CN111216602A - 非接触式牵引供电系统站内再生制动能量分配与优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明非接触式牵引供电系统站内再生制动能量分配与优化方法,包括:将储能设备增加至非接触式牵引供电系统中;对非接触式牵引供电系统的列车的进站和出站的工况进行分类;根据对非接触式牵引供电系统的列车的进站和出站的工况分类对储能设备和电网协同供电的工作状况进行分类。通过将无线电能传输技术应用于高速铁路中,能够解决接触网带来的一些不确定因素,车网耦合振荡。针对高速列车进站与出站过程中,通过在能量双向馈动非接触式牵引供电系统中加入储能装置提高再生制动能量利用率,提高站内能量分配能力,对储能装置进行控制,能够对五种工作模式进行转换,完成削峰填谷,提高电网灵活性,提升经济性及可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通非接触式牵引供电技术领域,具体地涉及非接触式牵引供电系统站内再生制动能量分配与优化方法。
背景技术
随着高速铁路的迅速发展,目前已经取得了很大的进步。然而接触网供电会造成很多问题,例如摩擦、腐蚀,火花,异物,雷击,恶劣天气等严重影响供电可靠性,一块塑料布就可以导致列车停电,因此需要考虑是否可以替代接触网供电。高速铁路再生制动能量利用率不高,这是由于目前对于再生制动的处理方式所决定的:(1)被同一供电臂上处于再生工况的动车组消耗。(2)以热能的形式被制动电阻消耗。(3)返回电网但不计费用,谐波影响导致能量利用率较低。如何能够充分利用电能,实现能源调度与优化已成为需要解决的问题。双向无线电能传输系统可以通过控制负载侧的能量接口实现其与电网之间的双向互动和交换,提高电网供电灵活性,可靠性和能源利用效率,可代替接触网实现轨道交通供电。而具有储能装置的再生制动系统具有削峰填谷,解决回馈电能谐波污染,提高电网的灵活性,可靠性,经济性。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是克服现有技术的缺陷,提供非接触式牵引供电系统站内再生制动能量分配与优化方法。
(二)技术方案
为解决上述问题,本发明提出非接触式牵引供电系统站内再生制动能量分配与优化方法,包括将储能设备增加至非接触式牵引供电系统中;
对非接触式牵引供电系统的列车的进站和出站的工况进行分类;
根据对非接触式牵引供电系统的列车的进站和出站的工况分类对储能设备的工作状况进行分类。
进一步的,所述非接触式牵引供电系统为移动式双向ICPT系统,且包括多发射双拾取拓扑结构数学模型。
进一步的,通过将双向Buck-Boost电路添加至非接触式牵引供电系统中的直流电路中,实现将储能设备增加至非接触式牵引供电系统中。
进一步的,对非接触式牵引供电系统的列车的进站和出站的工况分类为:
工况1,两列车同时处于再生制动工况;
工况2,两列车同时处于牵引工况;
工况3,一车处于再生制动工况,另一车处于牵引工况,再生制动电能等于牵引用电电能;
工况4,一车处于再生制动工况,另一车处于牵引工况,再生制动电能大于牵引用电电能;
工况5,一车处于再生制动工况,另一车处于牵引工况,牵引用电电能大于再生制动电能。
进一步的,根据对非接触式牵引供电系统的列车的进站和出站的工况分类对对储能设备和电网协同供电的工作状况分类为:
在工况1时,将再生制动电能存储于储能装置;
在工况2时,由电网与储能装置同时给两列车供电;
在工况3时在储能装置不参与补偿工作;
在工况4时,将多余的电能存储在储能装置中;
在工况5时,电网和储能装置同时进行供电。
进一步的,当电网和储能装置同时进行供电时,确定能量流动关系式:
其中Pa为一车的功率;Pb为另一车的功率;PL为左侧能量转移功率;PR为右侧能量转移功率;PSC为储能装置的功率;P0为电网发出功率;
其中Pa为一车的功率;Pb为另一车的功率;PL为左侧能量转移功率;PR为右侧能量转移功率;PSC为储能装置的功率;P0为电网发出功率;
其中Pa为一车的功率;Pb为另一车的功率;PL为左侧能量转移功率;PR为右侧能量转移功率;PSC为储能装置的功率;P0为电网发出功率;
其中Pa为一车的功率;Pb为另一车的功率;PL为左侧能量转移功率;PR为右侧能量转移功率;PSC为储能装置的功率;P0为电网发出功率;
其中Pa为一车的功率;Pb为另一车的功率;PL为左侧能量转移功率;PR为右侧能量转移功率;PSC为储能装置的功率;P0为电网发出功率。
本发明非接触式牵引供电系统站内再生制动能量分配与优化方法,包括:将储能设备增加至非接触式牵引供电系统中;对非接触式牵引供电系统的列车的进站和出站的工况进行分类;根据对非接触式牵引供电系统的列车的进站和出站的工况分类对储能设备的工作状况进行分类。通过将无线电能传输技术应用于高速铁路中,能够解决接触网带来的一些不确定因素,车网耦合振荡。针对高速列车进站与出站过程中,通过在能量双向馈动非接触式牵引供电系统中加入储能装置提高再生制动能量利用率,提高站内能量分配能力,对储能装置进行控制,能够对五种工作模式进行转换,完成削峰填谷,提高电网灵活性,提升经济性及可靠性。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为本发明具体实施方式所述的非接触式牵引供电系统站内再生制动结构示意图;
图2为移动式双向ICPT系统数学模型拓扑图
图3为本发明具体实施方式所述的工况1下供电图;
图4为本发明实施方式所述的工况2下供电图;
图5为本发明具体实施方式所述的工况3下供电图;
图6为本发明实施方式所述的工况4下供电图;
图7为本发明具体实施方式所述的工况5下供电图;
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面结合具体实施方式并参照附图,对本发明进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
