CN111313443A - 一种铁路牵引变电所的功率峰值调节系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种铁路牵引变电所的功率峰值调节系统和方法，该系统包括功率融通装置、控制装置和能量调度管理装置；功率融通装置设于牵引变电所，包括交直交变流器以及储能装置；控制装置用于调节功率融通装置的运行状态；能量调度管理装置用于获取牵引变电所的当前负荷功率值，在当前负荷功率值小于预设功率峰值最大值时输出第一指令信号至控制装置，以控制功率融通装置从牵引网中吸收电能至储能装置，在当前负荷功率值大于预设功率峰值最大值时输出第二指令信号至控制装置，以控制储能装置向牵引网释放电能而降低牵引变电所的实时输出功率。本申请通过削峰填谷降低了牵引变电所的功率峰值，进而减小变电所负荷最大需量，节省了铁路运营成本。

Description

一种铁路牵引变电所的功率峰值调节系统和方法

技术领域

本申请涉及电气化铁路牵引供电技术领域，特别涉及一种铁路牵引变电所的功率峰值调节系统和方法。

背景技术

我国目前对用电容量在315kVA及以上的大工业电力用户执行二部制电价，即电费的计算分为两部分：一部分为电度电费，按用电量计费；另一部分为基本电费，根据变压器的容量或负荷最大需量来计费。

牵引负荷的最大峰值功率直接关系到牵引变压器的额定容量和负荷最大需量，但是，现有技术中普遍存在不同牵引网路段的峰值功率不平衡的问题，不仅影响供电质量，而且还提高了电费使用成本。

鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方案，已经是本领域技术人员所亟需关注的。

发明内容

本申请的目的在于提供一种铁路牵引变电所的功率峰值调节系统和方法，以便有效降低功率峰值，节省铁路运营成本。

为解决上述技术问题，第一方面，本申请公开了一种铁路牵引变电所的功率峰值调节系统，包括：

设于牵引变电所、用于进行功率变换的功率融通装置，包括交直交变流器以及与所述交直交变流器的直流侧连接的储能装置；

与所述功率融通装置的控制端连接的控制装置，用于调节所述功率融通装置的运行状态；

能量调度管理装置，用于获取所述牵引变电所的当前负荷功率值，在所述当前负荷功率值小于预设功率峰值最大值时，输出第一指令信号至所述控制装置，以控制所述功率融通装置从牵引网中吸收电能至所述储能装置；在所述当前负荷功率值大于所述预设功率峰值最大值时，输出第二指令信号至所述控制装置，以控制所述储能装置向牵引网释放电能而降低所述牵引变电所的实时输出功率。

可选地，所述第二指令信号具体用于指定所述储能装置的电能释放功率为P_L-Pmax；

其中，P_L为当前负荷功率值；Pmax为预设功率峰值最大值。

可选地，所述能量调度管理装置还用于：

在所述当前负荷功率值小于预设功率峰值最大值，且所述储能装置储满电能时，输出第三指令信号至所述控制装置，以控制所述功率融通装置对所述牵引变电所的两个供电臂的输出电能进行功率转移。

可选地，所述能量调度管理装置具体包括：

信号采集单元，用于采集所述牵引变电所的电压信号和电流信号；

功率计算单元，用于根据所述电压信号和所述电流信号计算当前负荷功率值；

能量调度单元，用于根据所述当前负荷功率值以及所述预设功率峰值最大值，输出所述第一指令信号或者所述第二指令信号至所述控制装置。

可选地，所述交直交变流器具体包括依次连接的第一交直变流器、直流支撑电容、第二交直变流器；

所述功率融通装置还包括：

连接在所述交直交变流器的第一交流端与所述牵引变电所的第一供电臂之间的第一变压器或者第一电抗器；及，

连接在所述交直交变流器的第二交流端与所述牵引变电所的第二供电臂之间的第二变压器或者第二电抗器。

可选地，还包括：

连接在所述功率融通装置与所述牵引变电所的第一供电臂之间的第一开关；及，

连接在所述功率融通装置与所述牵引变电所的第二供电臂之间的第二开关。

第二方面，本申请还公开了一种铁路牵引变电所的功率峰值调节方法，包括：

获取牵引变电所的当前负荷功率值；

判断所述当前负荷功率值是否小于预设功率峰值最大值；

若是，则控制设于所述牵引变电所、用于进行功率变换的功率融通装置从牵引网中吸收电能至储能装置；所述功率融通装置包括交直交变流器以及与所述交直交变流器的直流侧连接的所述储能装置；

