CN110768243B - 轨道交通供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通供电系统，包括：变配电模块，变配电模块包括变压器，变压器的初级侧通过高压母线与市电网进线相连，变压器的第一次级侧与第一供电母线相连，变压器的第二次级侧与第二供电母线相连，其中，第一供电母线与轨道交通的低压负载相连；充电模块，充电模块包括充电单元和受流器，充电单元的一端与第二供电母线相连，充电单元的另一端与受流器相连；其中，变配电模块和充电模块均设置在充电站，当轨道车辆停靠在充电站时，受流器与轨道车辆的取流器相连，以便充电单元给轨道车辆充电。该供电系统所使用设备集成设置，使得车站占地面积小，供电更简单，便于统一协调管理，且成本低，经济性好。

Description

轨道交通供电系统

技术领域

本发明涉及供电技术领域，特别涉及一种轨道交通供电系统。

背景技术

目前，在城市轨道交通领域，供电系统采用的是从市电网中引入一路10kV进线，然后在充电站设置小型变配电模块，采用中压进线柜实现10kV电源引入，然后通过降压变压器进行高压到低压的转换，采用低压开关柜实现电力分配，分别给充电模块和动力照明供电。进一步地，当轨道车辆与充电模块连接后，充电模块对低压进行进一步变换，以给轨道车辆充电。

然而，该供电系统需要一整套的供变电设备，即需要更多的机电设备(包括高压柜、变压器、低压柜等)。机电设备的增加会导致需要更复杂的保护回路，会产生更多的故障点，也会占用更大的用地面积和更高的成本代价。与此同时，变配电模块和充电模块中均设置有变压器、滤波、漏电保护等设备，而将两者分割开来，对两种设备保护必然会分开，造成冗余浪费，成本增加，维护维修也会相对比较麻烦。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种轨道交通供电系统，该系统比较精简，功能完备，且供电可靠性高。

为达到上述目的，本发明提出了的一种轨道交通供电系统，包括：变配电模块，所述变配电模块包括变压器，所述变压器的初级侧通过高压母线与市电网进线相连，所述变压器的第一次级侧与第一供电母线相连，所述变压器的第二次级侧与第二供电母线相连，其中，所述第一供电母线与轨道交通的低压负载相连；充电模块，所述充电模块包括充电单元和受流器，所述充电单元的一端与所述第二供电母线相连，所述充电单元的另一端与所述受流器相连；其中，所述变配电模块和所述充电模块均设置在充电站，当轨道车辆停靠在所述充电站时，所述受流器与所述轨道车辆的取流器相连，以便所述充电单元给所述轨道车辆充电。

本发明的轨道交通供电系统，将变配电模块和充电单元集成设置，便于对轨道交通低压负载和充电模块的供电进行统一协调管理，同时节约了车站的占地面积，提高了供电的可靠性，且降低了供电成本，从而提高了供电的经济性。

另外，根据本发明上述的轨道交通供电系统还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述充电单元包括：第一AC/DC变换器，所述第一AC/DC变换器的交流侧与所述第二供电母线相连；充电电路，所述充电电路的一端与所述第一AC/DC变换器的直流侧相连，所述充电电路的另一端与所述受流器相连；控制器，所述控制器分别与所述第一AC/DC变换器和所述充电电路的控制端相连，所述控制器用于调整所述第一AC/DC变换器的充电功率大小，以及控制所述充电电路的导通和断开。

根据本发明的一个实施例，所述受流器为充电槽，所述取流器为充电刀片，其中，所述充电槽沿走行轨的延伸方向设置，所述充电刀片设置在所述轨道车辆的底部。

根据本发明的一个实施例，所述充电槽包括第一槽体和第二槽体，所述充电电路包括：正极接触器，所述正极接触器的一端与所述第一AC/DC变换器的直流侧的正极相连，所述正极接触器的另一端与所述第一槽体相连；负极接触器，所述负极接触器的一端与所述第一AC/DC变换器的直流侧的负极相连，所述负极接触器的另一端与所述第二槽体相连；预充接触器，所述预充接触器的一端与所述第一AC/DC变换器的直流侧的正极相连；预充电阻，所述预充电阻的一端与所述预充接触器的另一端相连，所述预充电阻的另一端与所述第一槽体相连；其中，所述控制器用于对所述正极接触器、所述负极接触器和所述预充接触器的闭合和断开进行控制。

