CN111342498A - 一种铁路牵引变电所的最大需量控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种铁路牵引变电所的最大需量控制系统和方法，该系统包括能量调度管理装置、控制装置和功率融通装置；能量调度管理装置用于获取相邻牵引变电所的当前实时功率值，根据相邻牵引变电所的当前实时功率值及其差值确定相邻牵引变电所之间的功率转移值，并向控制装置发出与功率转移值对应的功率调度指令信号；控制装置用于根据功率调度指令信号发送控制信号至功率融通装置；功率融通装置设于两个相邻的牵引变电所之间的分区所，包括交直交变流器，用于根据控制信号实现相邻的牵引变电所之间的功率转移。本申请通过相邻牵引变电所之间的功率调度，减小单个牵引变电所的峰值功率，降低负荷最大需量，减少基本电费，进而提高铁路经济效益。

Description

一种铁路牵引变电所的最大需量控制系统和方法

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最大需量控制系统和方法。

背景技术

目前，我国用电容量在315kVA及以上的大工业用户执行二部制电价。二部制电价将电费的计算分为两部分：一部分是电度电费，即按用电量收费；另一部分是基本电费，根据变压器的容量或负荷最大需量来计费。当用电客户实际用电量低于变压器装机容量时，采用最大需量电费更能节约电费成本。

由于电气化铁路变压器的容量利用率低，因此为节约基本电费，电气化铁路基本电费逐步“容”转“需”，即由按照变压器装机容量转为按照最大需量计算基本电费。但是，由于电气化铁路采用单相、分段供电结构，且列车为冲击性、间歇性负荷，通常相邻变电所之间不会同时出现峰值功率的情况，令相邻变电所的电能输出不平衡，并增加不必要的电费成本，特别是在运行密度低的铁路线路中。

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最大需量控制系统和方法，以便有效降低铁路牵引变电所的峰值功率，减小用电计量中的负荷最大需量，进而减少牵引变电所的基本电费，提高铁路经济效益。

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最大需量控制系统，包括：

能量调度管理装置，用于分别获取相邻的牵引变电所的当前实时功率值，根据所述相邻的牵引变电所的当前实时功率值及其差值，确定所述相邻的牵引变电所之间的功率转移值，并输出与所述功率转移值对应的功率调度指令信号至控制装置；

所述控制装置，用于根据接收到的所述功率调度指令信号输出对应的控制信号至功率融通装置；

所述功率融通装置，设于两个所述相邻的牵引变电所之间的分区所，包括交直交变流器，用于按照所述控制信号实现两个所述相邻的牵引变电所之间的功率转移以达到功率均衡。

可选地，所述能量调度管理装置具体用于：

将当前实时功率值较小的牵引变电所确定为低负荷变电所，将当前实时功率值较大的牵引变电所确定为高负荷变电所；

将功率转移的方向确定为从所述低负荷变电所转移功率至所述高负荷变电所；

将功率转移值确定为两个所述相邻的牵引变电所的当前实时功率值的差值的一半。

可选地，所述能量调度管理装置具体包括：

分别设置在所述相邻的牵引变电所的信号采集计算单元，用于采集对应牵引变电所的电压信号和电流信号，计算对应牵引变电所的当前实时功率值；

分别设置在所述相邻的牵引变电所的通信终端，用于发送对应牵引变电所的当前实时功率值；

设置在所述分区所的信号接收调度单元，用于根据接收到的两个所述牵引变电所的当前实时功率值及其差值确定所述功率转移值，并生成与所述功率转移值对应的功率调度指令信号；

信号传输单元，用于将所述功率调度指令信号发送至所述控制装置。

可选地，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分区所的第一供电臂之间的第一变压器或者第一电抗器；

连接在所述交直交变流器的第二交流端与所述分区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，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。

可选地，所述交直交变流器的电路结构具体为以下任意一种：

两电平多重化结构、三电平多重化结构、MMC结构、级联结构。

第二方面，本申请还公开了一种铁路牵引变电所最大需量控制方法，包括：

分别获取相邻的牵引变电所的当前实时功率值；

根据所述相邻的牵引变电所的当前实时功率值及其差值，确定所述相邻的牵引变电所之间的功率转移值；

输出与所述功率转移值对应的控制信号至功率融通装置，以便所述功率融通装置按照所述控制信号实现两个所述相邻的牵引变电所之间的功率转移以达到功率平衡，所述功率融通装置包括交直交变流器，设于两个所述相邻的牵引变电所之间的分区所。

