一种轨道交通混合供电系统及不平衡度控制方法与流程

[0001]
本发明涉及轨道交通供电技术领域，特别涉及交流地铁、市域铁路和山地轨道交通单相交流供电系统领域。


背景技术：

[0002]
现行轨道交通的牵引供电系统供电制式分为直流制式和交流制式。直流制式主要应用于以地铁和轻轨为代表的城市轨道交通，具有无分相供电和列车运行顺畅等优点，但是由于有一大部分的再生能量难以直接或经济利用，需增设昂贵的逆变或储能设备，同时还存在逆变装置拒动而列车再生制动失灵转向空气制动威胁行车安全的隐患，还有，存在的杂散电流对周边的金属管道、建筑物中的钢结构等产生电化学腐蚀，且杂散电流至今未得到根治。此外，为了提升运量，部分地铁线路采用交流制式，目前多以参考干线铁路设计为主，相较直流制式，采用交流制式后隧道区段需要增加隧道的截面积。
[0003]
交流制式有25kv单相工频和15kv单相50/3hz，主要应用高速铁路和重载铁路。15kv单相50/3hz交流制式仅在德国等少数国家采用，投资成本较高；绝大多数国家采用25kv单相工频交流制式。我国高速铁路和种重载铁路的飞速发展，充分体现了25kv单相工频交流制式的优越性。单相工频交流制式为降低牵引负荷对电力系统不平衡的影响，通常采用轮换相序、分相分区供电的方案，要求在分相分区处设置电分相。实践和理论表明，为提高运输质量和再生制动能量利用率，保证运行可靠性，宜尽量减少电分相数量。
[0004]
为解决现有直流制式和交流制式存在的问题，本发明提供一种轨道交通交流供电系统及其控制方法，同时具备向机车负荷和动力照明设备供电的功能，能够最大限度直接利用机车产生的再生制动能量，适用于多种场合下的轨道交通供电。