根据本发明的一个实施例，所述充电单元还包括：滤波器，所述滤波器的一端与所述第一AC/DC变换器的直流侧相连，所述滤波器的另一端与所述充电电路的一端相连。

根据本发明的一个实施例，所述轨道交通供电系统，还包括：浪涌保护器，所述浪涌保护器设置在所述变压器与所述高压母线之间。

根据本发明的一个实施例，所述变配电模块还包括：开关柜，所述开关柜包括进线柜和馈线柜，所述进线柜通过所述高压母线与所述市电网进线相连，所述馈线柜通过所述高压母线与所述变压器的初级侧相连。

根据本发明的一个实施例，所述开关柜还包括出线柜，所述出线柜与市电网出线相连，其中，所述市电网出线用于作为其它变配电模块的市电网进线。

根据本发明的一个实施例，所述轨道交通供电系统，还包括储能装置，所述储能装置包括：第二AC/DC变换器，所述第二AC/DC变换器的交流侧与所述第一供电母线相连；储能电池，所述储能电池与所述第二AC/DC变换器的直流侧相连；第三AC/DC变换器，所述第三AC/DC变换器的交流侧与所述第二供电母线相连；DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的一端与所述第三AC/DC变换器的直流侧相连，所述DC/DC变换器的另一端与所述储能电池相连。

根据本发明的一个实施例，所述轨道交通供电系统，还包括光伏发电装置，所述光伏发电装置包括：光伏发电组件，所述光伏发电组件用于利用太阳能发电；第四AC/DC变换器，所述第四AC/DC变换器的交流侧与所述第二供电母线相连，所述第四AC/DC变换器的直流侧与所述光伏发电组件相连。

根据本发明的一个实施例，当所述变压器的初级侧输入10kV交流电后，所述变压器的第一次级侧输出400V交流电，所述变压器的第二次级侧输出640V交流电。

根据本发明的一个实施例，所述充电单元与所述变配电模块集成设置。

附图说明

图1是根据本发明第一个实施例的轨道交通供电系统的结构示意图；

图2是根据本发明第二个实施例的轨道交通供电系统的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的充电模块的结构示意图；

图4是根据本发明第三个实施例的轨道交通供电系统的结构示意图；

图5是根据本发明第四个实施例的轨道交通供电系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的轨道交通供电系统。

图1是根据本发明一个实施例的轨道交通供电系统的结构示意图。如图1所示，该供电系统包括变配电模块10和充电模块20。

参见图1，变配电模块10包括变压器T，变压器T的初级侧通过高压母线L1与市电网进线相连，变压器T的第一次级侧与第一供电母线L2相连，变压器T的第二次级侧与第二供电母线L3相连，其中，第一供电母线L2与轨道交通的低压负载相连；充电模块20包括充电单元21和受流器22，充电单元21的一端与第二供电母线L3相连，充电单元21的另一端与受流器相连。其中，变配电模块10和充电模块20均设置在充电站，当轨道车辆停靠在充电站时，受流器22与轨道车辆的取流器相连，以便充电单元21给轨道车辆充电。

在该实施例中，轨道交通的低压负载可包括动照负载、空调负载等。其中，动照负载可以但不限于包括照明配电柜、应急电源配电柜、智能疏散指示系统、电气火灾监控系统、照明灯具、插座、照明开关等。

应当理解，为便于轨道车辆的充电，充电站即轨道车辆的停靠车站。其中，轨道车辆可以是有轨电车，如云巴、云轨列车等。

该供电系统，通过一个变压器即可实现低压负载和轨道车辆充电的用电需求，能够节约车站的占地面积，提高供电的可靠性，且能够降低供电成本，从而提高了供电的经济性。

进一步地，在本发明的一个实施例中，充电单元21与变配电模块10可集成设置。即言，将充电单元21和变配电模块10作为一个有机整体，例如，可以是将充电单元21和变配电模块10统一设置在一个柜体中，并通过一个集成控制器实现对充电单元21和变配电模块10的控制。由此，便于对轨道交通低压负载和充电模块的供电进行统一协调管理，

在本发明的一个实施例中，如图2所示，从市电网进线引入10kV交流电，即变压器T的初级侧输入10kV交流电后，变压器T的第一次级侧输出400V交流电，变压器T的第二次级侧输出640V交流电。

