CN107284252A

CN107284252A - 一种地铁牵引供电系统及方法

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Publication number: CN107284252A
Application number: CN201611185427.9A
Authority: CN
Inventors: 白锡彬; 刘贺江; 由振忠; 刘海玲
Original assignee: China Railway Electrification Engineering Group Co Ltd
Current assignee: China Railway Electrification Engineering Group Co Ltd
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2017-10-24

Abstract

本发明公开了一种地铁牵引供电系统及方法，该供电系统包括中压能馈装置、DC‑DC变换器、储能装置；中压能馈装置一端连接交流电网、另一端具有正极和负极，正极与接触网连接，负极与钢轨连接；DC‑DC变换器分别与储能装置、接触网、钢轨连接，DC‑DC变换器内部具有控制器；该供电方法包括如下步骤，步骤1，利用中压能馈装置为地铁供电；步骤2，监控地铁车辆供电需求状态；步骤3，如果中压能馈装置无法满足供电需求，则启动储能装置，使中压能馈装置和储能装置同时为地铁供电。本发明提供了一种高效、可靠、智能化的供电系统和方法，能够有效地减小供电系统的占地面积、提高能源的利用率，节约电能。

Description

一种地铁牵引供电系统及方法

技术领域

本发明涉及地铁牵引供电技术领域，更为具体来说，本发明为一种地铁牵引供电系统及方法。

背景技术

传统的地铁牵引供电主要有以下两种方式。

第一种，电源由中压网络10kV/35kV引入后，经过2套12脉波整流机组并联、接入接触网后为地铁车辆供电，其中每套整流机组的容量为2MW，此方式简单可靠，但是这种供电方式粗放、占地面积大、能源浪费、供电装置利用率不高。

第二种，在原有配备的2套容量2MW的12脉波整流机组的基础上，加装一套2WM中压能馈装置，在地铁车辆电制动停车时，将多余电能通过能馈装置返回给中压电网，节省电能，同时，可节省车载制动电阻和地面制动电阻，降低设备成本和安装空间，减少噪声污染。但是这种供电方式的缺点是原有2套12脉波整流机组仍然占用较大面积、供电装置利用率不高。有人想对中压能馈装置扩容，但是，受到基础元件技术瓶颈的限制，无法满足实际使用需求或设备成本过高导致经济效益不佳。

因此，获得一种占地面积小、能源利用率高的地铁牵引供电方法或者装置成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和研究的重点。

发明内容

为解决现有的地铁牵引供电方法存在的诸多问题，本发明公开了一种地铁牵引供电系统及方法，省去了整流机组，仅通过中压能馈装置和储能装置为地铁供电，从而达到减小供电系统占地面积、提高能源利用率等目的。

为实现上述的技术目的，本发明公开了一种地铁牵引供电系统，该供电系统包括中压能馈装置、DC-DC变换器、储能装置；所述中压能馈装置一端连接交流电网、另一端具有正极和负极，所述正极与接触网连接，所述负极与钢轨连接；所述DC-DC变换器分别与储能装置、接触网、钢轨连接，所述DC-DC变换器内部具有控制器。

本发明中的中压能馈装置具有供电功能，通过储能装置，突破了中压能馈装置扩容受到技术瓶颈的限制，解决了目前单一设备功能不足、单一设备容量不能满足要求等问题。

进一步地，该供电系统还包括与所述控制器连接的电流传感器，所述电流传感器串联于地铁牵引供电系统形成的供电回路中。

进一步地，所述储能装置为超级电容或其他存储电能的装置。

本发明可以是一种基于超级电容的地铁牵引供电装置,该装置与双向供电模块匹配设计,即该装置与DC/DC变换器匹配设计，可以替代现有的供电装置,实现节能减排,提高供电装置利用率。

进一步地，所述中压能馈装置包括依次串联的断路器、能馈变压器、四象限变流器，所述断路器连接交流电网，所述四象限变流器具有正极和负极，所述正极与接触网之间依次串联正极隔离柜、直流开关柜，所述负极与钢轨之间串联负极隔离柜。

