技术领域
[0001] 本
发明涉及电
气化铁路供电技术领域，具体地说，涉及一种用于铁路牵引网的能量高效利用系统。
背景技术
[0002] 目前，国内电气化铁路已大规模采用基于交-直-交传动技术的电
力机车或动车组，这种传动技术能实现能量双向流动，为
再生制动的实现创造条件。当列车处于牵引工况时，列车牵引
电机处于
电能消耗状态，从牵引网吸收电能；而当列车下坡或进站时，列车则处于制动状态，此时会产生与列车运行方向相反的力来消耗列车
动能从而达到减速的效果，此时列车
牵引电机处于发电状态并向牵引网反送电能。
[0003] 随着铁路列车单机功率越来越大和运行
密度的逐步提高，列车牵引电机所产生的再生制动能量也越来越大。由于铁路牵引供电系统采用单相27.5kV/50Hz交流供电，牵引供电系统为保持三相
电网平衡采用换相分段供电，这样也就使得列车在再生制动时产生的返送电能难以被其它列车吸收，大部分列车再生制动电能将会以“垃圾电”的形式反送到大电网。这不仅不会对铁路自身产生经济效益，而且还会污染电网。
发明内容
[0004] 为解决上述问题，本发明提供了一种用于铁路牵引网的能量利用系统，所述系统包括：
[0005] 功率通融装置，其用于与分处两个不同区段的牵引网连接，实现两个不同区段牵引网之间进行功率转移；
[0006] 能量调度管理装置，其与所述功率通融装置连接，用于获取所述两个不同区段所对应的牵引
变电所的实时功率生成功率转移指令，并根据所述功率转移指令控制所述功率通融装置的运行状态。
[0007] 根据本发明的一个
实施例，所述功率通融装置包括：
[0008] 用于实现直流-交流转换或交流-直流转换的第一变流器和第二变流器，所述第一变流器与第二变流器连接；
[0009] 第一连接
变压器或第一电抗器，所述第一变流器的交流侧通过所述第一连接变压器或第一电抗器与第一区段的牵引网连接；
[0010] 第二连接变压器或第二电抗器，所述第二变流器的交流测通过所述第二连接变压器或第二电抗器与第二区段的牵引网连接。
[0011] 根据本发明的一个实施例，所述第一变流器与第二变流器共用直流侧电容，形成背靠背结构。
[0012] 根据本发明的一个实施例，如果第一变电所和第二变电所的实时功率表征第一区段和第二区段的列车负荷均处于牵引工况，所述能量调度管理装置配置为控制所述功率通融装置不进行功率转移。
[0013] 根据本发明的一个实施例，如果第一变电所的实时功率表征第一区段的列车负荷处于制动工况，而第二变电所的实时功率表征第二区段的列车负荷处于牵引工况，所述能量调度管理装置配置为生成功率转移指令，并通过所述功率转移指令控制所述功率通融装置将第一变电的牵引网所的
制动功率转移至所述第二变电所的牵引网。
[0014] 根据本发明的一个实施例，在控制所述功率通融装置将第一变电所的牵引网的制动功率转移至所述第二变电所的牵引网的过程中，所述能量调度管理装置配置为：
[0015] 根据所述第一实时功率和第二实时功率生成转移功率；
[0016] 根据所述转移功率生成所述功率转移指令。
[0017] 根据本发明的一个实施例，如果第一变电所的实时制动功率绝对值小于所述第二变电所的实时牵引功率，所述能量调度管理装置则配置为将所述第一变电所的实时制动功率设定为转移功率；
[0018] 如果第一变电所的实时制动功率绝对值大于所述第二变电所的实时牵引功率，所述能量调度管理装置则配置为将所述第二变电所的实时牵引功率设定为转移功率。
[0019] 根据本发明的一个实施例，所述系统还包括：
[0020] 储能装置，其与所述功率通融装置连接。
[0021] 根据本发明的一个实施例，如果所述第一变电所与第二变电所的实时总功率处于反送工况，所述能量调度管理装置配置为将所述第一变电所和第二变电所的反送能量传输至所述储能装置，以由所述储能装置进行存储。
[0022] 根据本发明的一个实施例，如果如果第一变电所和第二变电所的实时功率表征第一区段和第二区段的列车负荷均处于牵引工况，所述能量调度管理装置配置为进一步判断第一变电所或第二变电所是否超过其额定
