CN207166151U - 一种电能管理装置及牵引供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电能管理装置及牵引供电系统，涉及铁路牵引供电技术领域，能够利用电力机车再生制动时所产生的电能对牵引变电所的用电负荷进行供电，从而提高牵引供电系统的能量利用效率，并降低牵引供电系统的用电成本。电能管理装置包括电能调控单元和至少一个储能单元；电能调控单元与储能单元相连，储能单元设于牵引变电所内，储能单元与所在牵引变电所对应的供电臂和馈线分别相连，储能单元还与所在牵引变电所的用电负荷相连；电能调控单元用于在电价谷值时段控制储能单元存储由电力机车再生制动所产生的电能，在电价峰值时段控制储能单元向所在牵引变电所的用电负荷供电。上述电能管理装置用于为用电负荷供电。

Description

一种电能管理装置及牵引供电系统

技术领域

本实用新型涉及铁路牵引供电技术领域，尤其涉及一种电能管理装置及牵引供电系统。

背景技术

众所周知的是，电气化铁路的牵引动力是电力机车，但电力机车本身不带电能，所需电能均由牵引供电系统提供。如图1所示，牵引供电系统通常包括多个牵引变电所，相邻两个牵引变电所之间设有分区亭1，各牵引变电所包括牵引变压器2以及维持牵引变电所正常运行的各种用电负荷(图中未示出)，牵引变压器2的一端通过供电臂3与分区亭1相连，牵引变压器2的另一端通过馈线4与分区亭1相连。当需要为电力机车5提供电能时，牵引变压器2将由电力系统提供的电压进行转换，并将转换后的电压通过供电臂3传输给电力机车5，以实现对电力机车5的电力牵引。

目前，电力机车5在运行过程中普遍存在再生再生制动的过程，即，当电力机车5发生再生制动时，部分动能会转化为电能，并通过供电臂3回馈给电力系统。可是，在目前的电力机制下，电力系统只能根据所使用的电能扣除相关电费，而并不能根据所反馈给电力系统的电能抵扣相关电费，也就是说，由电力机车5再生制动所产生的电能并不能抵扣电费，因而该部分电能并不能得到合理的利用。那么，如何对电力机车再生制动所产生的电能进行有效管理及合理利用，就成为了目前丞待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种电能管理装置及牵引供电系统，能够利用电力机车再生制动时所产生的电能对牵引变电所的用电负荷进行供电，从而提高牵引供电系统的能量利用效率，以及降低牵引供电系统的用电成本。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型的第一方面提供了一种电能管理装置，包括电能调控单元和至少一个储能单元；其中，所述电能调控单元与至少一个所述储能单元相连，所述储能单元设于牵引变电所内，所述储能单元与所在牵引变电所对应的供电臂和馈线分别相连，所述储能单元还与所在牵引变电所的用电负荷相连；所述电能调控单元用于在电价谷值时段控制所述储能单元存储由电力机车再生制动所产生的电能，在电价峰值时段控制所述储能单元向所在牵引变电所的用电负荷供电。

本实用新型所提供的电能管理装置包括电能调控单元和至少一个储能单元，在电价谷值时段，电能调控单元可控制储能单元接收电力机车再生制动时所产生的电能，并对该部分电能进行存储。由于储能单元还与所在牵引变电所的用电负荷相连，因而在电价峰值时段，电能调控单元可控制储能单元利用自身所存储的电能为所在牵引变电所的用电负荷供电，从而令用电负荷在电价较高的时间段无需再从电力系统获取电能，进而大大减少了用电负荷所消耗的电费。因此，采用本实用新型所提供的电能管理装置，不仅能够对电力机车再生制动所产生的电能进行有效管理及合理利用，提高牵引供电系统的能源利用率，还能够降低牵引供电系统的用电成本。

本实用新型的第二方面提供了一种牵引供电系统，包括如本实用新型的第一方面所述的电能管理装置。

本实用新型所提供的牵引供电系统的有益效果与本实用新型的第一方面所提供的电能管理装置的有益效果相同，此处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1为现有技术中的牵引供电系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的电能管理装置的结构示意图一；

