RU217285U1 - HYBRID ELECTRICITY STORAGE FOR DC TRACTION POWER SUPPLY SYSTEM - Google Patents
HYBRID ELECTRICITY STORAGE FOR DC TRACTION POWER SUPPLY SYSTEM Download PDFInfo
- Publication number
- RU217285U1 RU217285U1 RU2022134005U RU2022134005U RU217285U1 RU 217285 U1 RU217285 U1 RU 217285U1 RU 2022134005 U RU2022134005 U RU 2022134005U RU 2022134005 U RU2022134005 U RU 2022134005U RU 217285 U1 RU217285 U1 RU 217285U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- power supply
- supply system
- traction
- unit
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в системе тягового электроснабжения постоянного тока электрифицированного железнодорожного транспорта, а именно на тяговых подстанциях или линейных устройствах контактной сети постоянного тока. Целью полезной модели является повышение энергетической эффективности работы системы тягового электроснабжения постоянного тока, содержащей гибридный накопитель электроэнергии. Предлагаемое устройство позволяет сократить потери электроэнергии в системе тягового электроснабжения за счет управления гибридным накопителем электроэнергии в режимах заряда и разряда с учетом энергетических показателей тяговых подстанций. The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in a DC traction power supply system for electrified railway transport, namely, at traction substations or linear devices of a DC contact network. The purpose of the utility model is to improve the energy efficiency of the DC traction power supply system containing a hybrid energy storage device. The proposed device makes it possible to reduce power losses in the traction power supply system by controlling a hybrid power storage device in charge and discharge modes, taking into account the energy performance of traction substations.
Description
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в системе тягового электроснабжения постоянного тока электрифицированного железнодорожного транспорта, а именно на тяговых подстанциях или линейных устройствах контактной сети.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in a DC traction power supply system for electrified railway transport, namely, at traction substations or linear devices of a contact network.
Целью полезной модели является повышение энергетической эффективности работы системы тягового электроснабжения постоянного тока, содержащей гибридный накопитель электроэнергии.The purpose of the utility model is to improve the energy efficiency of the DC traction power supply system containing a hybrid power storage device.
Предлагаемое устройство позволяет сократить потери электроэнергии в системе тягового электроснабжения и реализовать управление накопителями электроэнергии различного вида при их совместной работе в режимах заряда и разряда с учетом энергетических показателей смежных тяговых подстанций.The proposed device makes it possible to reduce power losses in the traction power supply system and implement control of various types of power storage devices when they work together in charge and discharge modes, taking into account the energy performance of adjacent traction substations.
Известны различные технические решения для использования накопителей электроэнергии в системах электроснабжения, реализующих различные механизмы заряда и разряда.There are various technical solutions for the use of energy storage devices in power supply systems that implement various mechanisms of charge and discharge.
Недостатком таких устройств является отсутствие возможности регулирования рабочих характеристик преобразователя в режиме заряда и разряда с учетом энергетических показателей смежных подстанций системы тягового электроснабжения постоянного тока.The disadvantage of such devices is the inability to control the operating characteristics of the converter in the charge and discharge mode, taking into account the energy performance of adjacent substations of the DC traction power supply system.
Известно устройство заряда-разряда емкостного накопителя энергии [1], в котором используется емкостной накопитель, два сглаживающих устройства и двунаправленных преобразователя, система управления. Технический результат обеспечивается за счет использования двух управляемых двунаправленных преобразователей постоянно-переменного и переменно-постоянного напряжения, трансформатора, выпрямительно-инверторного преобразователя и системы автоматического регулирования и управления накопителем электроэнергии. Недостатками данной схемы являются: отсутствие возможности обеспечения совместной работы накопителей с различными характеристиками; повышенные потери электроэнергии в высоковольтном двунаправленном преобразователе при выпрямлении напряжения; отсутствие возможности регулирования характеристики в режиме заряда и разряда; отсутствие возможности регулировать рабочую характеристику в зависимости от энергетических показателей смежных источников питания подстанций.Known device charge-discharge capacitive energy storage [1], which uses a capacitive storage, two smoothing devices and bidirectional converter control system. The technical result is achieved through the use of two controlled bidirectional DC/AC and AC/DC voltage converters, a transformer, a rectifier-inverter converter, and an automatic regulation and control system for an electric power storage device. The disadvantages of this scheme are: the inability to ensure joint operation of drives with different characteristics; increased power losses in a high-voltage bidirectional converter during voltage rectification; the inability to control the characteristics in the charge and discharge mode; the inability to adjust the performance depending on the energy performance of adjacent power supplies of substations.
