CN114013345B - 一种双制式牵引供电装置、控制装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双制式牵引供电装置，包括：单相交流供电组件JL：用于在单相交流供电模式下为牵引网提供单相交流供电；直流供电组件ZL：用于在直流供电模式下为牵引网提供直流供电，或在负序补偿模式下为三相电网G提供负序补偿；其中，当所述单相交流供电组件JL在单相交流供电模式下为牵引网提供单相交流供电时，所述直流供电组件ZL根据需要工作在负序补偿模式并为三相电网G提供负序补偿。本发明可以为牵引网提供直流供电电或交流供电，也可以对电网进行负序补偿，可以尽可能避免线路的重复建设，节约资源。

Description

一种双制式牵引供电装置、控制装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及牵引供电技术领域，具体涉及一种双制式牵引供电装置、控制装置及方法。

背景技术

随着中国经济的迅猛发展和城市化的快速推进，中国的城市发展已由单一城市的发展转变为经济相互依存的多个城市共同发展的城市群发展，轨道交通的建设也呈现出了多种形式，如干线铁路、城市轨道交通及市域轨道交通等。我国干线铁路电力机车普遍采用单相工频27.5kV交流供电制式，城市轨道交通车辆普遍采用1500V/750V直流供电制式，而市域轨道交通作为一种为中心城与新城之间提供快速大量公交化的新型轨道交通系统，根据不同的服务对象、客运量、建设规模等条件，既有采用城际干线铁路交流制式的，也有采用城市轨道交通直流制式的供电系统。

由于电压等级和供电制式的不同，在建造车辆试车线时需要建设不同制式的牵引供电系统，或是在对部分现有牵引变电所进行供电制式改造时，根据不同制式供电系统要求，不可避免的会造成大量的重复建设，若能提供交直流双供电制式牵引供电系统，不仅可以尽可能减少重复建设，还能为各类轨道交通实现互联互通需求提供参考基础。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种双制式牵引供电装置，通过直流供电组件ZL可以为牵引网提供直流供电，也可以对电网进行负序补偿，通过交流供电组件可以对牵引网提供交流供电，本发明可以尽可能避免线路的重复建设，节约资源。本发明通过以下技术手段实现：

本发明的第一方面在于提供一种双制式牵引供电装置，包括：

单相交流供电组件JL：用于在单相交流供电模式下为牵引网提供单相交流供电；

直流供电组件ZL：用于在直流供电模式下为牵引网提供直流供电，或在负序补偿模式下为三相电网G提供负序补偿；

其中，当所述单相交流供电组件JL在单相交流供电模式下为牵引网提供单相交流供电时，所述直流供电组件ZL根据需要工作在负序补偿模式并为三相电网G提供负序补偿。

进一步地，所述单相交流供电组件JL包括交流进线J1、交流进线开关T1、变压器B1、交流出线开关L1和交流供电馈线K1，其中，交流进线J1的输入端接三相电网G，交流进线J1的输出端接交流进线开关T1的输入端，交流进线开关T1的输出端接变压器B1的原边，变压器B1的次边接交流供电馈线K1的输入端，交流供电馈线K1的输出端接牵引网P。

进一步地，所述交流进线J1、交流进线开关T1、以及变压器B1的原边均为三相电结构或均为单相电结构；所述变压器B1的次边、交流出线开关L1和交流供电馈线K1均为单相电结构。

进一步地，包括n个并联的单相交流供电组件JL，记为单相交流供电组件JL1、单相交流供电组件JL2、…、单相交流供电组件JLn，n≥1。

进一步地，所述直流供电组件ZL包括交流进线J2、交流进线开关T2、变压器B2、变流器N2、直流出线开关L2和直流供电馈线K2，其中，交流进线J2的输入端接三相电网G，交流进线J2的输出端接交流进线开关T2的输入端，交流进线开关T2的输出端接变压器B2的原边，变压器B2的次边接变流器N2的交流输入端，变流器N2的直流输出端接直流出线开关L2的输入端，直流出线开关L2的输出端接直流供电馈线K2的输入端，直流供电馈线K2的输出端接牵引网P。