图3为本发明实施例所提供的电能管理装置的结构示意图二；

图4为本发明实施例所提供的电能管理装置的结构示意图三；

图5为本发明实施例所提供的电能管理装置的管理方法的流程图一；

图6为本发明实施例所提供的电能管理装置的管理方法的流程图二；

图7为本发明实施例所提供的电能管理装置的管理方法的流程图三。

附图标记说明：

1-分区亭； 2-牵引变压器；

3-供电臂； 4-馈线；

5-电力机车； 6-电能调控单元；

7-储能单元； 8-电力系统的输电线路；

9-充电桩； 61-时段判定模块；

62-控制模块； 63-电能判定模块；

64-储能调节模块。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例一

如图2所示，本实施例提供了一种电能管理装置，该电能管理装置包括电能调控单元6和至少一个储能单元7。其中，电能调控单元6与至少一个储能单元7相连，储能单元7设于牵引变电所内，储能单元7与所在牵引变电所对应的供电臂3和馈线4分别相连，储能单元7还与所在牵引变电所的用电负荷相连(图中未示出)。电能调控单元6用于在电价谷值时段控制储能单元7存储由电力机车5再生制动所产生的电能，并在电价峰值时段控制储能单元7为所在牵引变电所的用电负荷供电。

可以理解的是，本实施例所提供的电能管理装置应用于牵引供电系统中，牵引供电系统的牵引变电所设于铁路沿线，相邻两个牵引变电所之间设有分区亭1，且各牵引变电所中包括有牵引变压器2和用电负荷。其中，牵引变电所内的用电负荷是指维持牵引变电所正常运行所需的负荷，具体可包括日常照明负荷、动力负荷和通暖负荷等。电价谷值时段是指一天中电价较低的时间段，例如一天中的0点～8点，以及21点～0点；电价峰值时段是指一天中电价较高的时间段，例如一天中的8点～21点。

本实施例所提供的电能管理装置包括电能调控单元6和至少一个储能单元7，在电价谷值时段，电能调控单元6可控制储能单元7接收电力机车5再生制动时所产生的电能，并对该部分电能进行存储。由于储能单元7还与所在牵引变电所的用电负荷相连，因而在电价峰值时段，电能调控单元6可控制储能单元7利用自身所存储的电能为所在牵引变电所的用电负荷供电，从而令用电负荷在电价较高的时间段无需再从电力系统获取电能，进而大大减少了用电负荷所消耗的电费。因此，采用本实施例所提供的电能管理装置，不仅能够对电力机车5再生制动所产生的电能进行有效管理及合理利用，提高牵引供电系统的能源利用率，还能够降低牵引供电系统的用电成本。

并且，由于电力机车5的再生制动在时间上具有一定的随机性，因而将电力机车5再生制动产生的电能回馈至电力系统也就具有一定的随机性，这就必然会对电力系统的能量管理带来一定的扰动。然而采用本实施例所提供的电能管理装置，可以将电力机车5再生制动所产生的电能存储在储能单元7中，进而利用该部分电能对牵引变电所内的用电负荷进行供电，无需再令该部分电能直接回馈至电力系统，从而也就可避免回馈的电能对电力系统的能量管理带来扰动。

需要说明的是，在实际应用中，一个牵引变电所内的牵引变压器2可与一条供电臂3相连，也可与两条供电臂3相连。当牵引变压器2与一条供电臂3相连时，该牵引供电所对应的供电臂3上可连接一个或多个储能单元7；当牵引变压器2与两条供电臂3分别相连时，可在两条供电臂3上分别连接一个或多个储能单元7，也可仅在一条供电臂3上连接一个或多个储能单元7。储能单元7与供电臂3的连接方式可根据实际情况进行设定，本实施例对此不作具体限制。

如图3所示，电能调控单元6包括时段判定模块61和控制模块62，控制模块62分别与时段判定模块61和储能单元7相连。其中，时段判定模块61用于根据实时电价，判断当前时刻属于电价谷值时段还是电价峰值时段。当时段判定模块61判断出当前时刻属于电价谷值时段时，若电力机车5发生再生制动，控制模块62根据预先存储的电能管理策略，可控制电力机车5再生制动位置处的供电臂3上连接的储能单元7存储由电力机车5再生制动所产生的电能；当时段判定模块61判断出当前时段属于电价峰值时段时，控制模块62根据预先存储的电能管理策略，控制储能单元7为所在牵引变电所的用电负荷供电。

与现有技术中用电负荷所需的电能全部从电力系统获取的方式相比，在本实施例中，在电价峰值时段，用电负荷可以从储能单元7中获取电能，即，利用电车再生制动所产生的电能为用电负荷供电，这样就可大大减少用电负荷从电力系统所获取的电能，从而减少用电负荷所消耗的电费。