Известно устройство поста секционирования постоянного тока с гибридным накопителем энергии [2], содержащее емкостной и электрохимический накопитель энергии, два статических преобразователя, датчики тока и напряжения, сглаживающее устройство и систему управления. Технический результат обеспечивается за счет двух накопителей электроэнергии различного типа, управления преобразователями и размещения устройства на тяговых подстанциях или в системе тягового электроснабжения. Недостатком данной схемы является отсутствие гальванической развязки, повышающей надежность работы, и работа с повышенными потерями в двунаправленных управляемых преобразователях, отсутствие возможности регулировать рабочую характеристику в зависимости от энергетических показателей смежных тяговых подстанций.A device is known for sectioning DC with a hybrid energy storage device [2], containing a capacitive and electrochemical energy storage device, two static converters, current and voltage sensors, a smoothing device and a control system. The technical result is provided by two different types of electric power storage devices, control of converters and placement of the device at traction substations or in the traction power supply system. The disadvantage of this scheme is the lack of galvanic isolation, which increases the reliability of operation, and operation with increased losses in bidirectional controlled converters, the inability to adjust the performance depending on the energy performance of adjacent traction substations.
Известно устройство (прототип) гибридного накопителя электроэнергии для системы тягового электроснабжения постоянного тока [3], содержащее два накопителя электроэнергии, два низковольтных двунаправленных преобразователя, преобразовательный трансформатор, два высоковольтных преобразователя, фильтры, сглаживающие реакторы, датчики тока и напряжения, блок сигнализации и защит, систему автоматического регулирования. Технический результат обеспечивается за счет использования активной топологии на стороне низкого напряжения и управления в зависимости от уровня напряжения на шинах, к которым подключено устройство. Недостатком данного решения является отсутствие органа регулирования рабочей характеристики устройства в режиме заряда и разряда в зависимости от уровня нагрузки и напряжения на шинах смежных тяговых подстанций.A device (prototype) of a hybrid power storage device for a DC traction power supply system [3] is known, containing two power storage devices, two low-voltage bidirectional converters, a converter transformer, two high-voltage converters, filters, smoothing reactors, current and voltage sensors, an alarm and protection unit, automatic control system. The technical result is achieved through the use of active topology on the low voltage side and control depending on the voltage level on the buses to which the device is connected. The disadvantage of this solution is the absence of a body for regulating the operating characteristics of the device in the charge and discharge mode, depending on the load level and voltage on the buses of adjacent traction substations.
Предлагаемое устройство может быть использовано на тяговых подстанциях, линейных устройствах (постах секционирования и пунктах параллельного соединения) системы тягового электроснабжения постоянного тока напряжением 3,3 кВ, на борту электроподвижного состава при применении гибридных систем накопления электроэнергии для повышения энергетической эффективности работы системы тягового электроснабжения.The proposed device can be used at traction substations, linear devices (sectioning posts and parallel connection points) of a 3.3 kV DC traction power supply system, on board an electric rolling stock when using hybrid power storage systems to improve the energy efficiency of the traction power supply system.
Преобразователь гибридного накопителя электроэнергии обеспечивает согласование его работы с тяговой сетью постоянного тока, регулирование характеристики в режиме заряда и разряда, согласование совместной работы накопителей электроэнергии различных видов, обеспечения гальванической развязки с тяговой сетью и снижения потерь электроэнергии. В зависимости от уровня нагрузки и напряжения на шинах смежных тяговых подстанциях выполняется регулирование рабочей характеристики устройства в режимах заряда и разряда.The converter of the hybrid electric power storage device ensures coordination of its operation with the DC traction network, regulation of the characteristics in the charge and discharge mode, coordination of the joint operation of various types of electric energy storage devices, ensuring galvanic isolation from the traction network and reducing electricity losses. Depending on the load level and voltage on the buses of adjacent traction substations, the operating characteristics of the device are regulated in charge and discharge modes.
Технический результат достигается за счет включения в состав устройства дополнительных блоков передачи измерений, телеизмерений и телемеханики и подключения блока передачи измерений к имеющейся системе автоматического регулирования.The technical result is achieved by including in the device additional units for transmitting measurements, telemetry and telemechanics and connecting the unit for transmitting measurements to the existing automatic control system.
