[发明专利]一种柔性牵引供电系统及其能量协调控制方法

说明书

本发明公开了一种柔性牵引供电系统及其能量协调控制方法，其系统包括依次连接的多端口能量路由器和牵引网；多端口能量路由器与不同电压等级的三相电力系统连接，并对输入电能进行变换，不同端口分别输出单相交流电为牵引网供电以及三相交流电向多端口能量路由器的配电设备供电；牵引网用于向机车供电。本发明提出的柔性牵引供电系统，通过引入多端口能量路由器，实现铁路全线贯通并彻底取消电分相，通过多端口能量路由器可对输入能量进行任意变换，向牵引网以及所内用电供能，可节约能量，提升能量利用率。

技术领域

本发明属于牵引供电技术领域，具体涉及一种柔性牵引供电系统及其能量协调控制方法。

背景技术

目前，国内外的既有电气化铁路牵引供电系统均基本采取三相-两相(异相)供电模式。变电所经牵引变压器从三相电网取电降压后分两供电臂输出，为牵引网供电。由于供电臂电压相位、幅值和频率难以完全一致，因此各供电臂间需设置电分相。随着近年来高速铁路、重载铁路飞速发展，如下问题将更加突出：

(1)电能质量问题：既有牵引供电系统单相负荷反映至三相电网会产生负序电流，造成三相电压不平衡，高速重载列车牵引功率增大，使负序问题愈发突出，同时，还还会造成无功和谐波等问题。(2)过电分相问题：既有牵引供电系统中必然存在电分相，而电分相装置结构复杂、可靠性低，是牵引供电系统的薄弱环节与事故多发点。(3)供电能力问题：由于存在电分相装置，使得各既有牵引变电所间能量难以实现能量互联互通和跨区供电，因此目前每个既有牵引变电所的牵引变压器均需设置一主一备，牵引变压器容量难以得到充分利用，使其供电能力受限。(4)新能源难以接入：目前既有牵引供电系统的结构决定该系统难以接入新能源和储能系统。如何解决既有铁路牵引供电系统电能质量问题、如何取消电分相装置以及如何实现新能源利用是当前牵引供电领域的研究热点。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种柔性牵引供电系统及其能量协调控制方法。

本发明的技术方案是：一种柔性牵引供电系统包括依次连接的多端口能量路由器和牵引网；

多端口能量路由器与不同电压等级的三相电力系统连接，并对输入电能进行变换，不同端口分别输出单相交流电为牵引网供电以及三相交流电向多端口能量路由器的配电设备供电；牵引网用于向机车供电。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提出的柔性牵引供电系统，通过引入多端口能量路由器，实现铁路全线贯通并彻底取消电分相，通过多端口能量路由器可对输入能量进行任意变换，向牵引网以及所内用电供能，可节约能量，提升能量利用率；

(2)本发明提出的柔性牵引供电系统，具备在未来接入不同电压等级、不同频率任意相交流电以及任意电压等级直流电的能力，并可输出不同电压等级不同频率的单相交流电、不同电压等级直流电乃至不同电压等级不同频率的任意相交流电。

基于以上系统，本发明还提出一种柔性牵引供电系统的能量协调控制方法，包括以下步骤：

S1：确定机车运行工况；

S2：根据机车运行工况，利用多端口能量路由器实现其与三相电力系统和牵引网之间的能量协调控制。

进一步地，步骤S2中，机车的运行工况包括牵引工况和再生制动工况；

其中，若机车处于牵引工况，则由多端口能量路由器向牵引网输出单相交流电，并由牵引网向机车供电；

若机车处于再生制动工况，则经牵引网将列车再生制动能量返送至多端口能量路由器，并由多端口能量路由器对再生制动能量进行协调控制。

进一步地，步骤S2中，在机车处于牵引工况中，若牵引网所需能量小于多端口能量路由器输出能量时，则柔性牵引供电系统采用第一工作状态，具体为：将多端口能量路由器的输出能量中除牵引网所需能量以外的其余能量用于向多端口能量路由器的配电设备供电；