CN106300404A - 一种防止地铁再生回馈电能倒送电网的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防止地铁再生回馈电能倒送电网的装置，实现避免出现再生电能倒送到110kV电网的问题，提高再生电能的利用率。本发明包括110kV进电网，35kV低压母线、再生电能存储装置、主变压器；所述再生电能存储装置并联在35kV低压母线侧；所述主变压器位于110kV进电网与35kV低压母线之间；所述再生电能存储装置包括升压变压器、大功率双向变流器和储能单元；储能单元与大功率双向变流器的直流侧连接，升压变压器低压侧与大功率双向变流器交流侧连接，升压变压器的高压侧与主变压器低压侧即35kV低压母线侧连接。

Description

一种防止地铁再生回馈电能倒送电网的装置

技术领域

本发明涉及城市轨道交通供电系统技术领域，具体涉及一种模块化地铁能量回馈装置。

背景技术

地铁运营中存在列车频繁进站制动，当列车在进行电制动过程中列车的电机会工作在发电机状态，这时候列车的动能会转化为电能使得直流牵引网的直流电压上升危及列车用电设备的安全，目前先进的解决方式是在线路的牵引变电所内加装再生制动能量逆变回馈装置（下称能馈装置），该装置通过检测牵引网的直流电压，判断是否有列车处于进站电制动状态，当检测到直流电压超过设定阈值，则启动并网逆变器将直流侧电能回馈到中压环网中，供给地铁其他用电负荷消纳，达到吸收制动能量同时节能的目的。

但这种解决方案存在的问题是，列车再生制动持续时间短但再生能量功率大，能馈装置回馈的功率峰值会超过中压环网用电负荷的功率需求，导致部分再生能量通过主变电所主变压器倒送到110kV电力系统，一方面回馈到电网的电能电力公司不会返还电费；另一方面这种具有冲击性特征的发电设备对于电网的稳定性和安全性带来隐患。

现有的解决方案一是降低能馈装置的最大吸收功率，这样做一方面减少了总的节能量；另一方面还需要通过加装制动电阻等吸收再生能量，增大了设备投资。解决方案二是在每个牵引所通过加装储能型再生吸收装置来替代能馈装置，但储能型装置存在价格高、占地面积大的缺点，施工、设备投资很大，约为能馈装置的2倍左右，投资回收周期长。

发明内容

1、所要解决的技术问题：

本发明提供一种防止地铁再生回馈电能倒送电网的装置，实现避免出现再生电能倒送到110kV电网的问题，提高再生电能的利用率。

2、技术方案：

本发明通过在地铁主变电所的为每个主变压器加装一套再生电能存储装置，在主变压器功率为负时即功率从低压侧流向高压侧，将倒送电网的电能存储起来；在主变压器功率为正时即功率从高压侧流向低压侧，再将存储起来的电能再释放出去，实现避免出现再生电能倒送到110kV电网的问题，提高再生电能的利用率。

一种防止地铁再生回馈电能倒送电网的装置，包括110kV进电网，35kV低压母线、再生电能存储装置、主变压器；所述再生电能存储装置并联在35kV低压母线侧；所述主变压器位于110kV进电网与35kV低压母线之间。

所述再生电能存储装置包括升压变压器、大功率双向变流器和储能单元；储能单元与大功率双向变流器的直流侧连接，升压变压器低压侧与大功率双向变流器交流侧连接，升压变压器的高压侧与主变压器低压侧即35kV低压母线侧连接。

所述大功率双向变流器为单个变流器或者多个变流器并联；储能单元为超级电容、功率型二次电池或飞轮。

再生电能存储装置在做防止电能倒送电网功能时采用对主变压器有功功率闭环控制；再生电能存储装置在做无功补偿功能时 对主变压器采用无功功率闭环控制。

采用以上的装置有以下功能：

（1）可以检测主变压器35kV低压或110kV高压侧的电压、电流，并实时计算其正向有功功率和负向有功功率值以及无功功率。

（2）具有闭环检测自动控制算法，可以实时检测计算负向功率，控制储能装置吸收负向功率，使得流向110kV电网的负向功率功率为零，在功率为正时储能装置放出电能，等待下一次吸收。

（3）具有储能单元检测和保护功能，防止储能单元出现过压、过温故障。

（4）具有无功补偿功能，可以在夜间停车以后补偿电缆的容性无功，解决主所的无功倒送问题，替代现有主站SVG。

3、有益效果：

本发明提供一种防止地铁再生回馈电能倒送电网的装置，通过设置再生电能存储装置可以吸收逆流到110kV电网的再生能量，并且解决了对电网的冲击和倒送电问题；提高了再生电能的内部消纳，提升了节能效果。而且该装置可以实现对夜间停车后做无功补偿，替代主所的专用无功补偿装置SVG，减少了无功补偿设备投资；装置投资少，相对于每个牵引变电所安装储能式再生吸收装置的方式，只需要每个主所安装两套储能设备。