进一步的，电能调控单元6还可包括电能判定模块63，电能判定模块63分别与控制模块62和储能单元7相连，此外，储能单元7还与电力系统的输电线路8相连。其中，电能判定模块63用于判断牵引变电所内的储能单元7所存储的电能与该牵引变电所内的用电负荷的用电量的大小。在时段判定模块61判断出当前时刻属于电价谷值时段，且电能判定模块63判断出牵引变电所内的储能单元7所存储的电能小于该牵引变电所内的用电负荷的用电量时，控制模块62还用于控制该牵引变电所内的储能单元7存储由电力系统所提供的电能。

当储能单元7中存储的电能小于所在牵引变电所内的用电负荷的用电量时，说明牵引变电所内的储能单元7储能不足，不足以在电价峰值时段支撑所在牵引变电所内用电负荷的用电，这时控制模块62可控制储能单元7在电价谷值时段以较低的电价从电力系统获取电能，从而保证储能单元7在电价峰值时段有足够的电能为用电负荷供电。采用该种方式，可以保证用电负荷在电价峰值时段无需从电力系统获取电能，从而实现以较低的用电成本为用电负荷进行供电。

进一步的，储能单元7还可与充电桩9相连。在时段判定模块61判断出当前时刻属于电价峰值时段，且电能判定模块63判断出牵引变电所内的储能单元7所存储的电能大于该牵引变电所内的用电负荷的用电量时，控制模块62还可控制该牵引变电所内的储能单元7向充电桩9充电。

可以理解的是，上述充电桩9可以为设置在铁路沿线的用于为附近居民的电动汽车充电的汽车充电桩，当然，也可以为其他类型的充电桩。令储能单元7和充电桩9相连，可以在储能单元7所存储的电能过多时，将富余的电能向充电桩9充电，一方面为铁路附近的居民提供了便利，另一方面还可进一步的提高能源的利用率。

此外，由于铁路线路途经的地形的不同，电力机车5在不同的地段行驶时，发生再生制动的次数也就不同，这就导致了电力机车5给不同供电臂3上连接的储能单元7回馈的电能也就不同，进而就会出现部分牵引变电所内的储能单元7中仅存储有较少的电能，而部分牵引变电所内的储能单元7会存储较多的电能。

基于此，如图4所示，当储能单元7的数量为多个，各储能单元7通过分区亭开关(图中未示出)与相邻的储能单元相连，电能调控单元6还可包括储能调节模块64。储能调节模块64分别与电能判定模块63、多个储能单元7以及分区亭开关相连。电能判定模块63还用于计算牵引变电所内的用电负荷的用电量与该牵引变电所内的储能单元7所存储的电能之间的电能差值，并判断电能差值是否超出阈值。储能调节模块64用于在电能判定模块63判断出电能差值超出阈值时，控制储能单元7之间进行充电或放电。

需要说明的是，当相邻两个储能单元7之间需要进行充电或放电时，储能调节模块64可控制连接两个储能单元7之间的分区亭开关闭合，进而实现两个储能单元7之间进行充电或放电。当相邻两个储能单元7之间无需进行充电或放电时，储能调节模块64可控制连接两个储能单元7之间的分区亭开关断开。

当判断出电能差值超出阈值时，说明牵引变电所内的储能单元7所存储的电能与对应的用电负荷的用电量不匹配，当供电臂3所处位置上没有电力机车5经过时，通过储能调节模块64控制同一牵引变电所内不同供电臂3上的储能单元或是不同牵引变电所内的储能单元7之间进行充电或放电，可以调节储能单元中存储的电能的多少，从而使储能单元7之间的电能实现均衡分配，进而避免出现部分储能单元7存储的电能不足或存储的电能过剩的情况，以提高能源利用率。

此外，需要说明的是，由于储能单元7中存储有电力机车5再生制动所产生的电能，因而当出现供电臂3失电且电力机车5需要在该供电臂3所处位置上进行紧急再生制动的情况时，储能单元7还可以快速切换到电源模式用以建立牵引供电电压，从而保证电力机车5进行安全再生制动，减低安全隐患。

可选的，电能调控单元6可设于铁路集控中心内，储能单元7可以分别设于一条铁路线路的牵引变电所内，也可设于多条铁路线路的牵引变电所内。优选的，储能单元7可以分别设于多条铁路线路中位于同一区域内的牵引变电所内，这样，储能单元7之间相对距离较短，从而更易实现储能单元7之间的充电和放电。