本发明还公开了一种地铁牵引供电方法，该供电方法包括如下步骤，

步骤1，利用中压能馈装置为地铁供电；

步骤2，监控地铁车辆供电需求状态；

步骤3，如果中压能馈装置无法满足供电需求，则启动储能装置，使中压能馈装置和储能装置同时为地铁供电。

本发明利用中压能馈装置、储能装置为地铁车辆供电，以满足地铁在不同时段的运行需求，节省了传统的整流机组，减小了牵引供电系统的占地面积，而且储能装置仅在系统需要的时间段进行工作。

进一步地，步骤2中，通过检测供电回路中的电流值的方式监控地铁车辆供电需求状态；步骤3中，当供电回路中的电流值超过阈值时，说明中压能馈装置无法满足供电需求，则启动储能装置。

进一步地，步骤2中，通过读取机车启动信号或计轴设备检测信号的方式监控地铁车辆供电需求状态。

进一步地，该供电方法还包括如下步骤，

步骤4，当无车通过或中压能馈装置满足供电需求，且储能装置电量未充足时，利用接触网为储能装置充电。

进一步地，步骤3中，利用超级电容作为储能装置。

进一步地，步骤2中，通过电流传感器检测供电回路中的电流值；将电流传感器安装于中压能馈装置的负极回流侧或正极输出侧。

本发明的有益效果为：本发明提供了一种高效、可靠、智能化的供电系统和方法，能够有效地减小供电系统的占地面积、提高能源的利用率，而且，本发明方案易实施，便于推广使用。

附图说明

图1为地铁牵引供电系统组成示意图。

图2为中压能馈装置结构组成示意图。

图3为实施例一中地铁牵引供电流程示意图。

图中，

1、交流电网；2、中压能馈装置；20、断路器；21、能馈变压器；22、四象限变流器；23、正极隔离柜；24、直流开关柜；25、负极隔离柜；3、DC-DC变换器；4、储能装置；5、电流传感器；6、接触网；7、钢轨。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细的解释和说明。

实施例一：

如图1所示，本发明公开了一种地铁牵引供电系统，该供电系统包括中压能馈装置2、DC-DC变换器3、储能装置4；中压能馈装置2一端连接交流电网1，中压能馈装置2另一端具有正极和负极，正极与接触网6连接，负极与钢轨7连接，以实现为地铁供电；DC-DC变换器3分别与储能装置4、接触网6、钢轨7连接，DC-DC变换器3内部具有控制器，通过控制器获取当前供电需求情况，并判断是否利用储能装置为地铁运行供电。

本实施例中，该供电系统还包括与控制器连接的电流传感器5，电流传感器5串联于地铁牵引供电系统形成的供电回路中，具体地，电流传感器安装于中压能馈装置的负极回流侧或正极输出侧，通过电流传感器5得到供电回路中的电流值，并通过控制器判断该电流值是否超过阈值，储能装置4可为超级电容或其他存储电能的装置，如果检测的电流值超过阈值，则利用超级电容为地铁运行供电。

更为具体地，中压能馈装置2包括依次串联的断路器20、能馈变压器21、四象限变流器22，断路器20连接交流电网1，四象限变流器22具有正极和负极，正极与接触网6之间依次串联正极隔离柜23、直流开关柜24，负极与钢轨7之间串联负极隔离柜25。

如图2、3、1所示，本发明还公开了一种地铁牵引供电方法，该供电方法包括如下步骤，

步骤1，利用中压能馈装置2为地铁供电，列车启动；使中压能馈装置2既具有传统的电能回收功能，又具有供电功能。

步骤2，监控地铁车辆供电需求状态；本实施例中，通过检测供电回路中的电流值的方式监控地铁车辆供电需求状态；可通过电流传感器5检测中压能馈装置2供电回路中的电流值；如图1所示，可将电流传感器安装于中压能馈装置的负极回流侧或正极输出侧。

步骤3，如果中压能馈装置2无法满足供电需求，则启动储能装置4，使中压能馈装置2和储能装置4同时为地铁供电。本实施例中，当供电回路中的电流值超过阈值时，说明中压能馈装置2无法满足供电需求，则启动储能装置4。本实施例中，利用超级电容作为储能装置4，电流传感器5将检测的电流值发送至DC-DC变换器3,DC-DC变换器3内部的控制器将检测到的电流值与阈值进行对比，如果检测到的电流值超过阈值，则启动超级电容，将超级电容中的电能输送至直流网络，直至供电回路中的电流值不大于阈值。对于阈值大小，本发明可为供电容量达到能馈装置供电容量80％时供电回路的电流值。