技术实现要素：

[0005]
本发明目的是提供一种轨道交通混合供电系统，它能有效地解决同时具备向机车负荷和动力照明设备供电的功能，并具备不平衡度控制、无功补偿和谐波电流补偿功能，解决以负序为主的电能质量的技术问题。
[0006]
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案具体如下：一种轨道交通混合供电系统，包括同相牵引供电系统、动力照明供电系统和测控装置，所述同相牵引供电系统和动力照明供电系统的高压侧均连接到三相母线，测控装置用于检测三相母线的三相电压不平衡度和动力照明供电系统入口处动照馈线的三相电流不平衡度，并根据检测结果控制同相牵引供电系统中的同相变流器进行负序补偿，实现不平衡度控制。
[0007]
所述动力照明供电系统通过动照馈线连接至三相母线；动力照明供电系统包括第三变压器和动力照明设备，第三变压器为三相变压器，第三变压器的一次侧绕组与三相母线连接，二次侧绕组与动力照明设备连接。
[0008]
所述三相母线与第三变压器的一次侧绕组之间设置有降压变压器。
[0009]
所述同相牵引供电系统包括第一变压器、第二变压器、同相变流器和牵引匹配变压器，第一变压器、第二变压器的一次侧绕组采用scott接线、vv接线、vx接线或单三相组合式接线其中的任何一种接法后连接至三相母线，第二变压器的二次侧绕组与同相变流器的级联侧连接，同相变流器的并联侧与牵引匹配变压器的一次侧绕组连接，第一变压器、牵引匹配变压器的二次侧绕组均连接至牵引母线，牵引母线经馈线连接至牵引网。
[0010]
所述牵引网采用交流25kv电压等级或交流3000v电压等级；牵引网中的接触网采用刚性架空接触网、柔性架空接触网或第三轨“接触轨”供电方式中的一种。
[0011]
所述牵引网采用直供方式、带回流的直供方式或at供电方式中的一种。
[0012]
设置于牵引母线的单相电压互感器、设置于馈线的单相电流互感器、设置于三相母线的三相电压互感器、设置于动照馈线的三相电流互感器的输出端均与测控装置的输入端连接，测控装置的输出端与同相牵引供电系统中同相变流器的控制端连接。
[0013]
本发明目的另一个目的是提供一种基于上述轨道交通混合供电系统的不平衡度控制方法，所述方法应用于测控装置，包括：通过单相电压互感器检测牵引母线的电压；通过单相电流互感器检测馈线的电流；通过三相电压互感器检测三相母线的三相电压 、和，通过三相电流互感器检测动照馈线的三相电流 、 和；根据检测到的三相电压 、和计算得到三相母线的三相电压不平衡度，根据检测到的三相电流、和计算得到动照馈线的三相电流不平衡度及剩余负序潮流的当前值，根据检测到的三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、牵引母线的电压、馈线的电流、三相电压、和和三相电流、和 制定负序补偿策略；根据所制定的负序补偿策略，控制同相牵引供电系统中的同相变流器进行负序补偿。
[0014]
进一步地，所述根据所制定的负序补偿策略，控制同相牵引供电系统中的同相变流器进行负序补偿包括：判断三相电压不平衡度是否超过限值，判断三相电流不平衡度是否超过限值 ，如果三相电压不平衡度超过限值或三相电流不平衡度超过限值，控制同相牵引供电系统中的同相变流器增加出力，使同相牵引供电系统剩余负序潮流小于当前值；否则，控制同相牵引供电系统中的同相变流器维持同相牵引供电系统剩余负序潮流小于当前值。
[0015]
进一步地，所述方法还包括：根据三相母线的三相电压、和 以及动照馈线的三相电流、和，计算得到相应的无功功率q和谐波畸变；根据无功功率q和谐波畸变，控制同相牵引供电系统中的同相变流器发出感性无功功率和/或容性无功功率进行无功补偿，或发出谐波电流进行谐波治理。
[0016]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一、与直流供电方案相比，该技术方案保证了电流的纯净，消除杂散电流，能够最大限度直接利用再生制动能量；二、与交流供电方案相比，既能够确保三相母线供给动力照明设备电能合格，也能够保证在同时向牵引负荷和动力照明设备供电时三相母线处的负序情况满足国标要求；
三、具备交流制式采用第三轨供电方式供电的能力；四、本发明可用于不同电压等级下的轨道交通供电。
[0017]
五、本发明结果简单，技术可靠，性能优越，便于实施。
附图说明
[0018]
图1是本发明的通用结构示意图。
[0019]
图2是本发明的一种轨道交通混合供电系统示意图。
[0020]
图3是本发明的另一种轨道交通混合供电系统示意图。
[0021]
图4是本发明的又一种轨道交通混合供电系统示意图。
[0022]
图5是本发明的不平衡度控制方法流程图。
具体实施方式
[0023]
为了更好理解本发明的创造思想，在此分别通过以下实施例说明本发明的工作原理：实施例一如图1、图2所示，本实施例提供一种轨道交通混合供电系统，包括同相牵引供电系统1、动力照明供电系统2和测控装置3，所述同相牵引供电系统1和所述动力照明供电系统2的高压侧均连接到三相母线4，所述测控装置3用于检测所述三相母线4的三相电压不平衡度和所述动力照明供电系统2入口处动照馈线16的三相电流不平衡度，并根据检测结果控制所述同相牵引供电系统1中的同相变流器14进行负序补偿，实现不平衡度控制。
[0024]