进一步地，所述变流器N2的输入侧为三相交流电输入，输出侧为直流电输出。

进一步地，包括m个直流供电组件ZL，记为直流供电组件ZL1、直流供电组件ZL2、…、直流供电组件ZLm，直流供电组件ZL1、直流供电组件ZL2、…、直流供电组件ZLm中的变流器N21、变流器N22、…、变流器N2m的直流输出端通过串联和并联的组合得到不同电压等级的直流电压，为牵引网提供不同电压等级的直流供电电压，其中，m≥1。

进一步地，直流供电组件ZL1、直流供电组件ZL2、…、直流供电组件ZLm中的变压器B21、变压器B22、…、变压器B2m采用一体设计形成一组原边和m组次边，m组次边分别连接变流器N21、变流器N22、…、变流器N2m的交流输入端，m个直流供电组件ZL共用一组交流进线J2。

本发明的目的之二在于提供一种控制上述双制式牵引供电装置的控制装置，包括中央控制单元CCU、电压检测器PT和电流检测器CT，其中，电压检测器PT的检测端连接三相电网G，电压检测器PT的输出端连接中央控制单元CCU的电压检测输入端，电流检测器CT的检测端连接三相电网G，电流检测器CT的输出端连接中央控制单元CCU的电流检测输入端，中央控制单元CCU的指令输入端用于接收双制式牵引供电装置工作模式指令信号，中央控制单元CCU的输出端连接所述双制式牵引供电系统的单相交流供电组件JL和直流供电组件ZL。

本发明的目的之三在于提供一种基于上述控制装置的控制方法，包括：

接收双制式牵引供电装置工作模式指令信号，所述双制式牵引供电装置工作模式指令信号包括直流供电模式信号、单相交流供电模式信号和仅负序补偿模式信号；

当接收到的双制式牵引供电装置工作模式指令信号为直流供电模式信号时，控制直流供电组件ZL投入运行，并控制单相交流供电组件JL停止运行；当接收到的工作模式指令信号为单相交流供电模式信号时，控制单相交流供电组件JL投入运行，同时根据电压检测器PT检测到的电压信号和电流检测器CT检测到的电流信号计算得到负序指令，根据负序指令控制直流供电组件ZL向三相电网G提供负序补偿；当接收到的双制式牵引供电装置工作模式指令信号为仅负序补偿模式信号时，控制单相交流供电组件JL停止运行，根据电压检测器PT检测到的电压信号和电流检测器CT检测到的电流信号计算得到负序指令，根据负序指令控制直流供电组件ZL向三相电网G提供负序补偿，并控制直流供电组件ZL停止向牵引网提供交流供电

本发明的目的之四在于提供一种双制式牵引牵引供电系统，包括上述双制式牵引供电装置和上述控制装置。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明可以通过直流供电组件ZL为牵引网提供直流供电或对电网进行负序补偿，还可以通过交流供电组件对牵引网提供交流供电，从而实现牵引供电系统的双供电制式兼容，采用本发明可以尽可能避免线路的重复建设，节约资源；

(2)在单相交流供电模式下，如果电网负序不满足要求从而引起电网电能质量问题，本发明可以令直流供电组件ZL工作于负序补偿模式并为电网提供负序补偿，进行电能质量治理，确保电网安全、稳定、经济运行；

(3)本发明可以设置多个直流供电组件ZL，多个直流供电组件ZL中的变流器的直流输出端可以通过串联和并联的组合得到不同电压等级的直流电压，从而为牵引网提供不同电压等级的直流供电电压，适用范围广。

附图说明

图1为根据一示例性实施例示出的一种双制式牵引供电系统结构示意图。

图2为根据一示例性实施例示出的另一种双制式牵引供电系统结构示意图。

图3为根据一示例性实施例示出的又一种双制式牵引供电系统结构示意图

图4为根据一示例性实施例示出的一种更为具体的双制式牵引供电系统结构示意图。

图5为根据一示例性实施例示出的一种控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种双制式牵引供电装置，包括：

