臂两端的AB相连通起来，第1开关K1～第4开关K4为保护电力电子开关。分区所两端的AB相通过电力电子开关进行联通，可以取消该分区所处的电分相，流经电力电子开关处的电流超过允许值时，打开第1开关K1、第2开关K2，使分区所处同相供电系统退出运行，恢复此处的电分相设置。
如图3所示，为完整的贯通式同相供电系统构成
贯通式同相供电是通过在牵引变电所出口处和分区所处设置同相供电装置，使接触网用同相电压贯通起来。该系统包括将三相交流电源转换为同相序的交流27.5kV的变电所SS；基于柔性电力电子功率贯通的分区所SSP。通过分区所SSP将牵引所SS1和牵引所SS2的电气上进行贯同,使得牵引所SS1和牵引所SS2供电范围内为同一相牵引电,构成了贯通式同相供电系统， 使两座牵引变电所范内的相序均为同相电。例如对于正常供电范围来说，两座牵引所供电范围约100km，两座牵引所供电范围的负荷需求将由两座牵引变电所均担，减轻了由两座牵引变电所独立供电的负担。目前交直交机车产生的再生电能通过牵引变电所返送给高压电力公司，而目前铁路无法执行国家再生能源政策，贯通式同相供电系统还可以使再生电能就地消化，提高再生电能利用率，节省运营成本。
图4所示为采用贯通式同相供电系统再生电能利用效果分析。
图4-1为第1牵引所SS1采用贯通式同相供电前后负荷曲线对比。
图4-2为第2牵引所SS2采用贯通式同相供电前后负荷曲线对比。
从图中可以看出，在没有采用贯通式同相供电时，存在着再生负荷功率，数值为负值，当采用贯通式同相供电后，再生电能得到利用。经测算再生电流利用率提高了8-12％。

Claims (2)

1.一种基于柔性输电的电气化铁路贯通式同相供电系统，该系统包括将三相交流电源转换为同相序的交流27.5kV的牵引变电所(SS)、基于柔性输电的功率贯通分区所(SSP)，其特征是：通过所述分区所(SSP)将相邻的第1牵引所(SS1)和第2牵引所(SS2)的相邻供电区间电气上进行柔性连通,使得第1牵引所(SS1)和第2牵引所(SS2)供电范围内为同一相牵引电,与第1牵引所(SS1)和第2牵引所(SS2)构成了贯通式同相供电系统；
所述的基于柔性输电的功率贯通分区所(SSP)的分相区通过分区所的第1电力电子开关(F1)和第2电力电子开关(F2)将第1牵引所(SS1)和第2牵引所(SS2)连通；所述牵引变电所(SS)将三相交流电源转换为交流27.5kV，供电范围内为同一相电供电。
2.根据权利要求1所述基于柔性输电的电气化铁路贯通式同相供电系统，其特征是：为保证第1电力电子开关(F1)和第2电力电子开关(F2)的工作安全及贯通式同相供电系统工作安全，在第1电力电子开关(F1)和第2电力电子开关(F2)两端分别并联第3开关(K3)、第4开关(K4)，为了使第1电力电子开关(F1)和第2电力电子开关(F2)在退出运行情况下，第1电力电子开关(F1)和第2电力电子开关(F2)两端串接了第1开关(K1)、第2开关(K2)。
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