其中，400V交流电通过第一供电母线L2给轨道交通的低压负载(如动照负载)供电，640V交流电通过第二供电母线L3给充电模块20供电。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，变配电模块10还包括开关柜11。其中，开关柜11包括进线柜111和馈线柜112，进线柜111通过高压母线L1与市电网进线相连，馈线柜112通过高压母线L1与变压器T的初级侧相连。

进一步地，如图2所示，开关柜11还包括出线柜113，出线柜113与市电网出线相连，其中，市电网出线可用于作为其它变配电模块的市电网进线。

由此，开关柜11的设置可便于市电网10kV中压引入变配电模块10，以及传输至下一个车站的变配电模块。

在本发明的一个实施例中，如图2、图3所示，充电单元21包括第一AC/DC变换器211、充电电路212和控制器213。

参见图3，第一AC/DC变换器211的交流侧与第二供电母线L3相连；充电电路212的一端与第一AC/DC变换器211的直流侧相连，充电电路212的另一端与受流器22相连；控制器213分别与第一AC/DC变换器211和充电电路212的控制端相连，控制器213用于调整第一AC/DC变换器211的充电功率大小，以及控制充电电路212的导通和断开。

在一个实施例中，受流器22为充电槽，取流器为充电刀片，其中，充电槽沿走行轨的延伸方向设置，充电刀片设置在轨道车辆的底部，充电槽的长度与对应的充电刀片的长度相当。

可选地，当轨道车辆上设置一对或多对充电刀片时，在充电站可以对应设置一个或多个充电模块20(图2示出了两个)，即每对充电刀片均有充电槽与之对应。

进一步地，充电槽包括第一槽体221和第二槽体222。在该实施例中，如图2、图3所示，充电电路212包括正极接触器K1、负极接触器K2、预充接触器K3和预充电阻R。

其中，正极接触器K1的一端与第一AC/DC变换器211的直流侧的正极相连，正极接触器K1的另一端与第一槽体221相连；负极接触器K2的一端与第一AC/DC变换器211的直流侧的负极相连，负极接触器K2的另一端与第二槽体222相连；预充接触器K3的一端与第一AC/DC变换器211的直流侧的正极相连；预充电阻R的一端与预充接触器K3的另一端相连，预充电阻R的另一端与第一槽体211相连；其中，控制器213用于控制正极接触器K1、负极接触器K2和预充接触器K3的闭合和断开进行控制。

具体地，如图3所示，轨道车辆即将驶入充电站，例如，轨道车辆驶向充电站，且轨道车辆的最前端的充电刀片刚好开始“接触”(即水平距离为0)充电槽时，轨道车辆向充电模块20发送预充指令。充电模块20进行自检，对于自检正常的充电模块20，其控制器213在接收到预充指令后，控制负极接触器K2、预充接触器K3闭合，以通过预充电阻R对充电槽进行预充电。由此，能够减少轨道车辆取流器的电压突变，保护轨道车辆的取流器。

进一步地，当轨道车辆停稳在充电站时，充电刀片与对应的充电槽正对，轨道车辆向充电模块20发送充电允许指令，此时，控制器213控制预充接触器K3断开，并控制正极接触器K1闭合,为轨道车辆进行主充电。当轨道车辆充电完成后，例如，轨道车辆内的动力电池的SOC(State of Charge，荷电状态)达到％，轨道车辆会向充电模块20发送充电结束指令，控制器213在接收到充电结束指令后，将第一AC/DC变换器211的充电功率限为0，并控制正极接触器K1断开，完成轨道车辆进站充电。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，充电单元21还包括滤波器214。滤波器214的一端与第一AC/DC变换器211的直流侧相连，滤波器214的另一端与充电电路212的一端相连。

由此，通过该滤波器214可对第一AC/DC变换器211输出的直流电进行过滤，以使输入至受流器22的直流电平稳，从而能够提高充电效果。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，轨道交通供电系统还可以包括SPD(Surgeprotection Device，浪涌保护器)，浪涌保护器设置在变压器T与高压母线L1之间，以用于保证变压器T初级侧电路的安全。

相较于现有技术，本发明将中压柜、变压器、低压柜、充电槽各种机电设备按照功能模块做一个资源整合，使其成为一个高度集成的设备，该设备可以是类似黑匣子的一个设备，该设备同时具有高压转低压，交直流转换，电力分配的功能。具体来说，就是将现有技术中重复功能整合，现有技术中需要将中压降到低压，然后在充电柜升压到所需电压，需要两套变压装置，浪费材料，增加成本，本发明则将这两个变压过程一次性完成，即采用图1所示的变压器T直接将电压降到所需电压；现有技术中需要在变配电站和充电柜中分别独立设置了一套漏电保护装置、一套浪涌保护装置、一套滤波装置等，本发明则将变配电站和充电柜整合集成在一起，全部只需要一套漏电保护装置、一套浪涌保护装置、一套滤波装置即可。

