一种基于异相牵引变电所的三相储能系统及控制方法与流程

本发明涉及牵引供电，特别涉及一种基于异相牵引变电所的三相储能系统及控制方法。

背景技术：

1、电气化水平是现代文明进步的重要标志，是实现“双碳”目标的必然选择，电气化铁路由于具有节能环保、经济便捷、运输能力强等优点，成为了低碳出行中的一种重要交通方式。我国现行电气化铁路所采用的供电制式为单相工频交流制，而电力机车牵引负荷是一种单相电力负荷，具有严重的不对称性，会向电力系统注入大量负序电流，从而引起三相电压严重不平衡，影响电力系统二次设备的正常运行，甚至危害电力系统一次设备。牵引变电所采用换相连接和特定形式的牵引变压器在一定程度上削弱了负序的影响，但是分段换相的连接方式造成牵引网无法贯通，牵引网被划分为许多独立供电臂，单臂内机车的制动馈能无法被全线机车内部消耗，造成馈能利用不够，也增加牵引变压器的安装容量。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的一方面在于提供一种基于异相牵引变电所的三相储能系统，可以根据机车负荷运行状态实时调整储能设备的工作状态，在列车牵引时提供能量，制动时存储能量，不仅避免了再生制动能量返送电网带来的负序、谐波电流等电能质量问题，还可以减少电网取电、降低牵引变压器容量，充分利用机车的再生制动能，节约成本。

2、一种基于异相牵引变电所的三相储能系统，包括三相变压器、三相变流器、储能设备和协调控制器，其中，所述三相变压器的原边三相端子作为所述三相储能系统的三相接线端子用于分别连接所述异相牵引变电所的第一馈线、第二馈线和轨地，所述三相变压器的次边三相端子分别与所述三相变流器的三相交流端子连接，所述三相变流器的直流端与所述储能设备连接；其中，所述协调控制器的输入端连接设置于所述异相牵引变电所处的电流互感器和电压互感器的测量端，所述协调控制器的输出端连接所述三相变流器和所述储能设备的控制端，所述协调控制器根据检测到的电流信息和电压信息控制所述储能设备进行充放电，和/或控制所述三相变流器进行负序补偿。

3、进一步地，所述三相变压器采用dd接线、yy接线、yd接线、dy接线、单相组合接线中的一种。

4、进一步地，所述储能设备采用锂电池储能、超级电容储能和飞轮储能中的一种或几种。

5、进一步地，所述三相储能系统包括充电模式、放电模式、功率融通模式和负序补偿模式。

6、本发明的第二方面在于提供一种上述的基于异相牵引变电所的三相储能系统的充放电控制方法，其中，第一馈线上设置有第一电流互感器和第一电压互感器，第二馈线上设置有第二电流互感器和第二电压互感器，所述充放电控制方法应用于协调控制器，包括：

7、获取第一馈线的第一电流信息和第一电压信息，计算得到第一馈线的功率pa；

8、获取异相牵引变电所第二馈线的第二电流信息和第二电压信息，计算得到第二馈线的功率pb；

9、根据功率pa和功率pb，控制储能设备充电、放电或维持当前电量。

10、进一步地，若pa＞0，则第一供电臂处于牵引工况，若pa＜0，则第一供电臂处于制动工况，若pa＝0，第一供电臂处于空载工况；若pb＞0，则第二供电臂处于牵引工况，若pb＜0，则第二供电臂处于制动工况，若pb＝0，第二供电臂处于空载工况；其中，根据功率pa和功率pb，控制储能设备充电、放电或维持当前电量包括：

11、判断pa与pb之和是否大于零，如果是，控制储能设备放电，否则，控制储能设备充电。

12、进一步地，所述判断pa与pb之和是否大于零，如果是，控制储能设备放电，否则，控制储能设备充电具体包括：

13、判断pa与pb之和是否大于零，如果是，进行步骤1，否则，进行步骤2；

14、步骤1：判断储能设备的剩余电量是否大于第一阈值，如果是，控制储能设备放电且放电功率psd＝min(psdmax,|pa+pb|)，当储能设备的剩余电量小于等于第一阈值时，控制储能设备放电功率为零；

