CN115833211A - 一种柔性直流牵引供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柔性直流牵引供电系统，包括：直流中压环网、至少一个换流站和至少一个牵引站；其中，换流站的交流侧连接交流电源；换流站的直流侧连接直流中压环网；直流中压环网为各个牵引站提供直流电源，从而实现将现有的传统的交流中压环网的供电方式，改为采用直流中压环网的供电方式，降低无功损耗，直流中压环网的整体效率较高；直流的供电距离较长，可以采用较低电压等级的器件，降低系统的硬件成本。

Description

一种柔性直流牵引供电系统

技术领域

本发明属于地铁轨道交通技术领域，更具体的说，尤其涉及一种柔性直流牵引供电系统。

背景技术

轨道交通作为新基建的重要基础发展方向之一，目前备受关注。牵引供电系统作为轨道交通的动力源泉，其供电质量的优劣将对轨道交通的安全、可靠、经济运行产生重要的影响。

目前，轨道交通牵引供电的供电制式采用直流供电制式，在国内主要的电压等级为DC750V和DC1500V。牵引站通过牵引变压器降压，再整流，从而得到直流电压。牵引站的电源来源于交流中压环网，一般采用双电源进线。交流中压环网目前采用交流的供电制式，其电压等级为35kV或10kV。

但是，采用交流中压环网的方式，会导致交流中压环网存在较大的无功损耗，降低了系统的供电效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种柔性直流牵引供电系统，用于实现直流供电制式，降低无功损耗，直流中压环网的整体效率较高；直流的供电距离较长，可以采用较低电压等级。

本发明公开了一种柔性直流牵引供电系统，应用于轨道交通牵引系统，包括：直流中压环网、至少一个换流站和至少一个牵引站；

所述换流站的交流侧连接交流电源；

所述换流站的直流侧连接所述直流中压环网；

所述直流中压环网为各个所述牵引站提供直流电源。

可选的，所述换流站包括：换流变压器和换流器；

所述换流变压器的一次侧作为所述换流站的交流侧；

所述换流变压器的二次侧与所述换流器的交流侧相连；

所述换流器的直流侧作为所述换流站的直流侧。

可选的，所述换流站的数量为至少两个。

可选的，所述牵引站包括：多端口能量路由器。

可选的，所述牵引站为多端口牵引站。

可选的，所述牵引站包括至少一个直流输出端口，以及，至少一个交流输出端口。

可选的，所述牵引站，包括：DC/DC变换器和DC/AC变换器；

所述DC/DC变换器的第一端连接所述牵引站的直流母线；

所述DC/DC变换器的第二端与所述DC/AC变换器的直流侧相连；

所述DC/DC变换器的第二端直接或间接连接所述牵引站的直流输出端；

所述DC/AC变换器的交流侧连接所述牵引站的交流输出端。

可选的，所述牵引站，包括：AC/DC变换器和DC/AC变换器；

所述DC/AC变换器的直流侧连接所述牵引站的直流母线；

所述DC/AC变换器的交流侧与所述AC/DC变换器的交流侧相连；

所述DC/AC变换器的交流侧直接或间接连接所述牵引站的交流输出端；

AC/DC变换器的直流侧连接所述牵引站的直流输出端。

可选的，所述换流站的引出线连接相应的牵引站的直流母线，各个所述牵引站之间通过手拉手供电的方式连接，以形成所述直流中压环网。

可选的，所述直流中压环网的电压等级与所述柔性直流牵引供电系统线路长短及牵引负荷之间存在预设关系。

从上述技术方案可知，本发明提供的一种柔性直流牵引供电系统，包括：直流中压环网、至少一个换流站和至少一个牵引站；其中，换流站的交流侧连接交流电源；换流站的直流侧连接直流中压环网；直流中压环网为各个牵引站提供直流电源，从而实现将现有的传统的交流中压环网的供电方式，改为采用直流中压环网的供电方式，降低无功损耗，直流中压环网的整体效率较高；直流的供电距离较长，可以采用较低电压等级的器件，降低系统的硬件成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种柔性直流牵引供电系统的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种柔性直流牵引供电系统及其换流站的示意图；

