CN107196324A - 一种带有储能型功率调节器的牵引变电站 - Google Patents

一种带有储能型功率调节器的牵引变电站 Download PDF

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张坤
张可人
罗潇
杨成
肖涛
申浩平
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Abstract

本发明公开了一种带有储能型功率调节器的牵引变电站，包括V/v牵引变压器（1）和直流供电线路（2），所述V/v牵引变压器（1）的高压端口和电网相连，所述V/v牵引变压器（1）的低压端口包括α相供电臂、β相供电臂和接地端，α相供电臂、接地端两者和直流供电线路（2）的一端相连，β相供电臂、接地端两者和直流供电线路（2）的另一端相连，所述α相供电臂、β相供电臂之间连接有储能型功率调节器（3）。本发明不仅可以平衡牵引变供电电流，而且还能实现主备电源在切换过程中保持对电力机车负荷的不间断供电。

Description

一种带有储能型功率调节器的牵引变电站
技术领域
本发明涉及电力系统，具体涉及一种带有储能型功率调节器的牵引变电站。
背景技术
V/v接线牵引变压器具有容量利用率高、抗短路能力强、运行方便可靠等优点，因此，它是我国目前电气化铁道采用的一种比较常用的牵引变接线方式。然而，由于牵引变压器的两相供电臂所带的电力机车负荷具有一定不对称性，从而致使牵引变压器的低压两相电流和高压三相电流将出现一定的不平衡性，这也将对电网电压的不平衡度等电能质量问题造成一定的负面影响。此外，为提高供电可靠性，牵引变电站一般都采用了双电源供电方式。其中，主备电源在切换过程中，为避免冲击电流，一般均设定了一定的延时时间，这将对电力机车负荷的供电可靠性造成不利的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种带有储能型功率调节器的牵引变电站，不仅可以平衡牵引变供电电流，而且还能实现主备电源在切换过程中保持对电力机车负荷的不间断供电。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种带有储能型功率调节器的牵引变电站，包括V/v牵引变压器和直流供电线路，所述V/v牵引变压器的高压端口和电网相连，所述V/v牵引变压器的低压端口包括α相供电臂、β相供电臂和接地端，α相供电臂、接地端两者和直流供电线路的一端相连，β相供电臂、接地端两者和直流供电线路的另一端相连，所述α相供电臂、β相供电臂之间连接有储能型功率调节器。
优选地，所述储能型功率调节器包括α相双绕组自耦变压器、β相双绕组自耦变压器以及储能型链式功率调节单元，所述储能型链式功率调节单元连接于α相双绕组自耦变压器、β相双绕组自耦变压器之间，所述储能型链式功率调节单元由两条以上的储能型链式功率调节支路首尾相连呈链状结构，所述储能型链式功率调节支路由依次串联的α相单相全桥AC-DC变换器、α相双向DC-DC变换器、储能装置、β相双向DC-DC变换器、β相单相全桥DC-AC变换器构成，且α相单相全桥AC-DC变换器、位于链尾的α相单相全桥AC-DC变换器的出线端子和α相双绕组自耦变压器的低压绕组对应的出线端子相连，β相单相全桥DC-AC变换器、位于链尾的β相单相全桥DC-AC变换器的出线端子和β相双绕组自耦变压器的低压绕组对应的出线端子相连，α相双绕组自耦变压器、β相双绕组自耦变压器的高压绕组均为一个出线端子分别作为储能型功率调节器的输出端、另一个出线端子接地。
或者优选地，所述储能型功率调节器包括α相双绕组自耦变压器、β相双绕组自耦变压器以及储能型链式功率调节单元，所述储能型链式功率调节单元连接于α相双绕组自耦变压器、β相双绕组自耦变压器之间，所述储能型链式功率调节单元由一条储能型链式功率调节支路构成，所述储能型链式功率调节支路由依次串联的α相单相全桥AC-DC变换器、α相双向DC-DC变换器、储能装置、β相双向DC-DC变换器、β相单相全桥DC-AC变换器构成，且所述α相单相全桥AC-DC变换器的出线端子和α相双绕组自耦变压器的低压绕组对应的出线端子相连，所述β相单相全桥DC-AC变换器的出线端子和β相双绕组自耦变压器的低压绕组对应的出线端子相连，α相双绕组自耦变压器、β相双绕组自耦变压器的高压绕组均为一个出线端子分别作为储能型功率调节器的输出端、另一个出线端子接地。
