[发明专利]统一能量控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及电气化铁路技术领域，具体而言，涉及一种统一能量控制系统。

背景技术

目前，我国电力机车普遍采用能耗制动和再生制动两种制动方式。能耗制动主要用于交直型机车，再生制动主要用于交直交型机车。随着我国电气化铁路高速重载化的发展，交直交机车已经成为主要发展方向。由于再生制动功率很大，因此如何处理再生制动能量已经成为不容忽视的问题。目前，一般是将电力机车再生制动能量直接回馈至电网，这将引起接触网电压升高，并可能造成牵引变电所保护误动作及对电网造成冲击。

另外，随着我国电气化铁路的迅速发展，由电气化铁路负荷特性和牵引变压器接线型式等原因引起的负序、无功、谐波和馈线电压波动及偏差等电能质量问题日益突出，这些问题不仅影响牵引供电系统的正常运行，也为电网的安全稳定运行带来隐患。治理高次谐波的方法主要有无源滤波和有源滤波(APF)，源滤波成本高，无源滤波损耗大，因此目前电气化铁路高次谐波谐振问题还缺乏经济有效的处理方法。治理无功和馈线电压波动及偏差问题主要采用动态无功补偿器(SVC)和静止无功发生器(SVG)，但在两供电臂牵引负荷严重不对称情况下，由于补偿装置容量有限，难以解决馈线电压波动及偏差问题。铁路功率调节器(RPC)能综合解决负序和无功问题，但是难以高效解决再生制动能量利用问题，虽然RPC能够将再生制动能量从一个供电臂传送至另一个供电臂，但是由于RPC没有大容量能量存储装置，如果在接收能量的供电臂上没有牵引负荷，就无法高效利用再生制动能量，最终还是只能回馈电网，造成浪费和冲击，难以满足铁路用户需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种统一能量控制系统，能够高效利用电气化铁路再生制动能量，同时能够解决牵引供电系统电能质量治理问题，尤其是馈线电压稳定问题和高次谐波谐振问题，以满足铁路公司和电力部门的需求。

本发明提供了一种统一能量控制系统，包括：

单相多绕组隔离变压器，其接入牵引变压器的供电臂，两个所述单相多绕组隔离变压器的高压侧通过连接开关分别接入所述牵引变压器的两供电臂，所述单相多绕组隔离变压器的低压侧包括至少一个低压绕组，所述单相多绕组隔离变压器用于接入供电臂并隔离降压；

能量存储与变换器，其包括至少一个能量存储与变换子模块，所述能量存储与变换子模块的两输入侧分别连接所述单相多绕组隔离变压器对应的副边绕组，所述能量存储与变换子模块包括一个能量存储模块和两个双向AC-DC变换器，所述能量存储模块与两个所述双向AC-DC变换器相连，所述能量存储模块实时对牵引机车再生制动能量进行存储和释放，在无牵引负荷时蓄电、优先谷时充电蓄能、峰时放电供能，所述能量存储与变换器用于实时存储牵引机车的制动能量，并控制存储能量的释放，实现两供电臂的有功功率双向流通，并补偿两供电臂的无功功率；

测量电路，其输入端与所述牵引变压器电网侧和所述牵引变压器牵引侧相连，所述测量电路对所述牵引变压器电网侧的三相电压和三相电流、所述牵引变压器牵引侧的两相馈线电压和两相馈线电流进行采样；

综合优化控制器，其输入端与所述测量电路的输出端相连，所述综合优化控制器包括状态监测模块、多源优化控制模块、电压恒定控制模块和高次谐波谐振抑制模块，所述测量电路与所述状态监测模块相连，所述状态监测模块分别与所述多源优化控制模块、所述电压恒定控制模块、所述高次谐波谐振抑制模块相连，所述综合优化控制器接收所述测量电路采样的数据并进行优化计算，产生优化控制信号；

能量存储与变换控制器，其输入端与所述综合优化控制器的输出端相连，所述能量存储与变换控制器的输出端与所述双向AC-DC变换器相连，所述能量存储与变换控制器接收所述综合优化控制器产生的优化控制信号，根据所述能量存储模块状态为所述双向AC-DC变换器提供补偿功率调制信号，从而控制流入、流出或流经所述能量存储模块的功率。

作为本发明进一步的改进，还包括两个滤波器，两个所述滤波器通过连接开关分别接入所述牵引变压器的两供电臂，所述滤波器用于滤除负载产生的谐波电流，并实现两供电臂的无功补偿。

作为本发明进一步的改进，所述滤波器包括至少一路滤波支路。

作为本发明进一步的改进，所述能量存储模块包括超级电容、电化学电池或它们的组合或其它能量存贮单元。

作为本发明进一步的改进，所述牵引变压器电网侧可以采用直接供电方式、带回流线的直接供电方式、自耦变压器AT供电方式或吸流变压器BT供电方式进行供电。