Заявленное устройство состоит из датчиков напряжения 1, 3 и 5, датчиков тока 2, 4 и 6, блока сигнализации и защит (БСиЗ) 7, блока системы автоматического регулирования (САР) 8, накопителя электрохимического типа (НЭХМ) 9, накопителя электрического типа (НЭТ) 10, низковольтных фильтрующих устройств 11 (Ф1) и 12 (Ф2), двунаправленных преобразователей постоянно-переменного напряжения 13 (П1) и 14 (П2), преобразовательного трансформатора (ПТ) 15, высоковольтного инверторного (П3) 16 и выпрямительного преобразователей и 17 (П4), реакторов (Р1) 18 и (Р2) 19, высоковольтного фильтрующего устройства (Ф3) 20, блока коммутации (БК) 21, подключаемого к шинам подстанции или линейного устройства (пост секционирования (ПС)) "+" шиной 22 и "-" шиной к рельсу.The claimed device consists of
Датчики напряжения 1, 3 и 5 подключены к выходу накопителей электроэнергии НЭХМ и НЭТ со стороны низшего напряжения и на выходе высоковольтных преобразователей 16 и 17 на стороне высшего напряжения со стороны контактной сети. Выходы датчиков напряжения 1, 3 и 5 подключены к входу САР 8. Датчики тока 2, 4 и 6 подключены к выходам НЭХМ и НЭТ на стороне низшего напряжения и на выходе высоковольтных преобразователей 16 и 17 на стороне высшего напряжения. Выходы датчиков тока 1, 3 и 5 подключены к входу САР 8. Пара вход-выход БСиЗ 7 подключена к входу-выходу САР 8. Выходы САР 8 подключены к входам управляемых преобразователей 13, 14 и 16, и блоку коммутации 21. Накопители 9 и 10 подключены через фильтры к преобразователям 13 и 14, которые подключены к преобразовательному трансформатору 15. К обмотке высшего напряжения ПТ 15 подключены выпрямительный преобразователь 17 и инвертор 16, которые подключены к контактной сети через реакторы 18 и 19 и фильтрующее устройство 20. Выход фильтрующего устройства 20 подключен к блоку коммутации 21, затем к контактной сети через шины подстанции или линейного устройства (пост секционирования)22.
Выход блока передачи измерений (БПИ) 23 подключен к входу САР 8. Вход блока БПИ 23 подключен к выходу блока телеизмерений (БТИ) 24, вход которого в свою очередь подключен к блоку телемеханики (БТ). Входы блока БТ подключены к системе передачи данных (СПД).The output of the measurement transmission unit (BPI) 23 is connected to the ACS input 8. The input of the
Принцип действия заявленного устройства основан на действии преобразователя постоянно-постоянного напряжения со звеном переменного тока. С помощью САР преобразователи позволяют реализовать различные характеристики в режиме заряда и разряда в зависимости от тяговой нагрузки, напряжениях на шинах подстанции или линейных устройств, степени заряженности накопителей и глубины их разряда. За счет получения данных измерений тока и напряжения в режиме реального времени со смежных тяговых подстанций САР корректирует рабочие характеристики гибридного накопителя для режима заряда и разряда в зависимости от уровня нагрузки и напряжения.The principle of operation of the claimed device is based on the operation of a DC/DC voltage converter with an AC link. With the help of ACS, the converters make it possible to implement various characteristics in the charge and discharge mode, depending on the traction load, the voltages on the substation or linear devices buses, the degree of charge of the storage devices and the depth of their discharge. By receiving real-time current and voltage measurement data from adjacent traction substations, the ATS adjusts the performance of the hybrid storage for charge and discharge modes depending on the load level and voltage.