优选地，所述α相单相全桥AC-DC变换器的出线端子和α相双绕组自耦变压器的低压绕组对应的出线端子之间串联有α相单相滤波电感。
优选地，所述β相单相全桥DC-AC变换器的出线端子和β相双绕组自耦变压器的低压绕组对应的出线端子之间串联有β相单相滤波电感。
优选地，所述储能装置为超级电容器、锂电池或者蓄电池。
优选地，所述α相单相全桥AC-DC变换器、α相双向DC-DC变换器、β相双向DC-DC变换器、β相单相全桥DC-AC变换器均为基于全控开关器件的功率变换器。
优选地，所述全控开关器件为绝缘栅双极型功率管IGBT、电子注入增强栅晶体管IEGT、集成门极换流晶闸管IGCT、可关断晶闸管GTO中的一种。
本发明带有储能型功率调节器的牵引变电站具有下述优点：
1、本发明包括V/v牵引变压器和直流供电线路，V/v牵引变压器的高压端口和电网相连，V/v牵引变压器的低压端口包括α相供电臂、β相供电臂和接地端，α相供电臂、β相供电臂之间连接有储能型功率调节器。通过控制α相供电臂、β相供电臂之间连接有储能型功率调节器的工作状态，能够实现在电力机车负荷不对称时，快速动态地平衡V/v牵引变低压侧两相输出电流的幅值和相位，以保证V/v牵引变高压侧三相电流的平衡，从而提高电网的三相电压平衡度。
2、本发明包括V/v牵引变压器和直流供电线路，V/v牵引变压器的高压端口和电网相连，V/v牵引变压器的低压端口包括α相供电臂、β相供电臂和接地端，α相供电臂、β相供电臂之间连接有储能型功率调节器。通过控制α相供电臂、β相供电臂之间连接有储能型功率调节器的工作状态，并结合储能，能够实现在牵引变电站主备电源切换时，为电力机车负荷提供快速连续的不间断电能支撑。
3、本发明包括V/v牵引变压器和直流供电线路，V/v牵引变压器的高压端口和电网相连，V/v牵引变压器的低压端口包括α相供电臂、β相供电臂和接地端，α相供电臂、β相供电臂之间连接有储能型功率调节器。通过控制α相供电臂、β相供电臂之间连接有储能型功率调节器的工作状态，能够控制储能装置的有功功率输出，从而保证直流母线电压的稳定以及整个储能型链式功率调节器的正常运行。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图。
图例说明：1、V/v牵引变压器；2、直流供电线路；3、储能型功率调节器；31、α相双绕组自耦变压器；32、储能型链式功率调节单元；321、α相单相全桥AC-DC变换器；322、α相双向DC-DC变换器；323、储能装置；324、β相双向DC-DC变换器；325、β相单相全桥DC-AC变换器；326、α相单相滤波电感；327、β相单相滤波电感；33、β相双绕组自耦变压器；4、电力机车。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，本实施例带有储能型功率调节器的牵引变电站包括V/v牵引变压器1和直流供电线路2，V/v牵引变压器1的高压端口和电网相连，V/v牵引变压器1的低压端口包括α相供电臂、β相供电臂和接地端，α相供电臂、接地端两者和直流供电线路2的一端相连，β相供电臂、接地端两者和直流供电线路2的另一端相连，α相供电臂、β相供电臂之间连接有储能型功率调节器3。本实施例带有储能型功率调节器的牵引变电站不仅可以平衡牵引变供电电流，而且还能实现主备电源在切换过程中通过直流供电线路2实现保持对电力机车4（负荷）的不间断供电。
如图1所示，储能型功率调节器3包括α相双绕组自耦变压器31、β相双绕组自耦变压器33以及储能型链式功率调节单元32，储能型链式功率调节单元32连接于α相双绕组自耦变压器31、β相双绕组自耦变压器33之间，储能型链式功率调节单元32由N（N≥3）条以上的储能型链式功率调节支路首尾相连呈链状结构，储能型链式功率调节支路由依次串联的α相单相全桥AC-DC变换器321、α相双向DC-DC变换器322、储能装置323、β相双向DC-DC变换器324、β相单相全桥DC-AC变换器325构成，且α相单相全桥AC-DC变换器321、位于链尾的α相单相全桥AC-DC变换器321的出线端子和α相双绕组自耦变压器31的低压绕组对应的出线端子相连，β相单相全桥DC-AC变换器325、位于链尾的β相单相全桥DC-AC变换器325的出线端子和β相双绕组自耦变压器33的低压绕组对应的出线端子相连，α相双绕组自耦变压器31、β相双绕组自耦变压器33的高压绕组均为一个出线端子分别作为储能型功率调节器3的输出端、另一个出线端子接地。