由此，本发明的供电系统，在满足和现有技术的供电系统同样功能的前提下，更加的精简、集成化，节约了更多的材料(包括一部分的元器件和线缆、铜排)，大幅度降低了成本，使得轨道车辆供电更经济可靠，同时，将供变配电和充电统一协调管理，接口更少，故障率降低，更经济适用、安全可靠。

在本发明的一个实施例中，如图4所示，轨道交通供电系统还包括储能装置30，其中，储能装置30包括第二AC/DC变换器31、储能电池32、第三AC/DC变换器33和DC/DC变换器34。

参见图4，第二AC/DC变换器31的交流侧与第一供电母线L2相连，储能电池32与第二AC/DC变换器31的直流侧相连，第三AC/DC变换器33的交流侧与第二供电母线L3相连，DC/DC变换器34的一端与第三AC/DC变换器33的直流侧相连，DC/DC变换器34的另一端与储能电池32相连。

在该实施例中，如图4所示，第二AC/DC变换器31的交流侧可通过一断路器QF1与第一供电母线L2相连，第三AC/DC变换器33的交流侧可通过一个断路器QF2与第二供电母线L3相连，且第二AC/DC变换器31、第三AC/DC变换器33和DC/DC变换器34可均为双向变换器。当市电网供电正常，且低压负载和充电模块20供电量均充足时，可控制QF1和/或QF2闭合，并控制储能装置30储存电能；当市电网供电异常，则可根据需要控制QF1和/或QF2闭合，并控制储能装置30释放电能，以通过第一供电母线L2给低压负载供电，和/或，通过第二供电母线L3给充电模块20供电。

可选地，当低压负载和充电模块20同时有用电需求时，可优先控制QF2闭合，并控制储能装置30通过第二供电母线L3给充电模块20供电。

在本发明的一个实施例中，如图5所示，轨道交通供电系统还可包括光伏发电装置40，其中，光伏发电装置40包括光伏发电组件41和第四AC/DC变换器42。

在该实施例中，光伏发电组件41用于利用太阳能发电。参见图5，第四AC/DC变换器42的交流侧与第二供电母线L3相连，第四AC/DC变换器42的直流侧与光伏发电组件41相连。

当然，为保证光伏发电装置40输入至第一供电母线L2电压的稳定性，光伏发电组件41中可包括蓄电池，用于存储电能。

具体地，参见图5，光伏发电装置40与第一供电母线L2之间可连接有一断路器QF3。光伏发电装置40可作为市电网的辅助供电电源，当市电网供电正常，且供电量不足时，可控制QF3闭合，以使光伏发电装置40和市电网并网供电；当市电网供电异常时，可控制QF3闭合，以使光伏发电装置40通过第一供电母线L2给低压负载供电，如果此时光伏发电装置40供电充足，则可控制QF1闭合，并可控制储能装置30储能。

由此，通过光伏发电和交流储能技术，可使得供电系统的功能更加完善，在市电网断电情况下，可通过储能装置及时为低压负载和/或充电模块提供电能，保证了供电系统的可靠性，减轻了市电网断电产生的恶劣影响。

另外，参见图4、图5，为便于供电系统的供电控制和维护维修，市电网进线与高压母线L1之间可连接有断路器QF4，市电网出线与高压母线L1之间可连接有断路器QF5，变压器T的初级侧与高压母线L1之间可连接有断路器QF6，变压器T的第一次级侧与第一供电母线L2之间可连接有断路器QF7，低压负载与第一供电母线L2之间可连接有断路器QF8，充电模块20与第二供电母线L3之间可连接有断路器QF9。

综上，本发明实施例的轨道交通供电系统，将变配电模块和充电单元集成设置，便于对轨道交通低压负载和充电模块的供电进行统一协调管理，同时节约了车站的占地面积，提高了供电的可靠性，且降低了供电成本，从而提高了供电的经济性。另外，储能装置和光伏发电装置的设置，可提高供电系统的供电可靠性，减轻市电网断电产生的恶劣影响。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种轨道交通供电系统，其特征在于，包括：