再生制动能量分配与优化方法,包括:将储能设备增加至非接触式牵引供电系统中;对非接触式牵引供电系统的列车的进站和出站的工况进行分类;
根据对非接触式牵引供电系统的列车的进站和出站的工况分类对储能设备的工作状况进行分类。
结合图1,非接触式牵引供电系统以移动式双向ICPT系统为核心,建立多发射双拾取拓扑结构数学模型,分析互感的影响来模拟移动过程及对传输效率的影响,将列车在无线电能传输下进行供电。
在直流通路加入Buck-Boost电路就能将储能设备添加进系统中,存储再生制动的能量及释放能量,协同分配能量流动。
如图2所示的移动式双向ICPT系统数学模型拓扑图,具体为多发射双拾取拓扑结构数学模型。通过建立状态空间方程,推导传输功率及效率公式以便进行能量估算。正向传输过程中,假设Lf1=Lf2=Lsf1=Lsf2,Cp1=Cp2=Cf1=Cf2=Cs1=Cs2=Csf1=Csf2由KVL可得左侧状态空间方程为:
由KVL可得右侧状态空间方程为:
求解式(1)与式(2),可得电流表达式:
系统的传输效率为:
这里Z1,Z2定义为一次侧与二次侧的等效阻抗,k为耦合系数,Q1,Q2为品质因数。
若取Lf1=LL1,Cf1=CP1,可得:
同理,当Lsf1=Ls1,Csf1=Cs1,可得:
将再生制动能量存储于储能装置中,并将能量双向馈动非接触式牵引供电系统高速列车进站与出站分为五种工作状况。
将所述能量双向馈动非接触式牵引供电系统高速列车进站与出站五种工况进行分类,分别为:(1)两列车同时处于再生制动工况;(2)两列车同时处于牵引工况;(3)A车处于再生制动工况,B车处于牵引工况,此时再生制动电能等于牵引用电;(4)A车处于再生制动工况,B车处于牵引工况,此时再生制动大于牵引用电;(5)A车处于再生制动工况,B车处于牵引工况,牵引工况大于再生制动工况。
将所述含有储能装置的能量双向馈动非接触式牵引供电系统中储能装置工况进行分类,包括:(1)如图3所示的工况1中,将再生制动电能存储于储能装置中;(2)如图4所示的工况2中,由电网与储能装置同时给两列车供电;(3)如图5所示的工况3中,储能装置不参与补偿工作;(4)如图6所示的工况4中,将多余的电能存储在储能装置中;(5)如图7所示的工况5中,电网和储能装置同时进行供电推导能量流动关系式以便加以优化,具体的可以变现为:
其中Pa为A车的功率;Pb为B车的功率;PL为左侧能量转移功率;PR为右侧能量转移功率;PSC为储能装置的功率;P0为电网发出功率。
其中Pa为A车的功率;Pb为B车的功率;PL为左侧能量转移功率;PR为右侧能量转移功率;PSC为储能装置的功率;P0为电网发出功率。
其中Pa为A车的功率;Pb为B车的功率;PL为左侧能量转移功率;PR为右侧能量转移功率;PSC为储能装置的功率;P0为电网发出功率。
其中Pa为A车的功率;Pb为B车的功率;PL为左侧能量转移功率;PR为右侧能量转移功率;PSC为储能装置的功率;P0为电网发出功率。
其中Pa为A车的功率;Pb为B车的功率;PL为左侧能量转移功率;PR为右侧能量转移功率;PSC为储能装置的功率;P0为电网发出功率。
通过Buck-Boost双闭环控制实现储能装置的充电与放电工作状态,在五种工作模式中相互转换。
通过将无线电能传输技术应用于高速铁路中,能够解决接触网带来的一些不确定因素,车网耦合振荡。针对高速列车进站与出站过程中,通过在能量双向馈动非接触式牵引供电系统中加入储能装置提高再生制动能量利用率,提高站内能量分配能力,对储能装置进行控制,能够对五种工作模式进行转换,完成削峰填谷,提高电网灵活性,提升经济性及可靠性。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.非接触式牵引供电系统站内再生制动能量分配与优化方法,其特征在于,包括:
将储能设备增加至非接触式牵引供电系统中;
对非接触式牵引供电系统的列车的进站和出站的工况进行分类;
根据对非接触式牵引供电系统的列车的进站和出站的工况分类对储能设备和电网协同供电的工作状况进行分类。
2.根据权利要求1所述的非接触式牵引供电系统站内再生制动能量分配与优化方法,其特征在于,所述非接触式牵引供电系统为移动式双向ICPT系统,且包括多发射双拾取拓扑结构数学模型。
3.根据权利要1所述的非接触式牵引供电系统站内再生制动能量分配与优化方法,其特征在于,
通过将双向Buck-Boost电路添加至非接触式牵引供电系统中的直流电路中,实现将储能设备增加至非接触式牵引供电系统中。
4.根据权利要求1所述的非接触式牵引供电系统站内再生制动能量分配与优化方法,其特征在于,对非接触式牵引供电系统的列车的进站和出站的工况分类为:
工况1,两列车同时处于再生制动工况;
工况2,两列车同时处于牵引工况;
工况3,一车处于再生制动工况,另一车处于牵引工况,再生制动电能等于牵引用电电能;
工况4,一车处于再生制动工况,另一车处于牵引工况,再生制动电能大于牵引用电电能;
工况5,一车处于再生制动工况,另一车处于牵引工况,牵引用电电能大于再生制动电能。
5.根据权利要求1所述的非接触式牵引供电系统站内再生制动能量分配与优化方法,其特征在于,根据对非接触式牵引供电系统的列车的进站和出站的工况分类对储能设备和电网协同供电的工作状况分类为:
在工况1时,将再生制动电能存储于储能装置;
在工况2时,由电网与储能装置同时给两列车供电;
在工况3时在储能装置不参与补偿工作;
在工况4时,将多余的电能存储在储能装置中;
在工况5时,电网和储能装置同时进行供电。
6.根据权利要求1所述的非接触式牵引供电系统站内再生制动能量分配与优化方法,其特征在于,还包括基于对储能设备和电网协同供电的工作状况分类,确定能量流动关系式;包括:
其中Pa为一车的功率;Pb为另一车的功率;PL为左侧能量转移功率;PR为右侧能量转移功率;PSC为储能装置的功率;P0为电网发出功率;
其中Pa为一车的功率;Pb为另一车的功率;PL为左侧能量转移功率;PR为右侧能量转移功率;PSC为储能装置的功率;P0为电网发出功率;