附图说明

图1所示为主变电所加装再生电能存储装置系统示意图；

图2 所示为再生电能存储装置防止再生电能倒送到电网的控制逻辑图；

图3所示为再生电能存储装置在防止电能倒送功能模式下的控制框图；

图4所示为再生电能存储装置在做无功补偿功能下的控制框图。

具体实施方式

如图1 所示为再生电能储能装置的系统示意图，系统由储能单元、双向变流器、升压变压器组成，系统并联接在主变压器的低压侧10kV/35kV母线上。系统通过电流和电压传感器采样主变压器的三相电流isa,isb,isc、储能装置输出三相电流ia,ib,ic以及电网三相电压Vsa,Vsb,Vsc，计算主变压器的实施有功和无功功率。

如图2 所示为防止回馈电能倒送电网的控制逻辑图，系统首先检测储能装置是否处于就绪状态，并判断储能单元处于可吸收电能状态，此时V<V1，V1为储能单元可以启动吸收电能的最大电压，然后通过计算并判断主电压器的有功功率是否出现为负（P<0），如果出现负值，储能装置进入吸收电能状态，通过控制主变压器的有功功率为零将流入电网的有功电能存储在储能单元中；在吸收状态时，系统实时判断是否出现储能装置开始放电，如出现则系统进入放电状态，同时判断现储能单元是否已充满，此时V>V2，V2为储能单元可充电最大电压。如充满则停止充电并判断主变压器有功功率是否满足为正即P>0，如满足则系统进入放电状态。进入放电状态后，系统通过控制主电压器的有功功率为零，将储能单元中的电能释放供给地铁负荷使用，同时判断储能单元是否已经放电完成，此时V<V3，V3为储能单元能够放电的最低电压，一旦满足则储能单元退出放电状态，回到就绪判断状态，等待下一个周期的储能开始。

如图3所示为储能装置在做防止电能倒送电网功能时的有功功率闭环控制框图，在吸收状态和放电状态下的功率闭环控制框图，检测主变压器的有功功率Ps作为反馈值，与有功功率指令参考值（有功功率指令为0）做差经过功率闭环调节器得到作为电流环的指令，将储能装置的输出有功电流作为电流环反馈值（无功电流环指令为0），通过电流闭环调节器得到输出指令，再经过坐标变换和脉冲分配控制双向变流器的输出电流，实现对主变压器有功功率的闭环控制。

如图4所示为储能装置在做无功补偿功能时的无功功率闭环控制框图，检测主变压器的无功功率Qs作为反馈值，与无功功率指令参考值，此时无功功率指令为0，做差经过功率闭环调节器得到无功电流环的指令，此时有功电流环指令为0，将储能装置的输出无功电流作为电流环反馈值，通过电流闭环调节器得到输出指令，再经过坐标变换和脉冲分配控制双向变流器的输出电流，实现对主变压器无功功率的闭环控制。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (5)

1.一种防止地铁再生回馈电能倒送电网的装置，包括110kV进电网，35kV低压母线、再生电能存储装置、主变压器；其特征在于：所述再生电能存储装置并联在35kV低压母线侧；所述主变压器位于110kV进电网与35kV低压母线之间。

2.根据权利要求1所述的一种防止地铁再生回馈电能倒送电网的装置，其特征在于：所述再生电能存储装置包括升压变压器、大功率双向变流器和储能单元；储能单元与大功率双向变流器的直流侧连接，升压变压器低压侧与大功率双向变流器交流侧连接，升压变压器的高压侧与主变压器低压侧即35kV低压母线连接。

3.根据权利要求2所述的一种防止地铁再生回馈电能倒送电网的装置，其特征在于：所述大功率双向变流器为单个变流器或者多个变流器并联；储能单元为超级电容、功率型二次电池或飞轮中的一种。

4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种防止地铁再生回馈电能倒送电网的装置，其特征在于：还包括，所述再生电能存储装置在做防止电能倒送电网功能时采用对主变压器有功功率闭环控制。

5.根据权利要求4所述的防止地铁再生回馈电能倒送电网的装置，其特征在于：还包括，所述再生电能存储装置在做无功补偿功能时对主变压器采用无功功率闭环控制。