本实施例中，三相母线4通过三相进线5与三相电网连接，同相牵引供电系统1为牵引网12上的机车13提供电能，动力照明供电系统2为动力照明设备15提供电能，由于在向机车13和/或动力照明设备15提供电能的过程中会引起三相母线4的三相电压不平衡，进而引起动力照明供电系统2入口处动照馈线16的三相电流不平衡，本实施例通过测控装置3同时检测三相母线4的三相电压不平衡度和动力照明供电系统2入口处动照馈线16的三相电流不平衡度，并根据检测结果及时控制同相牵引供电系统1中的同相变流器14进行负序补偿，既能够确保三相母线4供给动力照明设备15电能合格，也能够保证在同时向牵引负荷和动力照明设备供电时三相母线4处的负序情况满足国标要求。另外，实施本实施例时，处于制动状态的机车产生的再生制动能量除了可以被其他处于牵引状态的机车利用外，还可以回到三相母线4进而被动力照明设备15利用，因此，实施本实施例能够最大限度利用再生制动能量。
[0025]
作为优选，所述动力照明供电系统2包括第三变压器8和动力照明设备15，所述第三变压器8为三相变压器，所述第三变压器8的一次侧绕组和二次侧绕组分别与所述三相母线4和动力照明设备15连接。
[0026]
作为优选，所述动力照明供电系统2在三相母线4电压等级较高时，在所述三相母线4与所述第三变压器8的一次侧绕组之间设置降压变压器17。这里，当三相母线4的电压过高，采用降压变压器17可以保证动力照明供电系统2的供电安全性。
[0027]
作为优选，所述同相牵引供电系统包括第一变压器6、第二变压器7、同相变流器14和牵引匹配变压器9，所述第一变压器6的一次侧绕组和第二变压器7的一次侧绕组采用
scott接线、vv接线、vx接线或单三相组合式接线其中的任何一种接法后连接至所述三相母线4，所述第二变压器7的二次侧绕组与所述同相变流器14的级联侧连接，所述同相变流器14的并联侧与所述牵引匹配变压器9的一次侧绕组连接，所述第一变压器6的二次侧绕组和牵引匹配变压器9的二次侧绕组均连接至牵引母线10，所述牵引母线10经馈线11连接至牵引网12。
[0028]
这里，同相变流器14的级联侧是指与第二变压器7的二次侧绕组连接的一侧，同相变流器14的并联侧是指与牵引匹配变压器9的一次侧绕组连接的一侧。
[0029]
具体地，如图2所示，所述第一变压器6的一次侧绕组和第二变压器7的一次侧绕组采用scott接线，其中，第一变压器6和第二变压器7均为单相变压器，这种接线方式也叫单相组合式接线方式；如图3所示，所述第一变压器6的一次侧绕组和第二变压器7的一次侧绕组采用单三相组合式接线，其中，第一变压器6为单相变压器，第二变压器7为三相变压器，这种接线方式也叫单三相组合式接线方式；如图4所示，所述第一变压器6的一次侧绕组和第二变压器7的一次侧绕组采用vv接线。
[0030]
作为优选，本实施例中的牵引网12可采用交流25kv电压等级或交流3000v电压等级；如图2和图3所示，牵引网可采用25kv，如图4所示，牵引网12采用3000v。
[0031]
作为优选，本实施例中，牵引网12中的接触网可以采用刚性架空接触网、柔性架空接触网和第三轨“接触轨”供电方式中的一种，如图4所示，牵引网12采用第三轨“接触轨”供电方式，包括钢轨12a和第三轨12b；本实施例中，牵引网12可以采用直供方式、带回流的直供方式和at供电方式中的一种，如图2所示，所述牵引网12采用直供方式。
[0032]
作为优选，所述动力照明供电系统2通过动照馈线16连接至所述三相母线4，所述设置于牵引母线10的单相电压互感器3a2、设置于所述馈线11的单相电流互感器3a1、设置于所述三相母线4的三相电压互感器3a4和设置于所述动照馈线16的三相电流互感器3a3的输出端均与所述测控装置3的输入端连接，所述测控装置3的输出端与所述同相牵引供电系统1中同相变流器14的控制端连接。
[0033]
实施例2如图5所示，本实施例提供一种基于实施例1所提供的轨道交通混合供电系统的不平衡度控制方法，所述方法应用于测控装置3，包括：s1：通过单相电压互感器3a2检测牵引母线10的电压 ；通过单相电流互感器3a1检测馈线11的电流；通过三相电压互感器3a4检测三相母线4的三相电压、 和，通过三相电流互感器3a3检测动照馈线16的三相电流 、和 ；s2：根据检测到的三相电压、 和计算得到三相母线4的三相电压不平衡度，根据检测到的三相电流 、和 计算得到动照馈线16的三相电流不平衡度及剩余负序潮流的当前值，根据检测到的三相电压不平衡度 、三相电流不平衡度、牵引母线10的电压、馈线11的电流、三相电压、 和和三相电流 、和 制定负序补偿策略；s3：根据所制定的负序补偿策略，控制同相牵引供电系统1中的同相变流器14进行负序补偿。
[0034]
作为优选，所述根据所制定的负序补偿策略，控制同相牵引供电系统1中的同相变
流器14进行负序补偿，即步骤s3，包括：s31：判断三相电压不平衡度 是否超过限值，判断三相电流不平衡度是否超过限值 ，如果三相电压不平衡度 超过限值或三相电流不平衡度 超过限值 ，则控制同相牵引供电系统1中的同相变流器14增加出力，使同相牵引供电系统剩余负序潮流小于当前值。否则，控制同相牵引供电系统1中的同相变流器14维持同相牵引供电系统剩余负序潮流小于当前值。
[0035]
作为优选，所述方法还包括：根据三相母线4的三相电压、 和以及动照馈线16的三相电流 、和 ，计算得到相应的无功功率q和谐波畸变；根据无功功率q和谐波畸变，控制同相牵引供电系统1中的同相变流器14发出感性无功功率和/或容性无功功率进行无功补偿，或发出谐波电流进行谐波治理。
[0036]
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。