峰值功率，如果超过，则控制所述功率通融装置进行功率转移，实现轻载侧功率向重载侧转移，减小其峰值功率。
[0023] 本发明所提供的用于铁路牵引网的能量利用系统能够通过不同区段的牵引变电所之间的功率通融，从而实现了铁路牵引网再生制动能量的有效利用，提高了再生制动能量的利用率。
[0024] 同时，通过不同牵引变电所之间的能量通融，该能量利用系统还可以实现不同牵引变电所
削峰填谷，并且还能够降低牵引变电所的最大峰值功率，从而节省最大需量电费。
[0025] 此外，本系统在装配时可以直接并联在分区所，其并不会影响列车的正常运行，并且不易受到外界影响，即使系统本身出现故障退出运行时也不会影响铁路正常运行。
[0026] 本发明的其它特征和优点将在随后的
说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、
权利要求书以及
附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：
[0028] 图1是根据本发明一个实施例的用于铁路牵引网的能量利用系统的结构示意图；
[0029] 图2是根据本发明一个实施例的功率通融装置的结构示意图；
[0030] 图3是根据本发明一个实施例的能量调度管理装置的结构示意图。
具体实施方式
[0031] 以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0032] 同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
[0033] 针对现有技术中所存在的问题，本发明提供了一种新的用于铁路牵引网的能量利用系统，该系统能够实现将列车牵引电机所产生的再生制动能量在铁路供电系统内部利用，不仅能够有效降低铁路运营成本，还能够减少对电网的污染。
[0034] 图1示出了本实施例所提供的用于铁路牵引网的能量利用系统的结构示意图。
[0035] 如图1所示，本实施例所提供的铁路牵引网的能量利用系统优选地包括：功率通融装置101、能量调度管理装置102。其中，功率通融装置101用于与分处两个不同区段的牵引网连接，用于在两个不同区段的牵引网之间进行功率转移。而能量调度装置102则与功率通融装置101连接，其用于根据所获取到的两个不同区段所对应的牵引变电所的实时功率生成功率转移指令，并根据功率转移指令控制功率通融装置101的运行状态。
[0036] 具体地，如图1所示，本实施例中，第一区段和第二区段通过分区所分段，第一区段所对应的牵引变电所A和第二区段所对应的牵引变电所B与功率通融装置101连接。功率通融装置101作为第一变电所A与第二变电所B之间的能量转移
桥梁，实现两个牵引变电所之间的功率通融。
[0037] 具体地，如图2所示，本实施例中，功率通融装置101优选地包括：第一变流器201、第二变流器202、第一连接变压器PT1、第二连接变压器PT2。其中，第一变流器201与二变流器202连接，二者均能够根据实际需要实现直流-交流转换或交流-直流转换。
[0038] 本实施例中，第一变流器201与第二变流器202优选地共用直流侧电容C，这样也就形成了背靠背结构，二者配合地实现了交流-直流-交流转换功能。当然，在本发明的其他实施例中，第一变流器201与第二变流器202之间还可以根据实际需要采用其他合理的连接方式，本发明并不对此进行限定。
[0039] 第一变流器201优选地通过第一连接变压器PT1来与第一区段的牵引网连接，而第二变流器202则优选地通过第二连接变压器PT2来与第二区段的牵引网连接。
[0040] 需要指出的是，在本发明的不同实施例中，根据实际需要，第一变流器201与第二变流器202所形成的交-直-交变流器可以是多重化结构，也可以是MMC等其它拓扑结构，本发明并不对此进行限定。