可选地，所述根据所述相邻的牵引变电所的当前实时功率值及其差值，确定所述相邻的牵引变电所之间的功率转移值，包括：

将当前实时功率值较小的牵引变电所确定为低负荷变电所，将当前实时功率值较大的牵引变电所确定为高负荷变电所；

将功率转移的方向确定为从所述低负荷变电所转移功率至所述高负荷变电所；

将功率转移值确定为两个所述相邻的牵引变电所的当前实时功率值的差值的一半。

可见，本申请以两个相邻的牵引变电所的当前实时功率值为依据，利用功率融通装置实现相邻牵引变电所之间的功率转移与平衡，在不影响列车正常运行的情况下有效降低了高负荷变电所的峰值功率，合理减小了电气化铁路用电计量中的负荷最大需量，提高了经济效益。本申请所提供的铁路牵引变电所的最大需量控制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最大需量控制系统的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的一种能量调度管理装置的结构示意图；

图3为本申请实施例公开的又一种铁路牵引变电所的最大需量控制系统的结构示意图；

图4为本申请实施例公开的一种铁路牵引变电所的最大需量控制方法的流程图。

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最大需量控制系统和方法，以便有效降低电气化铁路用电计量中的负荷最大需量，进而降低牵引变电所的电费，提高铁路运营的经济效益。

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，由于电气化铁路变压器的容量利用率低，因此为节约基本电费，电气化铁路基本电费逐步“容”转“需”，即由按照变压器装机容量转为按照最大需量计算基本电费。但是，由于电气化铁路采用单相、分段供电结构，且列车为冲击性、间歇性负荷，通常相邻变电所之间不会同时出现峰值功率的情况，不仅令相邻变电所的电能输出不平衡，而且会增加基本电费成本，特别是在运行密度低的铁路线路中。鉴于此，本申请提供了一种铁路牵引变电所的最大需量控制方案，可有效解决上述问题。

其中，最大需量的计量方法是：将结算期内的(一般为一个月)各预设时间段内(我国现执行15min)客户用电的平均功率的最大值作为本结算期的最大需量。

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最大需量控制系统，主要包括：

能量调度管理装置100，用于分别获取相邻的牵引变电所(牵引变电所A和牵引变电所B)的当前实时功率值，根据两个相邻的牵引变电所的当前实时功率值及其差值，确定两个相邻的牵引变电所之间的功率转移值，并输出与功率转移值对应的功率调度指令信号至控制装置200；

控制装置200，用于根据功率调度指令信号输出对应的控制信号至功率融通装置300；

功率融通装置300，设于两个相邻的牵引变电所之间的分区所，包括能够进行功率变换的交直交变流器，用于按照控制信号对两个相邻的牵引变电进行功率转移，以便令两个牵引变电所达到功率平衡。

首先需要说明的是，在机车供电技术领域中，牵引变电所是指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；分区所是指通常设于两个牵引变电所的中间，可使接触网上、下行供电区段(两相邻牵引变电所的两供电臂)实现并联或单独工作的场所。分区所两侧的某一区段接触网若发生短路故障，将在继电保护的作用下自动跳闸，将故障段接触网切除，而非故障段的接触网仍照常工作，从而使事故范围缩小一半。

具体地，本申请实施例所提供的最大需量控制系统中，功率融通装置300与分区所并联。容易理解的是，分区所设在两个相邻的牵引变电所之间，分别通过两个供电臂与两个牵引变电所连接。功率融通装置300的一端与其中一个供电臂连接，功率融通装置300的另一端与另一个供电臂连接。由此，当功率融通装置300启动运行时，便可以对两个供电臂上输出的电能进行功率变换，将某个供电臂上输出的功率转移至另一个供电臂，从而平衡两个供电臂对应的牵引供电所的负荷最大需量。

功率融通装置300具体包括交直交变流器，通过控制交直交变流器中功率开关的通断，可控制交直交变流器的工作状态，以实现不同大小和不同方向上的功率转移。当然，容易理解的是，功率融通装置300中还可设置一些其他电气设备，例如必要的高压开关等，本领域技术人员可自行选择设置。

本申请中的功率转移方案，具体是依据两个牵引变电所的当前实时功率值及其差值而确定的。出于平衡两个变电所的负荷最大需量的目的，本申请具体利用能量调度管理装置100实时采集两个牵引变电所的当前实时功率值，进而根据两者差值确定出功率转移值，以达到两个牵引变电所实际输出功率值相平衡的目的。

容易理解的是，所谓平衡是指，令当前实时功率值较低的牵引变电所增加输出后向当前实时功率值较高的另一个牵引变电所转移功率；如此，另一个牵引变电所在接收了转移功率后便可适当降低本牵引变电所的实时功率值，从而达到两牵引变电所的功率平衡。

能量调度管理装置100在确定出功率转移值后，可向控制装置200发送对应的功率调度指令信号。控制装置200是直接控制交直交变流器的设备，可根据功率调度指令信号生成对应的控制信号，驱动交直交变流器以对应的工作状态启动功率变换。

