CN111490535A - 城市轨道交通供电系统有功倒送控制方法和能量管理装置 - Google Patents

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CN111490535A CN201910074341.6A CN201910074341A CN111490535A CN 111490535 A CN111490535 A CN 111490535A CN 201910074341 A CN201910074341 A CN 201910074341A CN 111490535 A CN111490535 A CN 111490535A
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牛化鹏
崔炳涛
孟向军
马万
王林
柳拉勋
李宪鹏
许伟
安明明
马伟超
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XJ Electric Co Ltd
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Abstract

本发明涉及城市轨道交通供电系统有功倒送控制方法和能量管理装置，方法如下：实时监测高压(110kV)主变电站的有功功率；若所述有功功率的瞬时值低于设定的低功率阈值，则控制中压(35kV)环网的回馈装置限功率运行。还实时监测高压主变电站的无功功率和功率因数；当所述功率因数低于设定的功率因数阈值时，根据所述有功功率和无功功率计算无功补偿总容量；将所述无功补偿总容量平均分配到中压环网的各个回馈装置，控制各回馈装置运行。本方案根据有功功率的情况对每台再生能量回馈装置进行限功率运行，防止地铁车辆制动中峰值功率过大出现变电站高压母线侧出现有功功率倒送的情况。还实现了从整体上对再生能量回馈装置的补偿容量进行动态协调控制。

Description

城市轨道交通供电系统有功倒送控制方法和能量管理装置
技术领域
本发明涉及城市轨道交通供电系统有功倒送控制方法和能量管理装置，属于交流干线或交流配电网络的电路装置领域。
背景技术
城市轨道交通的供电系统的接线结构如图1所示。包括AC110kV主变电所、AC35kV环网、用于驱动车辆的正负直流母线，以及虚线框内的再生能量回馈装置。再生能量回馈装置能够将城市轨道列车的制动能量回收并反馈到AC35kV环网，提高牵引供电系统的节能效益。
公布号为CN 106099978 A的中国发明专利申请文件公开了一种制动能量回馈装置，能够实现将地铁制动能量进行回馈，并且能够实现无功功率补偿。
但是，城市轨道交通供电系统结构复杂、设备类型多、用电量大，目前仍然缺乏对其进行全面、有效的监控，导致回馈装置补偿容量无法协调；以及在制动能量很大时可能出现有功功率倒送的情况。
发明内容
本发明的目的是提供城市轨道交通供电系统有功倒送控制方法和能量管理装置，用以解决现有技术在回收地铁制动能量时，可能出现有功功率倒送的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
本发明的一种城市轨道交通供电系统有功倒送控制方法，步骤如下：
实时监测高压(110kV)主变电站的有功功率；
若所述有功功率的瞬时值低于设定的低功率阈值，则控制中压(35kV)环网的回馈装置限功率运行。
本方案通过实时监控主变电站的有功功率，并根据有功功率的情况对每台回馈装置(制动能量回馈装置)进行限功率运行，防止了地铁车辆的制动中的峰值功率过大时出现的变电站高压母线侧出现有功功率倒送的情况。
进一步的，所述限功率运行包括维持当前功率运行或者降低功率运行。
在监测中认为有可能出现有功功率倒送情况时，通过维持回馈装置的当前功率或降低回馈装置的功率来防止有功功率倒送。
进一步的，还包括无功补偿控制步骤：实时监测高压(110kV)主变电站的无功功率和功率因数；当所述功率因数低于设定的功率因数阈值时，根据所述有功功率和无功功率计算无功补偿总容量；将所述无功补偿总容量平均分配到中压环网的各个回馈装置，控制各回馈装置运行。
本发明对AC110kV变电站的无功功率和功率因数进行监控，并计算无功补偿总容量，再平均到AC35kV中压环网上的各个再生能量回馈装置，实现了从整体上对再生能量回馈装置的补偿容量进行动态协调控制。
进一步的，所述设定的低功率阈值为1MW。
吸收的功率低于1MW时，表明再生制动的回馈功率较大，110kV侧即将发生有功功率倒送。因此，当110kV侧的有功功率低于1MW时，将回馈装置的输出功率限值在当前功率或降低，避免发生功率倒送。
进一步的，所述设定的功率因素阈值为0.95。
本发明的一种用于城市轨道交通供电系统的能量管理装置，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行储存在存储器中的指令以实现上述城市轨道交通供电系统有功倒送控制方法。
附图说明
图1是现有技术的城市轨道交通的供电系统的接线结构图；
图2是本发明的城市轨道交通能量管理系统组网示意图；
图3是本发明的城市轨道交通供电系统动态无功补偿方案流程图；
图4是本发明的城市轨道交通供电系统能量防倒送方案流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
装置实施例：
城市轨道交通供电系统的主电路如图1所示，110kV主变电所的35kV开关柜连接各车站35kV中压环网，各车站35kV中压环网通过交直流转换连接用于驱动车辆的直流母线，直流母线和对应车站的35kV中压环网之间还设有制动能量回馈装置。
如图2所示的城市轨道交通能量管理系统组网方案，包括中心级综合能量管理系统、车站级网络交换机(图中示为“车站级交换机”)，各车站35kV开关柜、制动能量回馈装置(图中示为“再生装置”)经本站的网络交换机组网后接入中心级综合能量管理设备；110kV主变电所的110kV开关柜、35kV开关柜通过主变电所交换机直接接入中心级综合能量管理系统，由中心级综合能量管理设备对全线的负荷进行用电监测、统计、显示。同时能够对制动能量回馈装置的输出功率进行调节。
中心级综合能量管理系统实时采集110kV主变电所、各牵混所的35kV馈线及动照负荷、各降压所的35kV动照负荷的功率、电度和功率因数，对全线、各站的牵引/动照负荷的功率及电度进行分类监测、统计并显示。
中心级综合能量管理系统包括处理器和存储器，处理器用于执行储存在存储器中的程序以实现动态无功补偿和再生的制动能量防倒送，具体如下：
动态无功补偿方案：如图3所示的综合能量管理系统实现动态无功补偿的流程，中心级综合能量管理系统实时监测110kV主变电所的功率因数λ，并在λ≤0.95时，执行无功补偿容量的计算；具体计算方法为，实时采集的110kV主变电所有功功率P和无功功率Q，无功补偿容量ΔQ为：
Figure BDA0001958261900000031
每台制动能量回馈装置的补偿容量为：
Figure BDA0001958261900000032
其中，N为回馈装置的台数。
中心级综合能量管理系统根据计算结果向各牵引变电所(牵混所)的再生能量回馈装置下发无功补偿指令，并根据功率因数变化实时刷新补偿指令。
通过回馈装置可实现35kV环网系统柔性无功的分布式补偿，提高功率因数。
作为其它实施例，功率因数λ的判断阈值也可以设为其他值。
再生制动能量防倒送方案：如图4所示的综合能量管理系统实现有功防倒送流程，中心级综合能量管理系统实时监测110kV主变电所消耗的有功功率P，预判是否即将发生有功功率倒送，具体根据有功功率P的瞬时值来判断功率倒送情况，当再生制动能量反馈到35kV环网时，从110kV吸收的功率将降低，当吸收的功率低于1MW时，表明再生制动的回馈功率较大，110k侧即将发生有功功率倒送。因此，当110kV侧的有功功率低于1MW时，向各牵引变电所的再生能量回馈装置下发限功率指令。将制动能量回馈装置的输出功率限制在当前功率，使每台再生能量回馈装置以当前输出功率为极限值保持限功率运行，或者降低回馈装置的输出功率，避免发生功率倒送。
作为其它实施例，从110kV吸收功率的1MW判断阈值，也可以设定为其他值。
方法实施例：
方法实施例即为上述装置实施例中所实施的动态无功补偿方案和再生制动能量防倒送方案。前面已经具体叙述，不再赘述。