图3是本发明实施例提供的一种柔性直流牵引供电系统中牵引站的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，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。

本发明实施例提供了一种柔性直流牵引供电系统，用于解决现有技术采用交流中压环网的方式，会导致交流中压环网存在较大的无功损耗，降低了系统的供电效率的问题。

如图1所示，该柔性直流牵引供电系统，包括：直流中压环网20、至少一个换流站10和至少一个牵引站30。

换流站10的交流侧连接交流电源；也就是说，该换流站10从交流电源取电，该交流电源可以是电网，也可以是新能源系统，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

换流站10的直流侧连接直流中压环网20。也即，该换流站10为该直流中压环网20提供直流电。

具体的，该换流站10接收交流电源的交流电，并对该交流电进行转换得到直流电，以及将该直流电传输至直流中压环网20。

直流中压环网20为各个牵引站30提供直流电源。

具体的，各个牵引站30均连接至该直流中压环网20，如该牵引站30的直流母线连接至该直流中压环网20。

在实际应用中，换流站10的引出线连接相应的牵引站30的直流母线，各个牵引站30之间通过手拉手供电的方式连接，以形成直流中压环网20。

该直流中压环网20的电压等级与柔性直流牵引供电系统线路长短及牵引负荷之间存在预设关系。此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

在本实施例中，将现有的传统的交流中压环网的供电方式，改为采用直流中压环网的供电方式，降低无功损耗，直流中压环网20的整体效率较高；直流的供电距离较长，可以采用较低电压等级的器件，降低系统的硬件成本。

值得说明的是，现有技术中的交流环网的各个节点的潮流较难控制；而本实施中采用直流中压环网20，通过直流中压环网调整各节点的补偿电压来实现直流中压环网20的潮流可控，可优化系统中的潮流分布。

在实际应用中，如图2所示，换流站10包括：换流变压器T和换流器11。

换流变压器T的一次侧作为换流站10的交流侧、连接交流电源，以接收交流电。

换流变压器T的二次侧与换流器11的交流侧相连。该换流变压器T用于对接收到的交流电进行变压，并将变压后的交流电传输至换流器11的交流侧。

换流器11的直流侧作为换流站10的直流侧、连接至直流中压环网20。该换流器11用于将通过换流变压器T接收到的交流电转换为直流电，并将该直流电传输至直流中压环网20。

在实际应用中，换流站10的数量为至少两个。

具体的，可以根据该柔性直流牵引供电系统的线路长度，确定换流站10的数量，如线路越长换流站10越多，线路越短换流站10越少。在换流站10的数量较多时，可以提高系统的供电可靠性。

在实际应用中，直流中压环网20的电压等级与柔性直流牵引供电系统线路长短及牵引负荷之间存在预设关系。

需要说明的是，该牵引站30为多端口牵引站。

在实际应用中，牵引站30包括：多端口能量路由器；也就是说，牵引站30供电方案采用多端口能量路由器方案，如图3所示，该牵引站30输出直流1500V或750V，以及，交流380V。当然也可以其他数值的电压，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

也即，牵引站30包括至少一个直流输出端口、连接牵引负荷，用于向该牵引负荷输出直流电；以及，至少一个交流输出端口、连接站内交流负荷，用于向该站内交流负荷输出交流电。

在实际应用中，该牵引站30可以是多种结构，来实现多端口输出。下面分别对两种情况进行说明：

(1)牵引站30，包括：DC/DC变换器和DC/AC变换器。

DC/DC变换器的第一端连接牵引站30的直流母线。

DC/DC变换器的第二端与DC/AC变换器的直流侧相连。

DC/DC变换器的第二端直接或间接连接牵引站30的直流输出端；具体的，DC/DC变换器的第二端直接连接牵引站30的直流输出端；或者，DC/DC变换器的第二端通过另一个DC/DC变换器连接牵引站30的直流输出端。