若否，则判断所述当前负荷功率值是否大于所述预设功率峰值最大值；

若所述当前负荷功率值大于所述预设功率峰值最大值，则控制所述储能装置向牵引网释放电能以降低所述牵引变电所的实时输出功率。

可选地，在所述控制设于牵引变电所、用于进行功率变换的功率融通装置从牵引网中吸收电能至储能装置之后，还包括：

在所述储能装置储满电能后，控制所述功率融通装置对所述牵引变电所的两个供电臂的输出电能进行功率转移。

可见，本申请利用设置在牵引变电所的功率融通装置，实现了牵引变电所与储能装置间的功率交互，不仅提升了牵引网的供电能力，而且可在不影响列车正常运行的情况下，对牵引变电所的功率输出削峰填谷以降低功率峰值，进而降低了变电所负荷最大需量、节省了铁路运营成本，极大地提高了铁路经济效益。本申请所提供的铁路牵引变电所的功率峰值调节方法同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1为本申请实施例公开的一种铁路牵引变电所的功率峰值调节系统的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的又一种铁路牵引变电所的功率峰值调节系统的结构示意图；

图3为本申请实施例公开的一种铁路牵引变电所的功率峰值调节方法的流程图。

具体实施方式

本申请的核心在于提供一种铁路牵引变电所的功率峰值调节系统和方法，以便有效降低牵引变电所的功率峰值，节省铁路运营成本。

为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

当前，我国目前对用电容量在315kVA及以上的大工业电力用户执行二部制电价，即电费的计算分为两部分：一部分为电度电费，按用电量计费；另一部分为基本电费，根据变压器的容量或负荷最大需量来计费。

牵引负荷的最大峰值功率直接关系到牵引变压器的额定容量和负荷最大需量，但是，现有技术中普遍存在不同牵引网路段的峰值功率不平衡的问题，不仅影响供电质量，而且还提高了电费使用成本。鉴于此，本申请提供了一种铁路牵引变电所的功率峰值调节方案，可有效解决上述问题。

参见图1所示，本申请实施例公开了一种铁路牵引变电所的功率峰值调节系统，主要包括：

设于牵引变电所、用于进行功率变换的功率融通装置100，包括交直交变流器以及与交直交变流器的直流侧连接的储能装置；

与功率融通装置100的控制端连接的控制装置200，用于调节功率融通装置100的运行状态；

能量调度管理装置300，用于获取牵引变电所的当前负荷功率值，在当前负荷功率值小于预设功率峰值最大值时，输出第一指令信号至控制装置200，以控制功率融通装置100从牵引网中吸收电能至储能装置；在当前负荷功率值大于预设功率峰值最大值时，输出第二指令信号至控制装置200，以控制储能装置向牵引网释放电能而降低牵引变电所的实时输出功率。

具体地，在机车供电领域中，牵引变电所是将发电厂经电力传输线送来的电能变换成适合机车车辆所需的电压、并分送到接触网或接触轨的场所。

本申请所提供的铁路牵引变电所的功率峰值调节系统，旨在降低调节牵引变电所的功率峰值。具体地，本申请设置了与牵引变电所并联的功率融通装置100，即，该功率融通装置100的一端与牵引变电所的一个供电臂(供电臂α)连接，该功率融通装置100的另一端则与牵引变电所的另一个供电臂(供电臂β)连接。

功率融通装置100具体包括交直交变流器以及储能装置。交直交变流器中的功率开关的通断均由控制装置200进行控制，以此可调节交直交变流器的工作状态，配合储能装置进行储能或者释能。储能装置具体与交直交变流器的直流侧连接，可借助于交直交变流器的功率变换而储能或者释能。

作为一个具体实施例，储能装置可具体包括由超级电容、锂电池、飞轮中的单种或几种储能设备构成的混合储能单元，该混合储能单元通过双向DC/DC变换器连接至功率融通装置100的直流母线，实现与牵引网之间的能量交互。

控制装置200具体依据能量调度管理装置300发送的指令信号而调节功率融通装置100的运行状态。其中，能量调度管理装置300具体通过检测牵引变电所的当前负荷功率值，并与预设功率峰值最大值进行比较，进而根据具体工况生成对应的指令信号。设P_L为当前负荷功率值，Pmax为预设功率峰值最大值，则存在以下具体工况：

(1)P_L<Pmax。即当前负荷功率值小于预设功率峰值最大值，此时可判定牵引变电所处于低负荷运行状态或者处于再生制动状态，由此可利用第一指令信号，控制交直交变流器工作在整流状态，从牵引网中吸收电能，并储存在储能装置中。