单相交流供电组件JL：用于在单相交流供电模式下为牵引网提供单相交流供电；

直流供电组件ZL：用于在直流供电模式下为牵引网提供直流供电，或在负序补偿模式下为三相电网G提供负序补偿；

其中，当所述单相交流供电组件JL在单相交流供电模式下为牵引网提供单相交流供电时，所述直流供电组件ZL根据需要工作在负序补偿模式并为三相电网G提供负序补偿。

本实施例中，单相交流供电组件JL可以采用下文所述的变压器来实现单相交流供电，根据需要，本领域工作人员也可以采用变流器等功率装置来实现单相交流供电，或采用变压器+功率装置的组合形式来实现单相交流供电。

作为优选，如图1所示，所述单相交流供电组件JL包括交流进线J1、交流进线开关T1、变压器B1、交流出线开关L1和交流供电馈线K1，其中，交流进线J1的输入端接三相电网G，交流进线J1的输出端接交流进线开关T1的输入端，交流进线开关T1的输出端接变压器B1的原边，变压器B1的次边接交流供电馈线K1的输入端，交流供电馈线K1的输出端接牵引网P。

作为优选，所述交流进线J1、交流进线开关T1、以及变压器B1的原边均为三相电结构或均为单相电结构；所述变压器B1的次边、交流出线开关L1和交流供电馈线K1均为单相电结构。

作为优选，如图2所示和图3，本实施例可以包括n个并联的单相交流供电组件JL，记为单相交流供电组件JL1、单相交流供电组件JL2、…、单相交流供电组件JLn，n≥1。相应的，交流进线J1可以为交流进线J11、交流进线J12、…、交流进线J1n，交流进线开关T1可以为交流进线开关T11、交流进线开关T12、…、交流进线开关T1n，变压器B1可以为变压器B11、变压器B12、…、变压器B1n，交流出线开关L1可以为交流出线开关L11、交流出线开关L12、…、交流出线开关L1n，交流供电馈线K1可以为交流供电馈线K11、交流供电馈线K12、…、交流供电馈线K1n。

这里，n个单相交流供电组件中的各个器件参数可以根据实际情况取相同值或不同值，比如单相交流供电组件JL1中的变压器B11和单相交流供电组件JL2中的变压器B12的参数(如额定电压、额定功率等)可以相同也可以不相同。

作为优选，如图1所示，所述直流供电组件ZL包括交流进线J2、交流进线开关T2、变压器B2、变流器N2、直流出线开关L2和直流供电馈线K2，其中，交流进线J2的输入端接三相电网G，交流进线J2的输出端接交流进线开关T2的输入端，交流进线开关T2的输出端接变压器B2的原边，变压器B2的次边接变流器N2的交流输入端，变流器N2的直流输出端接直流出线开关L2的输入端，直流出线开关L2的输出端接直流供电馈线K2的输入端，直流供电馈线K2的输出端接牵引网P。

作为优选，所述变流器N2的输入侧为三相交流电输入，输出侧为直流电输出。

作为优选，如图2和图3所示，本实施例包括m个直流供电组件ZL，记为直流供电组件ZL1、直流供电组件ZL2、…、直流供电组件ZLm，直流供电组件ZL1、直流供电组件ZL2、…、直流供电组件ZLm中的变流器N21、变流器N22、…、变流器N2m的直流输出端通过串联和并联的组合得到不同电压等级的直流电压，为牵引网提供不同电压等级的直流供电电压，其中，m≥1。相应的，交流进线J2可以为交流进线J21、交流进线J22、…、交流进线J2n，交流进线开关T2可以为交流进线开关T21、交流进线开关T22、…、交流进线开关T2n，变压器B2可以为变压器B21、变压器B22、…、变压器B2n，直流出线开关L2可以为直流出线开关L21(包括图4所示的直流出线开关r11和直流出线开关r12)、直流出线开关L22(包括图4所示的直流出线开关r21和直流出线开关r22)、…、直流出线开关L2n(包括图4所示的直流出线开关rm1和直流出线开关rm2)，直流供电馈线K2可以为直流供电馈线K21、直流供电馈线K22、…、直流供电馈线K2n。