变配电模块，所述变配电模块包括变压器，所述变压器的初级侧通过高压母线与市电网进线相连，所述变压器的第一次级侧与第一供电母线相连，所述变压器的第二次级侧与第二供电母线相连，其中，所述第一供电母线与轨道交通的低压负载相连；

充电模块，所述充电模块包括充电单元和受流器，所述充电单元的一端与所述第二供电母线相连，所述充电单元的另一端与所述受流器相连；

其中，所述变配电模块和所述充电模块均设置在充电站，且所述变配电模块和所述充电模块集成设置，当轨道车辆停靠在所述充电站时，所述受流器与所述轨道车辆的取流器相连，以便所述充电单元给所述轨道车辆充电；

还包括储能装置，所述储能装置包括：

第二AC/DC变换器，所述第二AC/DC变换器的交流侧与所述第一供电母线相连；

储能电池，所述储能电池与所述第二AC/DC变换器的直流侧相连；

第三AC/DC变换器，所述第三AC/DC变换器的交流侧与所述第二供电母线相连；

DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的一端与所述第三AC/DC变换器的直流侧相连，所述DC/DC变换器的另一端与所述储能电池相连。

2.如权利要求1所述的轨道交通供电系统，其特征在于，所述充电单元包括：

第一AC/DC变换器，所述第一AC/DC变换器的交流侧与所述第二供电母线相连；

充电电路，所述充电电路的一端与所述第一AC/DC变换器的直流侧相连，所述充电电路的另一端与所述受流器相连；

控制器，所述控制器分别与所述第一AC/DC变换器和所述充电电路的控制端相连，所述控制器用于调整所述第一AC/DC变换器的充电功率大小，以及控制所述充电电路的导通和断开。

3.如权利要求2所述的轨道交通供电系统，其特征在于，所述受流器为充电槽，所述取流器为充电刀片，其中，所述充电槽沿走行轨的延伸方向设置，所述充电刀片设置在所述轨道车辆的底部。

4.如权利要求3所述 的轨道交通供电系统，其特征在于，所述充电槽包括第一槽体和第二槽体，所述充电电路包括：

正极接触器，所述正极接触器的一端与所述第一AC/DC变换器的直流侧的正极相连，所述正极接触器的另一端与所述第一槽体相连；

负极接触器，所述负极接触器的一端与所述第一AC/DC变换器的直流侧的负极相连，所述负极接触器的另一端与所述第二槽体相连；

预充接触器，所述预充接触器的一端与所述第一AC/DC变换器的直流侧的正极相连；

预充电阻，所述预充电阻的一端与所述预充接触器的另一端相连，所述预充电阻的另一端与所述第一槽体相连；

其中，所述控制器用于对所述正极接触器、所述负极接触器和所述预充接触器的闭合和断开进行控制。

5.如权利要求2所述的轨道交通供电系统，其特征在于，所述充电单元还包括：

滤波器，所述滤波器的一端与所述第一AC/DC变换器的直流侧相连，所述滤波器的另一端与所述充电电路的一端相连。

6.如权利要求1所述的轨道交通供电系统，其特征在于，还包括：

浪涌保护器，所述浪涌保护器设置在所述变压器与所述高压母线之间。

7.如权利要求1-6中任一项所述的轨道交通供电系统，其特征在于，所述变配电模块还包括：

开关柜，所述开关柜包括进线柜和馈线柜，所述进线柜通过所述高压母线与所述市电网进线相连，所述馈线柜通过所述高压母线与所述变压器的初级侧相连。

8.如权利要求7所述的轨道交通供电系统，其特征在于，所述开关柜还包括出线柜，所述出线柜与市电网出线相连，其中，所述市电网出线用于作为其它变配电模块的市电网进线。

9.如权利要求1所述的轨道交通供电系统，其特征在于，还包括光伏发电装置，所述光伏发电装置包括：

光伏发电组件，所述光伏发电组件用于利用太阳能发电；

第四AC/DC变换器，所述第四AC/DC变换器的交流侧与所述第二供电母线相连，所述第四AC/DC变换器的直流侧与所述光伏发电组件相连。

10.如权利要求1所述的轨道交通供电系统，其特征在于，当所述变压器的初级侧输入10kV交流电后，所述变压器的第一次级侧输出400V交流电，所述变压器的第二次级侧输出640V交流电。

Images