(2)P_L>Pmax。即当前负荷功率值大于预设功率峰值最大值，此时可判定牵引变电所处于高负荷运行状态，由此可利用第二指令信号，控制交直交变流器工作在逆变状态，将储能装置中的电能释放给牵引网。

进一步地，作为一个具体实施例，第二指令信号还可具体指定储能装置的电能释放功率，例如可为P_L-Pmax。容易理解的是，此时牵引变电所的牵引负荷具体由牵引变电所自身输出的电能和储能装置释放的电能一同担负，即，当前负荷功率值等于牵引变电所自身的实时输出功率值与储能装置的电能释放功率之和。

可见，本申请利用设于牵引变电所的功率融通装置，实现了牵引变电所与储能装置间的功率交互，不仅提升了牵引网的供电能力，而且可在不影响列车正常运行的情况下，对牵引变电所的功率输出削峰填谷以降低功率峰值，进而降低了变电所负荷最大需量、节省了铁路运营成本，极大地提高了铁路经济效益。

作为一种具体实施例，在上述内容的基础上，本申请实施例所提供的铁路牵引变电所的功率峰值调节系统，在上述第(1)种工况即P_L<Pmax(当前负荷功率值小于预设功率峰值最大值)情况下，当利用第一指令信号令储能装置进行储能后，能量调度管理装置300还用于：

在储能装置储满电能时，输出第三指令信号至控制装置200，以控制功率融通装置100对牵引变电所的两个供电臂的输出电能进行功率转移。

具体地，此时虽然P_L<Pmax，但是储能装置已经满容量，因此本申请便控制功率融通装置100对两个供电臂进行功率转移，即，令当前输出较少的供电臂增加功率输出并转移给另一供电臂。由于两供电臂的不平衡故障会引起负序电流，影响牵引电网供电安全，因此，本申请实施例所提供的功率峰值调节系统除了具备上文的有益效果以外，还可以利用功率融通装置100的功率变换平衡两供电臂的输出功率，达到负序治理、改善末端网压跌落、改善电能质量的目的。

作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的铁路牵引变电所的功率峰值调节系统在上述内容的基础上，能量调度管理装置300具体包括：

信号采集单元，用于采集牵引变电所的电压信号和电流信号；

功率计算单元，用于根据电压信号和电流信号计算当前负荷功率值；

能量调度单元，用于根据当前负荷功率值以及预设功率峰值最大值，输出第一指令信号或者第二指令信号至控制装置200。

作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的铁路牵引变电所的功率峰值调节系统在上述内容的基础上，交直交变流器可具体为两电平多重化结构、三电平多重化结构、MMC结构或者级联结构等。

参见图2，图2为本申请实施例公开的又一种铁路牵引变电所的功率峰值调节系统的结构示意图。

图2所示的功率峰值调节系统在上述内容的基础上，交直交变流器具体包括依次连接的第一交直变流器、直流支撑电容C、第二交直变流器；第一交直变流器与第二交直变流器共用直流支撑电容C，形成背靠背结构，两者中的功率开关均由控制装置200进行控制。

此外，图2所示的功率峰值调节系统在上述内容的基础上，功率融通装置100还包括连接在交直交变流器的第一交流端与牵引变电所的第一供电臂(供电臂α)之间的第一变压器或者第一电抗器；及，连接在交直交变流器的第二交流端与牵引变电所的第二供电臂(供电臂β)之间的第二变压器或者第二电抗器。

其中，第一交流端即为第一交直变流器的交流侧，第二交流端即为第二交直变流器的交流侧。第一变压器和第二变压器可以具体为油浸式或干式结构。

进一步地，图2所示的功率峰值调节系统在上述内容的基础上，还包括连接在功率融通装置100与牵引变电所的第一供电臂之间的第一开关F1；及，连接在功率融通装置100与牵引变电所的第二供电臂之间的第二开关F2。

其中，第一开关F1和第二开关F2可具体为断路器或者隔离开关。

参见图3所示，本申请实施例公开了一种铁路牵引变电所的功率峰值调节方法，主要包括：

S301：获取牵引变电所的当前负荷功率值。

S302：判断当前负荷功率值是否小于预设功率峰值最大值；若是，则进入S303；若否，则进入S304。

S303：控制设于牵引变电所、用于进行功率变换的功率融通装置从牵引网中吸收电能至储能装置；功率融通装置包括交直交变流器以及与交直交变流器的直流侧连接的储能装置。

S304：判断当前负荷功率值是否大于预设功率峰值最大值；若是，则进入S305。

S305：控制储能装置向牵引网释放电能以降低牵引变电所的实时输出功率。

可见，本申请实施例所公开的铁路牵引变电所的功率峰值调节方法，利用设于牵引变电所的功率融通装置，实现了牵引变电所与储能装置间的功率交互，不仅提升了牵引网的供电能力，而且可在不影响列车正常运行的情况下，对牵引变电所的功率输出削峰填谷以降低功率峰值，进而降低了变电所负荷最大需量、节省了铁路运营成本，极大地提高了铁路经济效益。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的铁路牵引变电所的功率峰值调节方法在上述内容的基础上，在则控制与牵引变电所并联、用于进行功率变换的功率融通装置从牵引网中吸收电能至储能装置之后，还包括：

