CN111775781A - 一种基于牵引网的轨道交通供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轨道交通供电系统，至少包括外部电源、变流所和牵引网，外部电源可以是高压电网或和风能发电或和太阳能发电等孤岛电源，外部电源经变流所通过馈线与牵引网相连，在牵引网上并入储能电站，列车的牵引电力从牵引网获得；变流所之间不设环网供电网络，全线牵引负荷供电仅由牵引网提供，动力照明负荷供电在没有外部电源引入的地方也由牵引网经变流器或经储能电站提供；上下行牵引网既可以独立组成双回路电源，亦可以组成并联电路。本发明提出的供电系统，取消中压环网结构层，降低实时供电模式装机容量，以及将车载储能电池变为地面储能电站，从而实现降低建设、运营成本，提高运营可靠性，兼容风能、光伏能等新能源电源。
Description
技术领域
本发明涉及一种轨道交通工程领域的牵引网（接触轨或接触网）、全线牵引负荷和动力照明负荷供电的系统。
背景技术
目前，城市轨道交通工程供电系统为实现向全线牵引负荷和动力照明负荷供电，沿线均设有中压网络（俗称环网）系统和牵引网系统二层网络，环网实现将主变电所或开闭所的交流电输送到沿线各个牵引变电所或降压变电所的功能，牵引网实现将牵引变电所整流后的直流电输送到线路上供机车取流的功能。采用双层供电网络输送电虽然能满足轨道交通工程供电的要求，但造价高，特别是对中小城市建设中底运量的轨道交通（如跨座式单轨、悬挂式单轨、中低速磁浮、有轨电车等）不经济。
现有轨道交通工程供电系统均采用实时供电模式，主变电所或开闭所容量按满足系统规模高峰时段负荷进行设计，装机容量大，投资大；平峰时段以及夜间列车停运期间，利用率低，能耗大。同时，装机容量大加重运营期间的容量电费开销。
再有一些轨道交通工程采用车载储能电池作为牵引动力电源，电池增加了车辆重量，降低了车辆的有效荷载，也增加了梁体荷载要求，同时电池寿命本身有限，导致建设成本增加；再有为保持一天的运营要求沿途车站需设置充电设备频繁充电，充电设备价值本身也不菲，当站间距大时车载储能电池的电能和停站补充的电能难以满足运营的要求。
发明内容
本发明的目的是解决上述技术问题，提出一种采用牵引网为骨干网络对全线牵引负荷和动力照明负荷供电的系统，取消双层网络结构，降低实时供电模式装机容量，以及将车载储能电池变为地面电池储能电站，从而实现降低建设、运营成本，提高系统运营可靠性，兼容风能、光伏能等新能源电源，达到优化轨道交通工程供电系统的目的。
本发明的技术方案是：
一种轨道交通供电系统，至少包括外部电源、变流所和牵引网，外部电源可以是高压电网或和风能发电或和太阳能发电等孤岛电源，外部电源经变流所通过馈线与牵引网相连，列车的牵引电力从牵引网获得，牵引网上的电力为直流；变流所之间不设环网供电网络，全线牵引负荷供电仅由牵引网提供，动力照明负荷供电在没有外部电源引入的地方也由牵引网经变流器提供。
优先地，在牵引网上并入储能电站（包括电池储能、超导储能、超级电容器储能、飞轮储能等），储能电站可以通过双向变流器向牵引网接收和释放电能，列车的电制动能量可以通过储能电站吸收或部分吸收。
优先地，储能电站是电池储能电站，电池储能电站包含双向变流器、电池储能单元、逆变器等，电池储能单元通过双向变流器向牵引网接收和释放电能，列车的电制动能量可以通过电池储能电站吸收或部分吸收。
优先地，动力照明负荷供电在没有外部电源引入的地方也由牵引网经储能电站提供。
优先地，轨道交通线路上下行的牵引网分别由变流所或和储能电站提供电力，上下行牵引网既可以独立组成双回路电源，亦可以组成并联电路。
优先地，轨道交通线路上下行牵引网为基本供电网络，全线划分为若干独立供电分区，每个供电分区至少设一座引入两回独立外部电源的变流所或和储能电站，分别通过馈线与上下行牵引网相连。
优先地，每个供电分区根据列车牵引和车站或区间动力照明供电需要设置若干储能电站，每个储能电站设两个单元，分别通过馈线与上下行牵引网相连；每个池储能电站的单元都能满足24小时不间断地向相应动力照明系统供电。
优先地，牵引模式下变流所和或储能电站向牵引网供电，满足列车正常取流的要求。
优先地，储能电站的充电放电由牵引网电压、外部电源情况、时间管理器和储能情况综合控制。
优先地，变流所通过上行或和下行牵引网向每个储能电站充电，充电过程可以选择在夜间完成；变流所通过牵引网由近端向远端供电时，可根据需要在供电段间设升压装置。
本发明的有益效果是：
在取消了传统供电系统环网供电网络条件下，仅采用牵引网实现了对全线牵引负荷和动照负荷进行供电，降低了建设成本；通过储能电站不仅可以改变实时供电的模式，降低主变电所（或开闭所）容量，从而降低运营成本；同时还可以通过夜间低谷时段对其充电，消费低谷时段电价，达到降低运营成本的目的。本发明将车载储能电源改为地面设置，降低了轨道梁建设成本，提高了车辆有效载荷，车辆不受充电限制；通过储能电站可以对牵引网起到稳压作用，改善牵引网压降水平，延长整流主机（牵引变电所）供电距离；同时利用上下行牵引网两个独立网络，实现了储能电站双电源供电的条件，运行方式灵活，可有效提高城市轨道交通工程运营的安全可靠性，便于施工安装、运营管理与维护，可广泛应用于中底运量的轨道交通工程的供电系统设计中。
附图说明
附图详细说明本发明，其中：
图1示出的是高压电网电源模式的供电系统布置示意。
图2示出的是孤岛电源模式的供电系统布置示意。
图3示出的是混合电源模式的供电系统布置示意。
具体实施方式