根据上述内容可看出，本申请所提供的最大需量控制系统并不会影响列车的正常运行，也不易受到外界影响，并且，即使该最大需量控制系统因故障而退出运行，也依旧不会影响铁路正常运行，有力保障了机车的行车安全。

本申请实施例所提供的铁路牵引变电所的最大需量控制系统包括能量调度管理装置100、控制装置200和功率融通装置300；能量调度管理装置100用于分别获取相邻的牵引变电所的当前实时功率值，根据相邻的牵引变电所的当前实时功率值及其差值，确定两个相邻的牵引变电所之间的功率转移值，并输出与功率转移值对应的功率调度指令信号至控制装置200；控制装置200用于根据指令信号输出对应的控制信号至功率融通装置300；功率融通装置300设于相邻的牵引变电所之间的分区所，包括交直交变流器，用于按照控制信号实现两个相邻的牵引变电所之间的功率转移以达到功率平衡。

可见，本申请以两个相邻的牵引变电所的当前实时功率值为依据，利用与分区所并联的功率融通装置实现相邻的牵引变电所之间的功率转移与平衡，在不影响列车正常运行的情况下有效降低了高负荷变电所的峰值功率，合理减小了电气化铁路变电所用电计量中的负荷最大需量，提高了铁路经济效益。

参见图2，图2为本申请实施例公开的一种能量调度管理装置100的结构示意图。

作为一种具体实施例，在上述内容的基础上，图2所示的能量调度管理装置100具体包括：

分别设置在两个相邻的牵引变电所的信号采集计算单元101，用于采集对应牵引变电所的电能信号，计算对应牵引变电所的当前实时功率值；

分别设置在两个相邻的牵引变电所的通信终端102，用于发送对应牵引变电所的当前实时功率值；

设置在分区所的信号接收调度单元103，用于根据接收到的两个牵引变电所的当前实时功率值及其差值确定出功率转移值，并生成与功率转移值对应的功率调度指令信号；

信号传输单元104，用于将功率调度指令信号发送至控制装置200。

其中，具体地，信号采集计算单元101所采集的电能信号可具体包括电压信号和电流信号；信号传输单元104可具体采用有线传输或者无线传输。

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最大需量控制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3，图3为本申请实施例公开的又一种最大需量控制系统的结构示意图。

图3所示的铁路牵引变电所的最大需量控制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。共用直流支撑电容C的第一交直变流器与第二交直变流器形成背靠背结构，两者的功率开关均由控制装置200进行控制。

进一步地，图3所示的铁路牵引变电所的最大需量控制系统中，功率融通装置300还包括：

连接在交直交变流器的第一交流端与目标分区所的第一供电臂之间的第一变压器PT1或者第一电抗器L1；

连接在交直交变流器的第二交流端与目标分区所的第二供电臂之间的第二变压器PT2或者第二电抗器L2。

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。

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最大需量控制系统在上述内容的基础上，能量调度管理装置100具体用于：

将当前实时功率值较小的变电所确定为低负荷变电所，将当前实时功率值较大的变电所确定为高负荷变电所；

将功率转移的方向确定为从低负荷变电所转移功率至高负荷变电所；

将功率转移值确定为两个变电所的当前实时功率值的差值的一半。

具体地，设低负荷变电所的当前实时功率值为P_L，高负荷变电所的当前实时功率值为P_H，其中P_L<P_H。则对应的功率转移方案即为：由低负荷变电所增加输出向高负荷变电所转移功率(P_H-P_L)/2，相应的，高负荷变电所便将自身的功率输出降低(P_H-P_L)/2。如此，调整之后，低负荷变电所的实时功率值将变为P_L+(P_H-P_L)/2＝(P_H+P_L)/2，而高负荷变电所的实时功率值将变为P_H-(P_H-P_L)/2＝(P_H+P_L)/2，不仅可令两变电所达到输出功率平衡，并且可将最大需量由P_H降低至(P_H+P_L)/2。

举例说明如下：

若变电所A当前实时功率值为20MVA，变电所B当前实时功率值为10MVA，则通过功率融通装置300控制变电所B增加输出功率5MVA并转移给变电所A，两个变电所自身输出的功率(从电网吸收电能的功率)均变为15MVA，变电所A的峰值功率由20MVA降低至15MVA。

若变电所A当前实时功率值为10MVA，变电所B当前实时功率值为20MVA，则通过功率融通装置300控制变电所A增加向变电所B转移功率5MVA，两个变电所自身输出的功率(从电网吸收电能的功率)均变为15MVA，变电所B的峰值功率由20MVA降低至15MVA。