这里，m个直流供电组件ZL中的各个器件参数可以根据实际情况取相同值或不同值，比如直流供电组件ZL1中的变流器N21和直流供电组件ZL2中的变流器N22的参数(如额定电压、额定功率等)可以相同也可以不相同。还需要说明的是，如图4所示，可以令直流供电组件ZL1、直流供电组件ZL2、…、直流供电组件ZLm中的变流器N21、变流器N22、…、变流器N2m的直流输出端的一端均为端子a，另一端均为端子b，令变流器N21、变流器N22、…、变流器N2m的端子a分别通过直流出线开关r11、直流出线开关r21、…、直流出线开关rm1与牵引网中的接触网连接，令变流器N21、变流器N22、…、变流器N2m的端子b分别通过直流出线开关r12、直流出线开关r22、…、直流出线开关rm2与牵引网中的钢轨连接(接地)，为了使直流供电组件ZL1、直流供电组件ZL2、…、直流供电组件ZLm中的变流器N21、变流器N22、…、变流器N2m的直流输出端通过串联和并联的组合得到不同电压等级的直流电压，可以采用以下技术手段：在直流供电组件ZL1的端子b与直流供电组件ZL2的端子a之间设置连接开关Q12，在直流供电组件ZL2的端子b与直流供电组件ZL3的端子a之间设置连接开关Q23，在直流供电组件ZL3的端子b与直流供电组件ZL4的端子a之间设置连接开关Q34，…，在直流供电组件ZLm-1的端子b与直流供电组件ZLm的端子a之间设置连接开关Q(m-1)m。具体地，作为举例，要使变流器N21的输出端和变流器N22的输出端串联后输出直流电给接触网，则需要闭合直流出线开关r11、直流出线开关r22以及连接开关Q12，同时断开直流出线开关r12和直流出线开关r21，还需要断开连接开关Q23；作为另一举例，要使变流器N22的输出端、变流器N23的输出端和变流器N24的输出端串联后输出直流电给接触网，则需要闭合直流出线开关r21、直流出线开关L42、连接开关Q23和连接开关Q34，同时断开直流出线开关r22、直流出线开关r31和直流出线开关r32、直流出线开关r41，还需要断开连接开关Q12和连接开关Q45；作为又一举例，要使变流器N22的输出端、变流器N23的输出端和变流器N24的输出端并联，即各自独立输出直流电给接触网，则需要断开连接开关Q12、连接开关Q23、连接开关Q34和连接开关Q45，闭合直流出线开关r21和直流出线开关r22，闭合直流出线开关r31和直流出线开关r32，闭合直流出线开关r41和直流出线开关r42；作为再一种举例，也可以令变流器N21的输出端、变流器N22的输出端和变流器N23的输出端串联，同时令变流器N25的输出端、变流器N26的输出端和变流器N27的输出端串联，然后再同时输出直流电给接触网，这种情况下，直流供电组件ZLi(i≠1,2,3,5,6,7；且i≤m)也可以根据实际情况输出直流电给接触网；以此类推至其他组合情况。这里，对于如何操作相应开关使得各个直流供电组件ZL中的变流器N2的输出端构成不同串联关系或并联关系并没有穷举，本领域技术人员根据本发明提供思路可以想到或推导出来的，也属于本发明欲予保护的对象，此处不再赘述或列举。

作为优选，如图3所示，直流供电组件ZL1、直流供电组件ZL2、…、直流供电组件ZLm中的变压器B21、变压器B22、…、变压器B2m采用一体设计形成一组原边和m组次边，m组次边分别连接变流器N21、变流器N22、…、变流器N2m的交流输入端，m个直流供电组件ZL共用一组交流进线J2。这里，将m个独立变压器B2设置为多绕组的一体变压器，可以减小设备体积，实际使用时，根据施工场地、工程设计需要相应选择即可。