步骤4，当无车通过或中压能馈装置2满足供电需求，且储能装置4电量未充足时，利用与交流电网1连接的接触网6为储能装置4充电。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，其区别在于：步骤2中，本实施例中，采用其他的方式监控地铁车辆供电需求状态，通过读取机车启动信号或计轴设备检测信号的方式监控地铁车辆供电需求状态，从而得知地铁运行需要较大的电流。在本发明的技术启示下，可选择多种方式监控地铁车辆供电需求状态。

需要说明的是，根据GB50157-2013《地铁设计规范》第15.2.9规定，牵引供电系统要连续满足100％额定电流、2小时供电150％额定电流、1分钟供电300％额定电流，具体下表所示。相对于传统两组12脉波整流机组每组设计容量2MW，按2小时150％额定电流计算，(2+2)*150％＝6MW,因此，本发明中压能馈装置2设计容量6MW,可满足150％额定电流2小时供电需求。

负荷	100％额定电流	150％额定电流	300％额定电流
				持续时间	连续	2h	1min

如上表所示，如果要满足供电1分钟300％额定电流需要，中压能馈装置2需按容量12MW配置，目前受底层基础元件或者成本影响，单机设计容量12MW有困难，而且为满足短时供电，如1分钟供电300％额定电流，而增加供电装置的供电能力会造成严重容量浪费，供电装置利用率不高。为解决这个问题，本发明采用上述的储能装置4与中压能馈装置2共同为地铁供电。本发明中，超级电容储能装置4供电能力满足6000kW/1500V＝4000A,供电时间1分钟，充分利用超级电容储能大、放电速度快的优点,仅仅作为短时供电使用,节省设备投资大、产品占地面积大的问题。当超级电容不供电时由变换器内部I GBT开关器件或其他可控半导体器件调节占空比控制吸收功率从直流电网为其充电。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“本实施例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种地铁牵引供电系统，其特征在于：该供电系统包括中压能馈装置(2)、DC-DC变换器(3)、储能装置(4)；所述中压能馈装置(2)一端连接交流电网(1)、另一端具有正极和负极，所述正极与接触网(6)连接，所述负极与钢轨(7)连接；所述DC-DC变换器(3)分别与储能装置(4)、接触网(6)、钢轨(7)连接，所述DC-DC变换器(3)内部具有控制器。

2.根据权利要求1所述的地铁牵引供电系统，其特征在于：该供电系统还包括与所述控制器连接的电流传感器(5)，所述电流传感器(5)串联于地铁牵引供电系统形成的供电回路中。

3.根据权利要求1或2所述的地铁牵引供电系统，其特征在于：所述储能装置(4)为超级电容或其他存储电能的装置。

4.根据权利要求1或2所述的地铁牵引供电系统，其特征在于：所述中压能馈装置(2)包括依次串联的断路器(20)、能馈变压器(21)、四象限变流器(22)，所述断路器(20)连接交流电网(1)，所述四象限变流器(22)具有正极和负极，所述正极与接触网(6)之间依次串联正极隔离柜(23)、直流开关柜(24)，所述负极与钢轨(7)之间串联负极隔离柜(25)。

5.一种地铁牵引供电方法，其特征在于：该供电方法包括如下步骤，

步骤1，利用中压能馈装置为地铁供电；

步骤2，监控地铁车辆供电需求状态；

6.根据权利要求5所述的地铁牵引供电方法，其特征在于：步骤2中，通过检测供电回路中的电流值的方式监控地铁车辆供电需求状态；步骤3中，当供电回路中的电流值超过阈值时，说明中压能馈装置无法满足供电需求，则启动储能装置。

7.根据权利要求5所述的地铁牵引供电方法，其特征在于：步骤2中，通过读取机车启动信号或计轴设备检测信号的方式监控地铁车辆供电需求状态。

8.根据权利要求5、6或7所述的地铁牵引供电方法，其特征在于：该供电方法还包括如下步骤，

9.根据权利要求6所述的地铁牵引供电方法，其特征在于：步骤3中，利用超级电容作为储能装置。

10.根据权利要求6所述的地铁牵引供电方法，其特征在于：步骤2中，通过电流传感器检测供电回路中的电流值；将电流传感器安装于中压能馈装置的负极回流侧或正极输出侧。