Claims (6)

1.一种城市轨道交通供电系统有功倒送控制方法，其特征在于，步骤如下：
实时监测高压主变电站的有功功率；
若所述有功功率的瞬时值低于设定的低功率阈值，则控制中压环网的回馈装置限功率运行。
2.根据权利要求1所述的城市轨道交通供电系统有功倒送控制方法，其特征在于，所述限功率运行包括维持当前功率运行或者降低功率运行。
3.根据权利要求1或2所述的城市轨道交通供电系统有功倒送控制方法，其特征在于，还包括无功补偿控制步骤：实时监测高压主变电站的无功功率和功率因数；当所述功率因数低于设定的功率因数阈值时，根据所述有功功率和无功功率计算无功补偿总容量；将所述无功补偿总容量平均分配到中压环网的各个回馈装置，控制各回馈装置运行。
4.根据权利要求1或2所述的城市轨道交通供电系统有功倒送控制方法，其特征在于，所述设定的低功率阈值为1MW。
5.根据权利要求3所述的城市轨道交通供电系统有功倒送控制方法，其特征在于，所述设定的功率因数阈值为0.95。
6.一种用于城市轨道交通供电系统的能量管理装置，包括处理器和存储器，其特征在于，所述处理器用于执行储存在存储器中的指令以实现如权利要求1～5任一项所述的城市轨道交通供电系统有功倒送控制方法。
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