在储能装置储满电能后，控制功率融通装置对牵引变电所的两个供电臂的输出电能进行功率转移。

关于上述铁路牵引变电所的功率峰值调节方法的具体内容，可参考前述关于铁路牵引变电所的功率峰值调节系统的详细介绍，这里就不再赘述。

本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的设备而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种铁路牵引变电所的功率峰值调节系统，其特征在于，包括：

设于牵引变电所、用于进行功率变换的功率融通装置，包括交直交变流器以及与所述交直交变流器的直流侧连接的储能装置；

与所述功率融通装置的控制端连接的控制装置，用于调节所述功率融通装置的运行状态；

能量调度管理装置，用于获取所述牵引变电所的当前负荷功率值，在所述当前负荷功率值小于预设功率峰值最大值时，输出第一指令信号至所述控制装置，以控制所述功率融通装置从牵引网中吸收电能至所述储能装置；在所述当前负荷功率值大于所述预设功率峰值最大值时，输出第二指令信号至所述控制装置，以控制所述储能装置向牵引网释放电能而降低所述牵引变电所的实时输出功率。

2.根据权利要求1所述的功率峰值调节系统，其特征在于，所述第二指令信号具体用于指定所述储能装置的电能释放功率为P_L-Pmax；

其中，P_L为当前负荷功率值；Pmax为预设功率峰值最大值。

3.根据权利要求1所述的功率峰值调节系统，其特征在于，所述能量调度管理装置还用于：

在所述当前负荷功率值小于预设功率峰值最大值，且所述储能装置储满电能时，输出第三指令信号至所述控制装置，以控制所述功率融通装置对所述牵引变电所的两个供电臂的输出电能进行功率转移。

4.根据权利要求1所述的功率峰值调节系统，其特征在于，所述能量调度管理装置具体包括：

信号采集单元，用于采集所述牵引变电所的电压信号和电流信号；

功率计算单元，用于根据所述电压信号和所述电流信号计算当前负荷功率值；

能量调度单元，用于根据所述当前负荷功率值以及所述预设功率峰值最大值，输出所述第一指令信号或者所述第二指令信号至所述控制装置。

5.根据权利要求1所述的功率峰值调节系统，其特征在于，所述交直交变流器具体包括依次连接的第一交直变流器、直流支撑电容、第二交直变流器；

所述功率融通装置还包括：

连接在所述交直交变流器的第一交流端与所述牵引变电所的第一供电臂之间的第一变压器或者第一电抗器；及，

连接在所述交直交变流器的第二交流端与所述牵引变电所的第二供电臂之间的第二变压器或者第二电抗器。

6.根据权利要求1至5任一项所述的功率峰值调节系统，其特征在于，还包括：

连接在所述功率融通装置与所述牵引变电所的第一供电臂之间的第一开关；及，

连接在所述功率融通装置与所述牵引变电所的第二供电臂之间的第二开关。

7.一种铁路牵引变电所的功率峰值调节方法，其特征在于，包括：

获取牵引变电所的当前负荷功率值；

判断所述当前负荷功率值是否小于预设功率峰值最大值；

若是，则控制设于所述牵引变电所、用于进行功率变换的功率融通装置从牵引网中吸收电能至储能装置；所述功率融通装置包括交直交变流器以及与所述交直交变流器的直流侧连接的所述储能装置；

若否，则判断所述当前负荷功率值是否大于所述预设功率峰值最大值；

若所述当前负荷功率值大于所述预设功率峰值最大值，则控制所述储能装置向牵引网释放电能以降低所述牵引变电所的实时输出功率。

8.根据权利要求7所述的功率峰值调节方法，其特征在于，在所述控制设于牵引变电所、用于进行功率变换的功率融通装置从牵引网中吸收电能至储能装置之后，还包括：

在所述储能装置储满电能后，控制所述功率融通装置对所述牵引变电所的两个供电臂的输出电能进行功率转移。

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