DC/AC变换器的交流侧连接牵引站30的交流输出端。

(2)牵引站30，包括：AC/DC变换器和DC/AC变换器。

DC/AC变换器的直流侧连接牵引站30的直流母线。

DC/AC变换器的交流侧与AC/DC变换器的交流侧相连。

DC/AC变换器的交流侧直接或间接连接牵引站30的交流输出端；具体的，DC/AC变换器的交流侧直接连接牵引站30的交流输出端；或者，DC/AC变换器的交流侧通过AC/AC变换器连接牵引站30的交流输出端。

AC/DC变换器的直流侧连接所述牵引站30的直流输出端。

该牵引站30的具体结构不仅限于(1)和(2)所描述的结构，只要能实现该牵引站30输出相应的直流电和相应的交流电即可，均在本申请的保护范围内。

需要说明的是，现有技术中牵引站30采用24脉波整流器的方式，该整流设备会向交流电网注入谐波。

而本实施例采用能量路由器为牵引网供电，牵引网电压可控，在牵引制动的过程中，电网波动范围小、减小谐波，提高了牵引网直流电压的稳定性另外，牵引站30采用多端口能量路由器，可输出DC1500V和AC380V，为牵引系统和辅控系统及站内用电设备供电。

本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种柔性直流牵引供电系统，其特征在于，应用于轨道交通牵引系统，包括：直流中压环网、至少一个换流站和至少一个牵引站；

所述换流站的交流侧连接交流电源；

所述换流站的直流侧连接所述直流中压环网；

所述直流中压环网为各个所述牵引站提供直流电源。

2.根据权利要求1所述的柔性直流牵引供电系统，其特征在于，所述换流站包括：换流变压器和换流器；

所述换流变压器的一次侧作为所述换流站的交流侧；

所述换流变压器的二次侧与所述换流器的交流侧相连；

所述换流器的直流侧作为所述换流站的直流侧。

3.根据权利要求1所述的柔性直流牵引供电系统，其特征在于，所述换流站的数量为至少两个。

4.根据权利要求1所述的柔性直流牵引供电系统，其特征在于，所述牵引站为多端口牵引站。

5.根据权利要求1所述的柔性直流牵引供电系统，其特征在于，所述牵引站包括：多端口能量路由器。

6.根据权利要求4所述的柔性直流牵引供电系统，其特征在于，所述牵引站包括至少一个直流输出端口，以及，至少一个交流输出端口。

7.根据权利要求6所述的柔性直流牵引供电系统，其特征在于，所述牵引站，包括：DC/DC变换器和DC/AC变换器；

所述DC/DC变换器的第一端连接所述牵引站的直流母线；

所述DC/DC变换器的第二端与所述DC/AC变换器的直流侧相连；

所述DC/DC变换器的第二端直接或间接连接所述牵引站的直流输出端；

所述DC/AC变换器的交流侧连接所述牵引站的交流输出端。

8.根据权利要求6所述的柔性直流牵引供电系统，其特征在于，所述牵引站，包括：AC/DC变换器和DC/AC变换器；

所述DC/AC变换器的直流侧连接所述牵引站的直流母线；

所述DC/AC变换器的交流侧与所述AC/DC变换器的交流侧相连；

所述DC/AC变换器的交流侧直接或间接连接所述牵引站的交流输出端；

AC/DC变换器的直流侧连接所述牵引站的直流输出端。

9.根据权利要求1-8任一项所述的柔性直流牵引供电系统，其特征在于，所述换流站的引出线连接相应的牵引站的直流母线，各个所述牵引站之间通过手拉手供电的方式连接，以形成所述直流中压环网。

10.根据权利要求1-8任一项所述的柔性直流牵引供电系统，其特征在于，所述直流中压环网的电压等级与所述柔性直流牵引供电系统线路长短及牵引负荷之间存在预设关系。

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