实施例2

如图1、图2和图3所示，本实施例提供一种控制实施例所提供的双制式牵引供电系统的控制装置，包括中央控制单元CCU、电压检测器PT和电流检测器CT，其中，电压检测器PT的检测端连接三相电网G，电压检测器PT的输出端连接中央控制单元CCU的电压检测输入端，电流检测器CT的检测端连接三相电网G，电流检测器CT的输出端连接中央控制单元CCU的电流检测输入端，中央控制单元CCU的指令输入端用于接收双制式牵引供电装置工作模式指令信号，中央控制单元CCU的输出端连接所述双制式牵引供电系统的单相交流供电组件JL和直流供电组件ZL。

实施例3

如图5所示，本实施例提供一种关于实施例2所提供控制装置的控制方法，包括：

接收双制式牵引供电装置工作模式指令信号，所述双制式牵引供电装置工作模式指令信号包括直流供电模式信号、单相交流供电模式信号和仅负序补偿模式信号；

当接收到的双制式牵引供电装置工作模式指令信号为直流供电模式信号时，控制直流供电组件ZL投入运行，并控制单相交流供电组件JL停止运行；当接收到的工作模式指令信号为单相交流供电模式信号时，控制单相交流供电组件JL投入运行，同时根据电压检测器PT检测到的电压信号和电流检测器CT检测到的电流信号计算得到负序指令，根据负序指令控制直流供电组件ZL向三相电网G提供负序补偿；当接收到的双制式牵引供电装置工作模式指令信号为仅负序补偿模式信号时，控制单相交流供电组件JL停止运行，根据电压检测器PT检测到的电压信号和电流检测器CT检测到的电流信号计算得到负序指令，根据负序指令控制直流供电组件ZL向三相电网G提供负序补偿，并控制直流供电组件ZL停止向牵引网提供交流供电。

这里，控制单相交流供电组件JL投入运行或停止运行，控制直流供电组件ZL投入运行或停止运行，均可以通过控制相应开关的闭合和断开状态来实现，这里本领域技术人员根据实际情况控制即可，不再详述。

实施例4

如图1、图2和图3所示，本实施例提供一种双制式牵引牵引供电系统，包括实施例1提供的双制式牵引供电装置和实施例2提供的控制装置。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种双制式牵引供电装置，其特征在于，包括：

单相交流供电组件JL，其输入端接三相电网G，输出端接牵引网P：用于在单相交流供电模式下为牵引网提供单相交流供电，所述单相交流供电组件JL包括变压器B1，变压器B1的原边为三相电结构或为单相电结构，变压器B1的次边为单相电结构；

直流供电组件ZL，其输入端接三相电网G，输出端接牵引网P：用于在直流供电模式下为牵引网提供直流供电，或在负序补偿模式下为三相电网G提供负序补偿，所述直流供电组件ZL包括变压器B2、变流器N2，所述变流器N2的输入侧为三相交流电输入，输出侧为直流电输出；

其中，当所述单相交流供电组件JL在单相交流供电模式下为牵引网提供单相交流供电时，所述直流供电组件ZL根据需要工作在负序补偿模式并为三相电网G提供负序补偿。

2.根据权利要求1所述的一种双制式牵引供电装置，其特征在于，包括m个直流供电组件ZL，记为直流供电组件ZL1、直流供电组件ZL2、…、直流供电组件ZLm，直流供电组件ZL1、直流供电组件ZL2、…、直流供电组件ZLm中的变流器N21、变流器N22、…、变流器N2m的直流输出端通过串联和并联的组合得到不同电压等级的直流电压，为牵引网提供不同电压等级的直流供电电压，其中，m≥1。