示例性的，电能调控单元6可以为中央处理器，储能单元7可以为压缩空气储能器件、超导储能器件、超级电容器储能器件、抽水蓄能器件或飞轮储能器件。可以理解的是，受同一电能调控单元6控制的储能单元7的类型可以相同，也可以不同，本实施例对此不作具体限制。

需要说明的是，上述储能单元7、时段判定模块61、控制模块62、电能判定模块63、储能调节模块64所采用的均是现有技术中常见的装置，彼此之间的连接方式也均采用现有技术中常见的连接方式，本实施例仅需要将各个具有相应功能的单元或模块通过本实施例所给出的连接关系进行连接，即可得到本实施例的技术方案，而采用何种方式连接，也是本领域技术人员可以根据现有知识想到的。

实施例二

本实施例提供了一种电能管理装置的管理方法，该电能管理装置的管理方法应用于实施例一所提供的电能管理装置中。

其中，如图5所示，本实施例所提供的电能管理装置的管理方法包括：

步骤S1：在电价谷值时段，电能调控单元控制储能单元存储由电力机车再生制动所产生的电能，在电价峰值时段，电能调控单元控制储能单元向所在牵引变电所的用电负荷供电。

采用本实施例所提供的电能管理装置的管理方法，在电价谷值时段，可以通过电能调控单元控制储能单元接收电力机车再生制动时所产生的电能，并对该部分电能进行存储，并且，在电价峰值时段，还可以通过电能调控单元控制储能单元利用自身所存储的电能为所在牵引变电所的用电负荷供电，从而令用电负荷在电价较高的时间段无需再从电力系统获取电能，进而大大减少了用电负荷所消耗的电费。因此，采用本实施例所提供的电能管理装置的管理方法，一方面能够对电力机车再生制动所产生的电能进行有效管理及合理利用，提高牵引供电系统的能源利用率，另一方面还能够降低牵引供电系统的用电成本。

当电能调控单元包括时段判定模块和控制模块时，如图6所示，步骤S1具体包括：

步骤S11：时段判定模块根据实时电价，判断当前时刻属于电价谷值时段或电价峰值时段；当时段判定模块判断出当前时刻属于电价谷值时段时，进入步骤S12；当时段判定模块判断出当前时段属于电价峰值时段时，进入步骤S13。

步骤S12：控制模块控制电力机车再生制动位置处的供电臂上连接的储能单元存储由电力机车再生制动所产生的电能。

步骤S13：控制模块控制储能单元为所在牵引变电所的用电负荷供电。

与现有技术中用电负荷所需的电能全部从电力系统获取的方式相比，在本实施例中，在电价峰值时段，用电负荷可以从储能单元中获取电能，即利用电车再生制动所产生的电能为用电负荷供电，这样就可大大减少用电负荷从电力系统所获取的电能，从而减少用电负荷所消耗的电费。

当电能调控单元包括电能判定模块，且储能单元还分别与电力系统的输电线路和充电桩相连时，如图7所示，电能管理装置的管理方法还包括：

步骤S2：电能判定模块判断牵引变电所内的储能单元所存储的电能与该牵引变电所内的用电负荷的用电量的大小。

当时段判定模块判断出当前时刻属于电价谷值时段，且电能判定模块判断出牵引变电所内的储能单元所存储的电能小于该牵引变电所内的用电负荷的用电量时，进入步骤S3。当时段判定模块判断出当前时刻属于电价峰值时段，且电能判定模块判断出牵引变电所内的储能单元所存储的电能大于该牵引变电所内的用电负荷的用电量时，进入步骤S4。

步骤S3：控制模块控制该牵引变电所内的储能单元存储由电力系统所提供的电能。

步骤S4：控制模块控制该牵引变电所内的储能单元向充电桩供电。

在电价谷值时段，当判断出储能单元中存储的电能小于所在牵引变电所内的用电负荷的用电量时，说明储能单元所存储的电能不足以在电价峰值时段支撑所在牵引变电所内用电负荷的用电，这时控制模块可控制储能单元通过较低的电价从电力系统获取电能，从而保证储能单元在电价峰值时段有足够的电能为用电负荷供电。在电价峰值时段，当判断出储能单元中存储的电能大于所在牵引变电所内的用电负荷的用电量时，说明储能单元所存储的电能过多，这时控制模块可控制储能单元将富余的电能向充电桩充电，从而进一步的提高能源的利用率。

当电能管理装置包括多个储能单元，各储能单元通过分区亭开关与相邻的储能单元相连，且电能调控单元还包括储能调节模块时，电能管理装置的管理方法还包括：电能判定模块计算各牵引变电所内的用电负荷的用电量与对应的牵引变电所内的储能单元所存储的电能之间的电能差值，并判断电能差值是否超出阈值。在电能判定模块判断出电能差值超出阈值时，储能调节模块控制储能单元之间进行充电或放电。