15、步骤2：判断储能设备的剩余电量是否小于第二阈值，如果是，控制储能设备充电且充电功率psc＝min(pscmax,|pa+pb|)，当储能设备的剩余电量大于等于第二阈值时，控制储能设备充电功率为零；

16、pscmax,psdmax为充放电功率最大值的绝对值。

17、进一步地，所述方法还包括：

18、根据功率pa和功率pb，控制第一供电臂的功率向第二供电臂转移，或控制第二供电臂的功率向第一供电臂转移。

19、进一步地，所述根据功率pa和功率pb，控制第一供电臂的功率向第二供电臂转移，或控制第二供电臂的功率向第一供电臂转移包括：

20、当pa＞0，pb＜0，且|pa|＞|pb|，控制第二供电臂的功率向第一供电臂转移，同时控制储能设备放电；

21、当pa＞0，pb＜0，且|pa|＜|pb|，控制第二供电臂的功率向第一供电臂转移，同时控制储能设备充电；

22、当pa＜0，pb＞0，且|pa|＜|pb|，控制第一供电臂的功率向第二供电臂转移，同时控制储能设备放电；

23、当pa＜0，pb＞0，且|pa|＞|pb|，控制第一供电臂的功率向第二供电臂转移，同时控制储能设备充电；

24、当pa＞0，pb＜0，且|pa|＝|pb|，控制第二供电臂的功率向第一供电臂转移，同时控制储能设备维持当前电量；

25、当pa＜0，pb＞0，且|pa|＝|pb|，控制第一供电臂的功率向第二供电臂转移，同时控制储能设备维持当前电量。

26、本发明的第三方面在于提供一种基于上述的基于异相牵引变电所的三相储能系统的负序补偿控制方法，应用于协调控制器，所述负序补偿控制方法包括：

27、获取异相牵引变电所的电流信息和电压信息，计算得到异相牵引变电所负序；

28、控制三相变流器进行负序补偿，使得异相牵引变电所负序满足预设要求。

29、进一步地，所述获取异相牵引变电所的电流信息和电压信息，计算得到异相牵引变电所负序具体包括：

30、获取第一馈线的第一电流信息和第一电压信息，获取第二馈线的第二电流信息和第二电压信息，根据所述第一电流信息、第一电压信息、第二电流信息和第二电压信息，计算得到异相牵引变电所三相进线的三相电流信息和三相电压信息；根据异相牵引变电所三相进线的三相电流信息和三相电压信息计算得到异相牵引变电所负序；或，

31、直接获取异相牵引变电所三相进线的三相电流信息和三相电压信息，根据异相牵引变电所三相进线的三相电流信息和三相电压信息计算得到异相牵引变电所负序。

32、进一步地，还包括：

33、获取异相牵引变电所的电流信息和电压信息，计算得到异相牵引变电所三相进线处的功率ptt，当ptt＞0，控制储能设备在满足放电条件下放电，当ptt＜0，控制储能设备在满足充电条件下充电。

34、进一步地，还包括上述的充放电控制方法。

35、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

36、(1)相较于单相储能系统，采用三相储能系统(储能设备通过三相变流器和三相变压器与异相牵引变电所馈线电气连接)可以避免二次波动，本发明可以平滑牵引负载功率波动，降低牵引变电所容量需求。

37、(2)相较于采用单相背靠背变流器并将储能设备连接于背靠背变流器直流母线的储能方案，采用三相变流器并直接在三相变流器直流端接入储能设备，结构简单，造价低，可靠性好，维护方便。

38、(3)本发明不仅可以通过控制储能设备充放电来最大程度利用机车再生制动能，优化机车再生制动能利用效率，还可以根据机车实际工况控制功率在两供电臂之间进行转移，减少异相牵引变电所牵引变压器的安装容量和供电臂功率峰值。

39、(4)本发明可以对异相牵引变电所补偿负序，保证电能质量，在此基础上，可以进一步根据机车实际工况，通过储能设备对机车再生制动能进行利用。