其中Pa为一车的功率;Pb为另一车的功率;PL为左侧能量转移功率;PR为右侧能量转移功率;PSC为储能装置的功率;P0为电网发出功率;
其中Pa为一车的功率;Pb为另一车的功率;PL为左侧能量转移功率;PR为右侧能量转移功率;PSC为储能装置的功率;P0为电网发出功率;
其中Pa为一车的功率;Pb为另一车的功率;PL为左侧能量转移功率;PR为右侧能量转移功率;PSC为储能装置的功率;P0为电网发出功率。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114228765A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-25 | 西南交通大学 | 一种基于时刻表调整的车载储能设备配置方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3032680A1 (en) * | 2014-12-12 | 2016-06-15 | ABB Technology AG | Standby and charging of modular multilevel converters |
CN209088633U (zh) * | 2018-03-23 | 2019-07-09 | 天津工业大学 | 一种新型的高密度无线电能传输线圈结构 |
CN110116643A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-08-13 | 温州大学 | 一种电动汽车动态双向无线充电系统及方法 |
JP2019147447A (ja) * | 2018-02-27 | 2019-09-05 | 東日本旅客鉄道株式会社 | 電力供給システムおよび同システムの制御方法 |
WO2019193188A1 (en) * | 2018-04-05 | 2019-10-10 | Moog Unna Gmbh | Charging station for electric vehicles |
CN110386008A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-10-29 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种基于双发射-双拾取模式的电动汽车无线充电方法及系统 |
CN110611314A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-12-24 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 一种用于铁路牵引网的能量高效利用系统 |
CN110649623A (zh) * | 2019-08-29 | 2020-01-03 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 一种用于铁路牵引网的能量利用系统 |
-
2020
- 2020-01-07 CN CN202010013231.1A patent/CN111216602B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3032680A1 (en) * | 2014-12-12 | 2016-06-15 | ABB Technology AG | Standby and charging of modular multilevel converters |
JP2019147447A (ja) * | 2018-02-27 | 2019-09-05 | 東日本旅客鉄道株式会社 | 電力供給システムおよび同システムの制御方法 |
CN209088633U (zh) * | 2018-03-23 | 2019-07-09 | 天津工业大学 | 一种新型的高密度无线电能传输线圈结构 |
WO2019193188A1 (en) * | 2018-04-05 | 2019-10-10 | Moog Unna Gmbh | Charging station for electric vehicles |
CN110116643A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-08-13 | 温州大学 | 一种电动汽车动态双向无线充电系统及方法 |
CN110386008A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-10-29 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种基于双发射-双拾取模式的电动汽车无线充电方法及系统 |
CN110611314A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-12-24 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 一种用于铁路牵引网的能量高效利用系统 |
CN110649623A (zh) * | 2019-08-29 | 2020-01-03 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 一种用于铁路牵引网的能量利用系统 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114228765A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-25 | 西南交通大学 | 一种基于时刻表调整的车载储能设备配置方法 |
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