本实施例中的储能型功率调节器3具有下述功能：通过控制α相单相全桥AC-DC变换器321、β相单相全桥DC-AC变换器325的工作状态，能够实现在电力机车负荷不对称时，快速动态地平衡V/v牵引变压器1低压侧两相输出电流的幅值和相位，以保证V/v牵引变压器1高压侧三相电流的平衡，从而提高电网的三相电压平衡度；通过控制α相单相全桥AC-DC变换器321、β相单相全桥DC-AC变换器325的工作状态，结合储能装置323，能够实现在牵引变电站主备电源切换时，为电力机车4负荷提供快速连续的不间断电能支撑；通过控制α相双向DC-DC变换器322、β相双向DC-DC变换器324，能够控制储能装置的有功功率输出，从而保证直流母线电压的稳定以及整个储能型链式功率调节器的正常运行。
参见图1，本实施例中储能型链式功率调节单元32由N（N≥3）条以上的储能型链式功率调节支路首尾相连呈链状结构进行示例性说明，毫无疑问，它们的数量也可以根据需要采用一个或两个，其原理与本实施例相同，因此其数量N可以延伸为N≥1。
参见图1，α相双绕组自耦变压器31高压绕组的一个出线端子a与V/v牵引变压器1的α相供电臂相连、另一个出线端子b接地。α相双绕组自耦变压器31低压绕组的一个出线端子c与α相单相全桥AC-DC变换器321交流端口的一个出线端子e相连，α相双绕组自耦变压器31低压绕组的另一个出线端子d与α相单相全桥AC-DC变换器321交流端口的一个出线端子f相连，所有α相单相全桥AC-DC变换器321之间通过两两交流端口依次级联的方式连接呈链状。α相单相全桥AC-DC变换器321的直流端口g1～gN分别与对应的α相双向DC-DC变换器322高压端口h1～hN相连，α相双向DC-DC变换器322低压端口i1～iN分别与储能装置323的一个端口j1～jN相连，储能装置323的另一个端口k1～kN分别与β相双向DC-DC变换器324的低压端口l1～lN相连，β相双向DC-DC变换器324的高压端口o1～oN分别与对应的β相单相全桥DC-AC变换器325的直流端口p1～pN相连。所有β相单相全桥DC-AC变换器325之间通过两两交流端口依次级联的方式连接呈链状，β相单相全桥DC-AC变换器325交流端口的一个出线端子q与β相双绕组自耦变压器33的低压绕组的一个出线端子s相连，β相单相全桥DC-AC变换器325的交流端口的一个出线端子r与β相双绕组自耦变压器33的低压绕组的另一个出线端子t相连，β相双绕组自耦变压器33的高压绕组的一个出线端子u与V/v牵引变压器1的β相供电臂相连、另一个出线端子v接地。
本实施例中，α相单相全桥AC-DC变换器321的出线端子e和α相双绕组自耦变压器31的低压绕组对应的出线端子c之间串联有α相单相滤波电感326。
本实施例中，β相单相全桥DC-AC变换器325的出线端子q和β相双绕组自耦变压器33的低压绕组对应的出线端子s之间串联有β相单相滤波电感327。
本实施例中，储能装置323为超级电容器、锂电池或者蓄电池。
本实施例中，α相单相全桥AC-DC变换器321、α相双向DC-DC变换器322、β相双向DC-DC变换器324、β相单相全桥DC-AC变换器325均为基于全控开关器件的功率变换器。
本实施例中，全控开关器件为绝缘栅双极型功率管IGBT、电子注入增强栅晶体管IEGT、集成门极换流晶闸管IGCT、可关断晶闸管GTO中的一种。
实施例二：
本实施例中，储能型功率调节器3包括α相双绕组自耦变压器31、β相双绕组自耦变压器33以及储能型链式功率调节单元32，储能型链式功率调节单元32连接于α相双绕组自耦变压器31、β相双绕组自耦变压器33之间，储能型链式功率调节单元32由一条储能型链式功率调节支路构成，储能型链式功率调节支路由依次串联的α相单相全桥AC-DC变换器321、α相双向DC-DC变换器322、储能装置323、β相双向DC-DC变换器324、β相单相全桥DC-AC变换器325构成，且α相单相全桥AC-DC变换器321的出线端子和α相双绕组自耦变压器31的低压绕组对应的出线端子相连，β相单相全桥DC-AC变换器325的出线端子和β相双绕组自耦变压器33的低压绕组对应的出线端子相连，α相双绕组自耦变压器31、β相双绕组自耦变压器33的高压绕组均为一个出线端子分别作为储能型功率调节器3的输出端、另一个出线端子接地。