CN113131484A - 一种分布式铁路再生电能云控制系统 - Google Patents

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邓西川
黄兆勋
何政
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Abstract

本发明提供了一种分布式铁路再生电能云控制系统，在铁路沿线的多个牵引变电所和多个分区所，同时设置有再生电能利用设备，连通全部相邻的27.5kV牵引供电臂，使多个相互隔离的牵引供电臂，等效为单一的同一个牵引供电臂。在边缘云设备和中心云设备上，部署申请及获得国家专利的算法策略，智能调度再生电能，扩大再生电能的消纳利用范围；同时采用储能单元，以平衡再生电能的产生与消纳利用之间的时间差异；并通过充分利用再生电能，有效降低牵引变电所变压器的最大需量值。采用全局化智能化的云控制技术，提高再生电能利用率，实现铁路牵引供电系统的综合节能。

Description

一种分布式铁路再生电能云控制系统
技术领域
本发明属于电气化控制技术领域，涉及一种分布式铁路再生电能云控制系统。
背景技术
电气化铁路的牵引动力，在货运方面主要采用交流传动机车，在客运方面主要采用交流传动机车或动车组。而交流传动机车或动车组主要采用再生制动方式，这会在牵引接触网中产生大量的再生制动电能。
目前，能给铁路单位带来收益的再生电能利用方法主要有两种：一种不需要额外增加设备，再生电能被同一并联接线供电臂下的牵引机车直接利用，但电路上为不可控的随机利用；另一种在牵引变电所的两个供电臂间增加变流和储能设备，但再生电能的利用范围局限于变电所的两个供电臂区间内。这两种方法的再生电能利用率都不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布式铁路再生电能云控制系统，解决了现有技术中存在的铁路接触网中产生的再生制动电能利用率不高的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种分布式铁路再生电能云控制系统，包括有再生电能利用设备、边缘云设备及中心云设备，再生电能利用设备、边缘云设备及中心云设备之间通过工业以太网或无线通信网实现数据信息的互联互通，边缘云设备和中心云设备上部署有算法策略远程控制各个牵引变电所和分区所的再生电能利用设备，再生电能利用设备以桥接方式接入电气化铁路的每个牵引变电所和分区所的各个相邻的27.5kV供电臂，再生电能利用设备连通全部相邻的27.5kV牵引供电臂，使多个相互隔离的牵引供电臂，等效为单一的同一个牵引供电臂，形成了再生电能通路。
本发明的特点还在于：
再生电能利用设备由变流装置和储能舱构成。应用大功率电力电子变流技术组成变流装置，应用大功率电力电子变流技术同时采用钛酸锂电池或应用复合储能技术组成储能舱。
边缘云设备主要由边缘网关设备构成，设立在靠近牵引变电所或分区所的位置，与再生电能利用设备进行一对一或一对多连接。
中心云设备设立在铁路局或数据中心位置，采用服务器集群结构，选取多台主机作为应用服务器，互为High Available，多台主机作为数据库服务器，互为备份。
工业以太网采用光纤介质的工业实时以太网。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用铁路牵引电网动态自动组网技术和铁路再生电能潮流控制算法，控制再生电能在制动机车、牵引机车、储能单元之间进行最优化流动，提高再生电能的消纳利用率，节省铁路牵引供电系统的电度电费。
2、扣除少量系统损耗之后，装备本发明的电气化铁路区段，再生电能利用率能够达到75％及以上。
3、本发明通过融通、储存和释放再生电能，等效增大变电所牵引变压器的容量；有效降低变电所牵引变压器的最大需量值，节省铁路牵引供电系统的基本电费。
4、本发明平衡供电臂负荷，稳定接触网电压，减少电网负序、无功、谐波等影响，提高铁路牵引供电网的电能质量。
附图说明
图1是本发明一种分布式铁路再生电能云控制系统的结构示意图；
图中，1.再生电能通路，2.再生电能利用设备，3.工业以太网，4.边缘云设备，5.中心云设备，6.无线通信网。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种分布式铁路再生电能云控制系统，结构如图1所示，包括有再生电能利用设备2、边缘云设备4及中心云设备5，电能利用设备2、边缘云设备4及中心云设备5之间通过工业以太网3或无线通信网6实现数据信息的互联互通；再生电能利用设备2以桥接方式接入。
再生电能利用设备2作为分布式云控制系统的功能节点，构建大范围连通整个牵引接触网的再生电能通路1。在电气化铁路的每个牵引变电所和分区所的各个相邻的27.5kV供电臂，都用再生电能利用设备2连通全部相邻的27.5kV牵引供电臂，使多个相互隔离的牵引供电臂，等效为单一的同一个牵引供电臂，形成了再生电能通路1。
普速铁路牵引变电所左右两个供电臂间距一般为40～60km，高速铁路牵引变电所左右两个供电臂间距一般为50～80km。考虑电能融通传输效率和变电所之间以及机车之间相互交叉影响等因素，本发明可以将再生电能最佳利用范围增大1.5～2倍。即：普速铁路范围可以增大到80～120km，高速铁路范围可以增大到100～160km。
再生电能利用设备2应用大功率电力电子变流技术组成变流装置，实现控制再生电能电力潮流的大小和方向的作用；应用大功率电力电子变流技术同时采用钛酸锂电池或应用复合储能技术组成储能舱，起到再生电能的存储和释放作用。再生电能利用设备2具有利用再生电能的基本功能，在与云端通信故障时，能够完成牵引变电所或分区所本站自治工作功能。
边缘云设备4主要由边缘网关设备构成，设立在靠近牵引变电所或分区所的位置，与再生电能利用设备2进行一对一或一对多连接。
工业以太网3采用光纤介质的工业实时以太网。
本发明一种分布式铁路再生电能云控制系统中主要部件的作用分别如下：
边缘云设备4和中心云设备5上部署《一种铁路牵引电网动态自动组网方法》发明专利申请号：CN201910319113.0、《铁路再生电能潮流控制算法》发明专利申请号：CN201910227808.6等申请及获得国家专利的算法策略，远程控制各个牵引变电所和分区所的再生电能利用设备2，智能调度再生电能，扩大再生电能的消纳利用范围；储存及释放再生电能，以平衡再生电能的产生与消纳利用之间的时间差异；并通过充分利用再生电能，有效降低牵引变电所的最大需量值。采用全局化智能化的云控制技术，提高再生电能利用率，实现铁路牵引供电系统的综合节能。
变流装置实现控制再生电能电力潮流的大小和方向的作用；储能舱起到再生电能的存储和释放作用。再生电能利用设备2具有利用再生电能的基本功能，在与云端通信故障时，能够完成牵引变电所或分区所本站自治工作功能。
边缘云设备4满足“低时延，大带宽，本地化”的需求。边缘云设备4在通信方面起到数据上传下达的作用，同时还具有深度学习AI能力，支持算法策略模型从云端下发，进行边缘计算和推理，实现再生电能本地最优控制。
中心云设备5具有高可靠性和扩展性，随着更多的牵引变电所和分区所的加入，数据处理能力和储存也相应的增加和提高，在不停机的情况下随时添加新应用服务器和数据库服务器。
采用工业以太网3以保证远程通信云控制系统的实时性要求，或者采用无线通信网6，实现铁路沿线通信困难区段的信息全覆盖。
本发明一种分布式铁路再生电能云控制系统，其工作原理如下：本发明的边缘云设备4和中心云设备5通过工业以太网3或无线通信网6与大量的再生电能利用设备2，共同组成铁路再生电能云控制系统。本发明采用铁路牵引电网动态自动组网技术和铁路再生电能潮流控制算法，控制再生电能在制动机车、牵引机车、储能单元之间进行最优化流动，提高再生电能的消纳利用率，节省铁路牵引供电系统的电度电费。扣除少量系统损耗之后，装备本系统的电气化铁路区段，再生电能利用率能够达到75％及以上。
本发明一种分布式铁路再生电能云控制系统，除了提高再生电能的消纳利用率，节省电度电费之外，其他有益效果在于：
本发明通过融通、储存和释放再生电能，等效增大变电所牵引变压器的容量；有效降低变电所牵引变压器的最大需量值，节省铁路牵引供电系统的基本电费；平衡供电臂负荷，稳定接触网电压，减少电网负序、无功、谐波等影响，提高铁路牵引供电网的电能质量。