В режиме заряда, поступающая в устройство из тяговой сети электроэнергия (фиг. 1), через шины подстанции или линейного устройства (пост секционирования) 22 и блок коммутации 21 поступает на фильтрующие устройство 20 и инвертор 16. Система автоматического регулирования 8 подает сигналы управления открытия полупроводниковых ключей в зависимости от напряжения датчика 5, позволяя сформировать переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора 15, которое понижается до требуемого уровня напряжения на вторичной обмотке. Затем САР 8 на основе данных измерений уровня напряжения (датчик 5) и тока устройства (датчик 6), датчиков напряжения 1 и 3, датчиков тока 2 и 4, определяет степень заряженности и глубину разряда накопителей, необходимость заряда накопителя первого 9 и второго 10 вида, подавая управляющие импульсы на выбранный управляемый двунаправленный преобразователь 13 или 14 соответственно. Выпрямленное напряжение через низковольтные фильтрующие устройства 11 и 12 поступает на накопители для заряда.In the charge mode, the electric power supplied to the device from the traction network (Fig. 1), through the buses of the substation or linear device (sectioning post) 22 and the
В режиме разряда электроэнергия, поступающая от накопителей 9 и/или 10, в зависимости от характеристики разряда, выбранного САР 8, на основе определения степени заряженности и глубины разряда накопителей, измерений от датчиков напряжения 1, 3 и датчиков тока 2, 4, и уровня нагрузки при помощи датчика напряжения 5, а также поступающих данных телеизмерений с блока БПИ 23, передается через низковольтные фильтрующие устройства 11 или 12 на двунаправленный преобразователь 13 или 14 соответственно.In the discharge mode, the electricity supplied from the
На основе широтно-импульсной модуляции низковольтные преобразователи 13 или 14 обеспечивают преобразование постоянного напряжения в переменное, которое поступает на вторичную обмотку трансформатора 15. Переменное напряжение первичной обмотки ПТ 15 выпрямляется с помощью П4 17 и поступает через высоковольтное фильтрующие устройство 20 и реактор 19 к контактной и рельсовой сети соответственно.On the basis of pulse-width modulation, low-
Управление мощностью и регулирование характеристики в режиме заряда и разряда, на основе анализа данных измерений САР токов и напряжений, протекающих в цепях преобразователя и смежных подстанций, реализуется при помощи выбора режима работы низковольтных преобразователей 13 или 14 с накопителями 9 и 10.Power control and regulation of the characteristics in the charge and discharge mode, based on the analysis of measurement data of the ACS of currents and voltages flowing in the circuits of the converter and adjacent substations, is implemented by selecting the operating mode of low-
Фильтрующие устройства 11, 12 и 20 позволяют снизить переменную составляющую в токах заряда и разряда, протекающих в цепях преобразователя. Реакторы 18 и 19 служат для ограничения циркуляционного тока в цепи выпрямитель-инвертор, уменьшения скорости нарастания тока опрокидывания инвертора для устойчивой работы защит.
Трансформатор 15 имеет две обмотки, обмотка высшего напряжения имеет дополнительные витки (для подключения инвертора 16 с увеличенным коэффициентом трансформации), что позволяет снизить несимметрию инвертируемого тока в режиме заряда.Transformer 15 has two windings, the higher voltage winding has additional turns (for connecting
В качестве полупроводниковых приборов в преобразователях 13, 14 и 16 могут быть использованы силовые запираемые тиристоры и транзисторы, а в выпрямительном преобразователе 17 - неуправляемые полупроводниковые приборы для повышения коэффициента полезного действия и снижения искажений кривой выпрямленного напряжения.As semiconductor devices in
На основе данных измерений тока и напряжения со смежных подстанций, поступающих в САР 8 с блока БПИ 23, подключенного через блоки телеизмерений 24 и телемеханики 25 к системе передачи данных, выполняется расчет и корректировка рабочих характеристик преобразователей по уровню тяговой нагрузки в границах межподстанционной зоны и определению потерь напряжения в контактной сети.Based on the current and voltage measurement data from adjacent substations coming to the ACS 8 from the
Достоинством предлагаемого устройства является возможность регулирования его рабочих характеристик в режиме заряда и разряда и повышения энергетической эффективности с учетом электротяговой нагрузки в границах межподстанционной зоны и потерь напряжения от шин смежных подстанций до предлагаемого устройства.The advantage of the proposed device is the ability to regulate its performance in the charge and discharge mode and increase energy efficiency, taking into account the electric traction load within the boundaries of the inter-substation zone and voltage losses from the buses of adjacent substations to the proposed device.
Библиографический списокBibliographic list
1. Пат. RU (11) 158492 (13) U1. МПК Н01М 10/44 Устройство заряда-разряда емкостного накопителя энергии / Ю.В. Москалев №2015118763/07; Заявлено 19.05.2015; Опубл. 10.01.2016. Бюл. №1.1. Pat. RU (11) 158492 (13) U1. MPK
2. Пат. RU (11) 182831 (13) U1. МПК В60М 3/00 Пост секционирования постоянного тока с гибридным накопителем энергии / В.Л. Незевак, B.Т. Черемисин, А.П. Шатохин №2017144925; Заявлено 20.12.2017; Опубл. 04.09.2018. Бюл. №25.2. Pat. RU (11) 182831 (13) U1.