当然，除了(P_H-P_L)/2以外，本领域技术人员也可采用其他值作为功率转移值，本申请对此并不进行进一步限定。

参见图4所示，本申请实施例公开了一种铁路牵引变电所的最大需量控制方法，主要包括：

S401：分别获取相邻的牵引变电所的当前实时功率值。

S402：根据相邻的牵引变电所的当前实时功率值及其差值，确定两个相邻的牵引变电所之间的功率转移值。

S403：输出与功率转移值对应的控制信号至功率融通装置，以便功率融通装置按照控制信号实现两个相邻的牵引变电所之间的功率转移以达到功率平衡，功率融通装置设于两个相邻的牵引变电所之间的分区所。

可见，本申请实施例所公开的铁路牵引变电所的最大需量控制方法，以两个相邻的牵引变电所的当前实时功率值为依据，利用与分区所并联的功率融通装置实现相邻的牵引变电所之间的功率转移与平衡，在不影响列车正常运行的情况下有效降低了高负荷变电所的峰值功率，合理减小了电气化铁路变电所用电计量中的负荷最大需量，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最大需量控制方法在上述内容的基础上，根据相邻的牵引变电所的当前实时功率值及其差值，确定两个相邻的牵引变电所之间的功率转移方案，包括：

将当前实时功率值较小的牵引变电所确定为低负荷变电所，将当前实时功率值较大的牵引变电所确定为高负荷变电所；

将功率转移的方向确定为从低负荷变电所转移功率至高负荷变电所；将功率转移值确定为两个牵引变电所的当前实时功率值的差值的一半。

关于上述铁路牵引变电所的最大需量控制方法的具体内容，可参考前述关于铁路牵引变电所的最大需量控制系统的详细介绍，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最大需量控制系统，其特征在于，包括：

能量调度管理装置，用于分别获取相邻的牵引变电所的当前实时功率值，根据所述相邻的牵引变电所的当前实时功率值及其差值，确定所述相邻的牵引变电所之间的功率转移值，并输出与所述功率转移值对应的功率调度指令信号至控制装置；

所述控制装置，用于根据接收到的所述功率调度指令信号输出对应的控制信号至功率融通装置；

所述功率融通装置，设于两个所述相邻的牵引变电所之间的分区所，包括交直交变流器，用于按照所述控制信号实现两个所述相邻的牵引变电所之间的功率转移以达到功率均衡。

2.根据权利要求1所述的最大需量控制系统，其特征在于，所述能量调度管理装置具体用于：

将当前实时功率值较小的牵引变电所确定为低负荷变电所，将当前实时功率值较大的牵引变电所确定为高负荷变电所；

将功率转移的方向确定为从所述低负荷变电所转移功率至所述高负荷变电所；

将功率转移值确定为两个所述相邻的牵引变电所的当前实时功率值的差值的一半。

3.根据权利要求1所述的最大需量控制系统，其特征在于，所述能量调度管理装置具体包括：

分别设置在所述相邻的牵引变电所的信号采集计算单元，用于采集对应牵引变电所的电压信号和电流信号，计算对应牵引变电所的当前实时功率值；

分别设置在所述相邻的牵引变电所的通信终端，用于发送对应牵引变电所的当前实时功率值；

设置在所述分区所的信号接收调度单元，用于根据接收到的两个所述牵引变电所的当前实时功率值及其差值确定所述功率转移值，并生成与所述功率转移值对应的功率调度指令信号；

信号传输单元，用于将所述功率调度指令信号发送至所述控制装置。

4.根据权利要求1所述的最大需量控制系统，其特征在于，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分区所的第一供电臂之间的第一变压器或者第一电抗器；

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

5.根据权利要求4所述的最大需量控制系统，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。

6.根据权利要求1至5任一项所述的最大需量控制系统，其特征在于，所述交直交变流器的电路结构具体为以下任意一种：

两电平多重化结构、三电平多重化结构、MMC结构、级联结构。

7.一种铁路牵引变电所最大需量控制方法，其特征在于，包括：

分别获取相邻的牵引变电所的当前实时功率值；

根据所述相邻的牵引变电所的当前实时功率值及其差值，确定所述相邻的牵引变电所之间的功率转移值；

输出与所述功率转移值对应的控制信号至功率融通装置，以便所述功率融通装置按照所述控制信号实现两个所述相邻的牵引变电所之间的功率转移以达到功率平衡，所述功率融通装置包括交直交变流器，设于两个所述相邻的牵引变电所之间的分区所。

8.根据权利要求7所述的最大需量控制方法，其特征在于，所述根据所述相邻的牵引变电所的当前实时功率值及其差值，确定所述相邻的牵引变电所之间的功率转移值，包括：

将当前实时功率值较小的牵引变电所确定为低负荷变电所，将当前实时功率值较大的牵引变电所确定为高负荷变电所；

将功率转移的方向确定为从所述低负荷变电所转移功率至所述高负荷变电所；

将功率转移值确定为两个所述相邻的牵引变电所的当前实时功率值的差值的一半。

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