Claims (5)

1.一种分布式铁路再生电能云控制系统，其特征在于，包括有再生电能利用设备(2)、边缘云设备(4)及中心云设备(5)，所述再生电能利用设备(2)、所述边缘云设备(4)及所述中心云设备(5)之间通过工业以太网(3)或无线通信网(6)实现数据信息的互联互通，边缘云设备(4)和中心云设备(5)上部署有算法策略远程控制各个牵引变电所和分区所的再生电能利用设备(2)，再生电能利用设备(2)以桥接方式接入电气化铁路的每个牵引变电所和分区所的各个相邻的27.5kV供电臂，再生电能利用设备(2)连通全部相邻的27.5kV牵引供电臂，使多个相互隔离的牵引供电臂，等效为单一的同一个牵引供电臂，形成了再生电能通路(1)。
2.根据权利要求1所述的一种分布式铁路再生电能云控制系统，其特征在于，所述再生电能利用设备(2)由变流装置和储能舱构成，应用大功率电力电子变流技术组成变流装置，应用大功率电力电子变流技术同时采用钛酸锂电池或应用复合储能技术组成储能舱。
3.根据权利要求1所述的一种分布式铁路再生电能云控制系统，其特征在于，所述边缘云设备(4)主要由边缘网关设备构成，设立在靠近牵引变电所或分区所的位置，与再生电能利用设备(2)进行一对一或一对多连接。
4.根据权利要求1所述的一种分布式铁路再生电能云控制系统，其特征在于，所述中心云设备(5)设立在铁路局或数据中心位置，采用服务器集群结构，选取多台主机作为应用服务器，互为High Available，多台主机作为数据库服务器，互为备份。
5.根据权利要求1所述的一种分布式铁路再生电能云控制系统，其特征在于，所述工业以太网(3)采用光纤介质的工业实时以太网。
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