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种带有储能型功率调节器的牵引变电站，其特征在于：包括V/v牵引变压器（1）和直流供电线路（2），所述V/v牵引变压器（1）的高压端口和电网相连，所述V/v牵引变压器（1）的低压端口包括α相供电臂、β相供电臂和接地端，α相供电臂、接地端两者和直流供电线路（2）的一端相连，β相供电臂、接地端两者和直流供电线路（2）的另一端相连，所述α相供电臂、β相供电臂之间连接有储能型功率调节器（3）。
2.根据权利要求1所述的带有储能型功率调节器的牵引变电站，其特征在于：所述储能型功率调节器（3）包括α相双绕组自耦变压器（31）、β相双绕组自耦变压器（33）以及储能型链式功率调节单元（32），所述储能型链式功率调节单元（32）连接于α相双绕组自耦变压器（31）、β相双绕组自耦变压器（33）之间，所述储能型链式功率调节单元（32）由两条以上的储能型链式功率调节支路首尾相连呈链状结构，所述储能型链式功率调节支路由依次串联的α相单相全桥AC-DC变换器（321）、α相双向DC-DC变换器（322）、储能装置（323）、β相双向DC-DC变换器（324）、β相单相全桥DC-AC变换器（325）构成，且α相单相全桥AC-DC变换器（321）、位于链尾的α相单相全桥AC-DC变换器（321）的出线端子和α相双绕组自耦变压器（31）的低压绕组对应的出线端子相连，β相单相全桥DC-AC变换器（325）、位于链尾的β相单相全桥DC-AC变换器（325）的出线端子和β相双绕组自耦变压器（33）的低压绕组对应的出线端子相连，α相双绕组自耦变压器（31）、β相双绕组自耦变压器（33）的高压绕组均为一个出线端子分别作为储能型功率调节器（3）的输出端、另一个出线端子接地。
3.根据权利要求1所述的带有储能型功率调节器的牵引变电站，其特征在于：所述储能型功率调节器（3）包括α相双绕组自耦变压器（31）、β相双绕组自耦变压器（33）以及储能型链式功率调节单元（32），所述储能型链式功率调节单元（32）连接于α相双绕组自耦变压器（31）、β相双绕组自耦变压器（33）之间，所述储能型链式功率调节单元（32）由一条储能型链式功率调节支路构成，所述储能型链式功率调节支路由依次串联的α相单相全桥AC-DC变换器（321）、α相双向DC-DC变换器（322）、储能装置（323）、β相双向DC-DC变换器（324）、β相单相全桥DC-AC变换器（325）构成，且所述α相单相全桥AC-DC变换器（321）的出线端子和α相双绕组自耦变压器（31）的低压绕组对应的出线端子相连，所述β相单相全桥DC-AC变换器（325）的出线端子和β相双绕组自耦变压器（33）的低压绕组对应的出线端子相连，α相双绕组自耦变压器（31）、β相双绕组自耦变压器（33）的高压绕组均为一个出线端子分别作为储能型功率调节器（3）的输出端、另一个出线端子接地。
4.根据权利要求2或3所述的带有储能型功率调节器的牵引变电站，其特征在于：所述α相单相全桥AC-DC变换器（321）的出线端子和α相双绕组自耦变压器（31）的低压绕组对应的出线端子之间串联有α相单相滤波电感（326）。
5.根据权利要求2或3所述的带有储能型功率调节器的牵引变电站，其特征在于：所述β相单相全桥DC-AC变换器（325）的出线端子和β相双绕组自耦变压器（33）的低压绕组对应的出线端子之间串联有β相单相滤波电感（327）。
6.根据权利要求2或3所述的带有储能型功率调节器的牵引变电站，其特征在于：所述储能装置（323）为超级电容器、锂电池或者蓄电池。
7.根据权利要求2或3所述的带有储能型功率调节器的牵引变电站，其特征在于：所述α相单相全桥AC-DC变换器（321）、α相双向DC-DC变换器（322）、β相双向DC-DC变换器（324）、β相单相全桥DC-AC变换器（325）均为基于全控开关器件的功率变换器。
8.根据权利要求7所述的带有储能型功率调节器的牵引变电站，其特征在于：所述全控开关器件为绝缘栅双极型功率管IGBT、电子注入增强栅晶体管IEGT、集成门极换流晶闸管IGCT、可关断晶闸管GTO中的一种。
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