3. Пат. RU (11) 202369 (13) U1. МПК В60М 3/06 (2021.01). Н01М 10/44 (2021.01). Гибридный накопитель электроэнергии для системы тягового электроснабжения постоянного тока / В.Л. Незевак, В.Т. Черемисин, C.С. Самолинов. №2020135222; Заявлено 26.10.2010; Опубл. 15.02.2021. Бюл. №5.3. Pat. RU (11) 202369 (13) U1.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU217285U1 true RU217285U1 (en) | 2023-03-24 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003018746A (en) * | 2001-06-28 | 2003-01-17 | Meidensha Corp | Voltage regulator for dc system |
RU2365017C1 (en) * | 2008-06-26 | 2009-08-20 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Dc traction substation with capacitive power storage units |
RU182831U1 (en) * | 2017-12-20 | 2018-09-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | DC SECTION POST WITH HYBRID ENERGY STORAGE |
RU202369U1 (en) * | 2020-10-26 | 2021-02-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | HYBRID ELECTRIC POWER STORAGE SYSTEM FOR DC TRACTION POWER SUPPLY SYSTEM |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003018746A (en) * | 2001-06-28 | 2003-01-17 | Meidensha Corp | Voltage regulator for dc system |
RU2365017C1 (en) * | 2008-06-26 | 2009-08-20 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Dc traction substation with capacitive power storage units |
RU182831U1 (en) * | 2017-12-20 | 2018-09-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | DC SECTION POST WITH HYBRID ENERGY STORAGE |
RU202369U1 (en) * | 2020-10-26 | 2021-02-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | HYBRID ELECTRIC POWER STORAGE SYSTEM FOR DC TRACTION POWER SUPPLY SYSTEM |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tan et al. | Design and performance of a bidirectional isolated DC–DC converter for a battery energy storage system | |
US8824179B2 (en) | Soft-switching high voltage power converter | |
CN107733245B (en) | A kind of efficient amplitude modulation perseverance high-frequency electric dust removal power circuit | |
RU181029U1 (en) | Electronic battery simulator for testing power supply systems | |
CN106712091A (en) | Novel alternating current and direct current hybrid micro-grid system and control strategy thereof | |
CN103236706A (en) | Battery energy storage system based on modular multilevel AC-AC (Alternating Current-Alternating Current) converter topology | |
CN111668850B (en) | Line electric energy compensation system based on energy storage and alternating current voltage regulation control | |
CN109572491A (en) | A kind of electric railway traction net powered construction and its control method | |
CN106685039A (en) | Charge-discharge apparatus and control method therefor | |
CN102624016A (en) | Bidirectional energy flowing flow battery energy storage grid connection device and control method thereof | |
CN108599161B (en) | Through traction power supply system | |
CN214798998U (en) | Energy storage device with high-frequency isolation function | |
CN111668848B (en) | Current-voltage compensation system combining compensation transformer and energy storage module | |
RU217285U1 (en) | HYBRID ELECTRICITY STORAGE FOR DC TRACTION POWER SUPPLY SYSTEM | |
CN107769389A (en) | A kind of battery energy storage system for isolating symmetrical expression series connection circuit of reversed excitation | |
CN104092438A (en) | Photovoltaic energy storage system | |
CN203554043U (en) | Smart ship charger | |
RU203358U1 (en) | AC SECTIONING POST WITH HYBRID ELECTRIC POWER STORAGE | |
CN107681677A (en) | A kind of battery energy storage system of two-way flyback primary side integrated form | |
CN213367415U (en) | Three-in-one power electronic compensation transformer substation | |
CN110957749B (en) | Multi-level bidirectional converter with electric energy quality control function and control method thereof | |
CN207518281U (en) | A kind of battery energy storage system of two-way flyback primary side integrated form | |
RU202369U1 (en) | HYBRID ELECTRIC POWER STORAGE SYSTEM FOR DC TRACTION POWER SUPPLY SYSTEM | |
CN210682909U (en) | Elevator power failure emergency leveling device | |
CN112886818A (en) | Five-port energy router control system |