3.根据权利要求1或2所述的一种双制式牵引供电装置，其特征在于，所述直流供电组件ZL还包括交流进线J2、交流进线开关T2、直流出线开关L2和直流供电馈线K2，其中，交流进线J2的输入端接三相电网G，交流进线J2的输出端接交流进线开关T2的输入端，交流进线开关T2的输出端接变压器B2的原边，变压器B2的次边接变流器N2的交流输入端，变流器N2的直流输出端接直流出线开关L2的输入端，直流出线开关L2的输出端接直流供电馈线K2的输入端，直流供电馈线K2的输出端接牵引网P。

4.根据权利要求1或2所述的一种双制式牵引供电装置，其特征在于，直流供电组件ZL1、直流供电组件ZL2、…、直流供电组件ZLm中的变压器B21、变压器B22、…、变压器B2m采用一体设计形成一组原边和m组次边，m组次边分别连接变流器N21、变流器N22、…、变流器N2m的交流输入端，m个直流供电组件ZL共用一组交流进线J2。

5.根据权利要求1或2所述的一种双制式牵引供电装置，其特征在于，所述单相交流供电组件JL还包括交流进线J1、交流进线开关T1、交流出线开关L1和交流供电馈线K1，其中，交流进线J1的输入端接三相电网G，交流进线J1的输出端接交流进线开关T1的输入端，交流进线开关T1的输出端接变压器B1的原边，变压器B1的次边接交流供电馈线K1的输入端，交流供电馈线K1的输出端接牵引网P。

6.根据权利要求5所述的一种双制式牵引供电装置，其特征在于，所述交流进线J1、交流进线开关T1均为三相电结构或均为单相电结构；所述交流出线开关L1和交流供电馈线K1均为单相电结构。

7.根据权利要求1-2、6任意一项所述的一种双制式牵引供电装置，其特征在于，包括n个并联的单相交流供电组件JL，记为单相交流供电组件JL1、单相交流供电组件JL2、…、单相交流供电组件JLn，n≥1。

8.根据权利要求1-2、6任意一项所述的一种双制式牵引供电装置，其特征在于，所述双制式牵引供电装置工作模式包括直流供电模式、单相交流供电模式和仅负序补偿模式。

9.一种控制权利要求1-8任意一项所述的双制式牵引供电装置的控制装置，其特征在于，包括中央控制单元CCU、电压检测器PT和电流检测器CT，其中，电压检测器PT的检测端连接三相电网G，电压检测器PT的输出端连接中央控制单元CCU的电压检测输入端，电流检测器CT的检测端连接三相电网G，电流检测器CT的输出端连接中央控制单元CCU的电流检测输入端，中央控制单元CCU的指令输入端用于接收双制式牵引供电装置工作模式指令信号，中央控制单元CCU的输出端连接所述双制式牵引供电装置的单相交流供电组件JL和直流供电组件ZL。

10.一种基于权利要求9所述控制装置的控制方法，其特征在于，包括：

接收双制式牵引供电装置工作模式指令信号，所述双制式牵引供电装置工作模式指令信号包括直流供电模式信号、单相交流供电模式信号和仅负序补偿模式信号；

当接收到的双制式牵引供电装置工作模式指令信号为直流供电模式信号时，控制直流供电组件ZL投入运行，并控制单相交流供电组件JL停止运行；当接收到的工作模式指令信号为单相交流供电模式信号时，控制单相交流供电组件JL投入运行，同时根据电压检测器PT检测到的电压信号和电流检测器CT检测到的电流信号计算得到负序指令，根据负序指令控制直流供电组件ZL向三相电网G提供负序补偿；当接收到的双制式牵引供电装置工作模式指令信号为仅负序补偿模式信号时，控制单相交流供电组件JL停止运行，根据电压检测器PT检测到的电压信号和电流检测器CT检测到的电流信号计算得到负序指令，根据负序指令控制直流供电组件ZL向三相电网G提供负序补偿，并控制直流供电组件ZL停止向牵引网提供交流供电。

11.一种双制式牵引供电系统，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的双制式牵引供电装置和权利要求9所述控制装置。