当判断出电能差值超出阈值时，说明牵引变电所内的储能单元所存储的电能与对应的用电负荷的用电量不匹配，这时，通过储能调节模块控制同一牵引变电所内不同供电臂上的储能单元或是不同牵引变电所内的储能单元之间进行充电或放电，可以调节储能单元中存储的电能的多少，从而使储能单元之间的电能实现均衡分配，进而提高能源利用率。

实施例三

本实施例提供了一种牵引供电系统，该牵引供电系统包括如实施例一所述的电能管理装置。

由于本实施例所提供的牵引供电系统包括如实施例一所述的电能管理装置，因此，采用本实施例所提供的牵引供电系统，不仅能够对电力机车再生制动所产生的电能进行有效管理及合理利用，提高牵引供电系统的能源利用率，还能够降低牵引供电系统的用电成本。

以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种电能管理装置，其特征在于，包括电能调控单元和至少一个储能单元；其中，所述电能调控单元与至少一个所述储能单元相连，所述储能单元设于牵引变电所内，所述储能单元与所在牵引变电所对应的供电臂和馈线分别相连，所述储能单元还与所在牵引变电所的用电负荷相连；

所述电能调控单元在电价谷值时段控制所述储能单元存储由电力机车再生制动所产生的电能，在电价峰值时段控制所述储能单元向所在牵引变电所的用电负荷供电。

2.根据权利要求1所述的电能管理装置，其特征在于，所述电能调控单元包括控制模块和用于根据实时电价，判断当前时刻属于电价谷值时段或电价峰值时段的时段判定模块，所述控制模块分别与所述时段判定模块和所述储能单元相连；

在所述时段判定模块判断出当前时刻属于电价谷值时段时，所述控制模块控制所述电力机车再生制动位置处的供电臂上连接的储能单元存储由所述电力机车再生制动所产生的电能；在所述时段判定模块判断出当前时段属于电价峰值时段时，所述控制模块控制所述储能单元为所在牵引变电所的用电负荷供电。

3.根据权利要求2所述的电能管理装置，其特征在于，所述电能调控单元还包括用于判断所述牵引变电所内的所述储能单元所存储的电能与该牵引变电所内的所述用电负荷的用电量的大小的电能判定模块，所述电能判定模块分别与所述控制模块和所述储能单元相连，所述储能单元还与电力系统的输电线路相连；

在所述时段判定模块判断出当前时刻属于电价谷值时段，且所述电能判定模块判断出所述牵引变电所内的所述储能单元所存储的电能小于该牵引变电所内的所述用电负荷的用电量时，所述控制模块控制该牵引变电所内的储能单元存储由所述电力系统所提供的电能。

4.根据权利要求3所述的电能管理装置，其特征在于，所述储能单元还与充电桩相连；在所述时段判定模块判断出当前时刻属于电价峰值时段，且所述电能判定模块判断出所述牵引变电所内的所述储能单元所存储的电能大于该牵引变电所内的所述用电负荷的用电量时，所述控制模块控制所述牵引变电所内的储能单元向所述充电桩供电。

5.根据权利要求3所述的电能管理装置，其特征在于，所述储能单元的数量为多个，其中，各所述储能单元通过分区亭开关与相邻的储能单元相连；所述电能调控单元还包括储能调节模块，所述储能调节模块分别与所述电能判定模块、多个所述储能单元和所述分区亭开关相连；

所述电能判定模块计算所述牵引变电所内的所述用电负荷的用电量与该牵引变电所内的所述储能单元所存储的电能之间的电能差值，并判断所述电能差值是否超出阈值；在所述电能判定模块判断出所述电能差值超出所述阈值时，所述储能调节模块控制所述储能单元之间进行充电或放电。

6.根据权利要求1所述的电能管理装置，其特征在于，所述电能调控单元设于铁路集控中心内；所述储能单元分别设于一条铁路线路的牵引变电所内，或，所述储能单元分别设于多条铁路线路中位于同一区域内的牵引变电所内。

7.根据权利要求1所述的电能管理装置，其特征在于，所述储能单元为压缩空气储能器件、超导储能器件、超级电容器储能器件、抽水蓄能器件或飞轮储能器件。

8.一种牵引供电系统，其特征在于，包括如权利要求1～7任一项所述的电能管理装置。