实施例一：根据图1所示，结合列车牵引负荷及全线动力照明负荷情况，将全线上下行牵引网划分为若干供电分区；每个供电分区为单独供电单元，由至少一座变流所和若干储能电站组成；每座变流所引入2路高压电网电源，经双向变流机组降压整流后分别通过馈线与上下行牵引网相连；每座储能电站设两个单元，也分别通过馈线与上下行牵引网相连。当列车停运时，变流所通过上下行牵引网向储能电站充电；列车运行时，变流所或和储能电站向牵引网放电。列车制动时，列车的电制动能量可以通过变流所或和电池储能电站吸收或部分吸收。变流所或和电池储能电站都能满足24小时不间断地向相应动力照明系统供电。储能电站的充电放电由牵引网电压、外部电源情况、时间管理器和储能情况综合控制。
实施例二：根据图2所示，结合列车牵引负荷及全线动力照明负荷情况，将全线上下行牵引网划分为若干供电分区；每个供电分区为单独供电单元，由至少一座变流所和若干储能电站组成；每座变流所引入2路孤岛电源，经变流后分别通过馈线与上下行牵引网相连；每座储能电站设两个单元，也分别通过馈线与上下行牵引网相连。当列车停运时，变流所通过上下行牵引网向储能电站充电；列车运行时，变流所或和储能电站向牵引网放电。列车制动时，列车的电制动能量可以通过变流所或和电池储能电站吸收或部分吸收。变流所或和电池储能电站都能满足24小时不间断地向相应动力照明系统供电。储能电站的充电放电由牵引网电压、外部电源情况、时间管理器和储能情况综合控制。
实施例三：根据图3所示，结合列车牵引负荷及全线动力照明负荷情况，将全线上下行牵引网划分为若干供电分区；每个供电分区为单独供电单元，由至少一座变流所和若干储能电站组成；每座变流所引入2路高压电网电源或和2路孤岛电源，经双向变流机组降压整流或和变流后分别通过馈线与上下行牵引网相连；每座储能电站设两个单元，也分别通过馈线与上下行牵引网相连。当列车停运时，变流所通过上下行牵引网向储能电站充电；列车运行时，变流所或和储能电站向牵引网放电。列车制动时，列车的电制动能量可以通过变流所或和电池储能电站吸收或部分吸收。变流所或和电池储能电站都能满足24小时不间断地向相应动力照明系统供电。储能电站的充电放电由牵引网电压、外部电源情况、时间管理器和储能情况综合控制。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (10)
1.一种轨道交通供电系统，至少包括外部电源、变流所和牵引网，其特征在于，外部电源可以是高压电网或和风能发电或和太阳能发电等孤岛电源，外部电源经变流所通过馈线与牵引网相连，列车的牵引电力从牵引网获得，牵引网上的电力为直流；变流所之间不设环网供电网络，全线牵引负荷供电仅由牵引网提供，动力照明负荷供电在没有外部电源引入的地方也由牵引网经变流器提供。
2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，在牵引网上并入储能电站，储能电站可以通过双向变流器向牵引网接收和释放电能，列车的电制动能量可以通过储能电站吸收或部分吸收。
3.根据权利要求2所述的供电系统，其特征在于，储能电站是电池储能电站，电池储能电站包含双向变流器、电池储能单元、逆变器等，电池储能单元通过双向变流器向牵引网接收和释放电能，列车的电制动能量可以通过电池储能电站吸收或部分吸收。
4.根据权利要求2所述的供电系统，其特征在于，动力照明负荷供电在没有外部电源引入的地方也由牵引网经储能电站提供。
5.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，轨道交通线路上下行的牵引网分别由变流所或和储能电站提供电力，上下行牵引网既可以独立组成双回路电源，亦可以组成并联电路。
6.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，轨道交通线路上下行牵引网为基本供电网络，全线划分为若干独立供电分区，每个供电分区至少设一座引入两回独立外部电源的变流所或和储能电站，分别通过馈线与上下行牵引网相连。
7.根据权利要求6所述的供电系统，其特征在于，每个供电分区根据列车牵引和车站或区间动力照明供电需要设置若干储能电站，每个储能电站设两个单元，分别通过馈线与上下行牵引网相连；每个储能电站的单元都能满足24小时不间断地向相应动力照明系统供电。
8.根据权利要求7所述的供电系统，其特征在于，牵引模式下变流所和或储能电站向牵引网供电，满足列车正常取流的要求。
9.根据权利要求8所述的供电系统，其特征在于，储能电站的充电放电由牵引网电压、外部电源情况、时间管理器和储能情况综合控制。
10.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，变流所通过上行或和下行牵引网向每个储能电站充电，充电过程可以选择在夜间完成；变流所通过牵引网由近端向远端供电时，可根据需要在供电段间设升压装置。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111130108A (zh) * | 2020-01-21 | 2020-05-08 | 成都得佑轨道交通科技有限公司 | 一种基于牵引网的轨道交通供电系统 |
| CN114552563A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-05-27 | 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 | 一种轨道交通动力照明的供电系统 |
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2019
- 2019-04-03 CN CN201910264569.1A patent/CN111775781A/zh active Pending
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