[0041] 同时，还需要指出的是，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，上述连接变压器还可以采用电抗器来代替。例如，第一变流器201优选地通过第一电抗器L1来与第一区段的牵引网连接，而第二变流器202则优选地通过第二电抗器L2来与第二区段的牵引网连接。
[0042] 再次如图1所示，本实施例中，能量调度装置102对功率通融装置101进行控制，其能够根据所获取到的两个不同区段(例如第一区段和第二区段)所对应的牵引变电所(例如第一变电所A和第二变电所B)的实时功率生成功率转移指令，并根据该功率转移指令控制功率通融装置101的运行状态。
[0043] 具体地，如图3所示，本实施例中，能量调度装置102优选地包括配置在牵引变电所中的电量采集与计算单元和通讯单元以及配置在分区所中的能量调度管理模
块。其中，配置在牵引变电所的电量
信号采集与计算单元来分别采集第一变电所A和第二变电所B的
电流信号和
电压信号，并根据该电流信号和电压信号分别计算出第一变电所A和第二变电所B的实时功率。电量采集与计算单元能够分别通过相应的通讯单元将第一变电所A和第二变电所B的实时功率传输至设置在分区所中的能量调度管理模块。
[0044] 能量调度管理模块优选地会根据所接收到的第一变电所A的实时功率和第二变电所B的实时功率生成功率转移指令，并根据该功率转移指令控制功率通融装置101的运行状态。
[0045] 本实施例中，能量调度装置102优选地采用无线传输的方式来接收第一变电所A的实时功率和第二变电所B的实时功率。当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，能量调度装置102还可以采用其他合理方式方式(例如有线传输)来接收第一变电所A和第二变电所B的实时功率。
[0046] 本实施例中，当列车处于牵引工况时，其所对应的牵引变电所的实时功率优选地大于零；而当列车处于制动工况时，其所对应地牵引变电所的实时功率优选地为小于或等于零。需要指出的是，此处的正值与负值之间并不存在取值大小的必然关系，其更多地是通过正负值地形式来表征列车是出于牵引工况还是处于制动工况。
[0047] 本实施例中，如果第一变电所和第二变电所的实时功率所表征的第一区段和第二区段的列车负荷均处于牵引工况(即且PA＞0且PB＞0)，那么此时能量调度装置102优选地会配置为不控制功率通融装置101进行功率转移(即此时能量调度装置102所生成的成转移功率的取值为0)。
[0048] 如果第一变电所的实时功率表征第一区段的列车负荷处于制动工况(即PA≤0)，而第二变电所的实时功率表征第二区段的列车负荷均处于牵引工况(PB＞0)，此时能量调度管理装置102则配置为生成功率转移指令，并通过该功率转移指令控制功率通融装置101来将第一变电所A的制动功率转移至第二变电所B。
[0049] 具体地，本实施例中，在控制功率通融装置101将第一变电所A的牵引网的制动功率转移至第二变电所B的牵引网的过程中，能量调度管理装置102优选地首先会根据第一实时功率和第二实时功率生成转移功率，随后再根据所述转移功率生成功率转移指令，从而控制功率通融装置101按照上述转移功率的大小来进行功率转移。
[0050] 例如，本实施例中，如果第一变电所的制动功率绝对值小于第二变电所的牵引功率(即|PA|＜PB)，能量调度管理装置102则会将第一变电所的实时功率设定为转移功率(即PC＝PA)。而如果第一变电所的制动功率绝对值大于第二变电所的牵引功率(即|PA|＞PB)，能量调度管理装置102则会将第二变电所的实时功率设定为转移功率(即PC＝PB)。
[0051] 类似地，如果第二变电所的实时功率表征第二区段的列车负荷处于制动工况(即PB≤0)，而第一变电所的实时功率表征第一区段的列车负荷均处于牵引工况(PA＞0)，此时能量调度管理装置102同样地会生成功率转移指令，并通过该功率转移指令控制功率通融装置101来将第二变电所B的制动功率转移至第一变电所A。
[0052] 具体地，本实施例中，在控制功率通融装置101将第二变电所B所的制动功率转移至第一变电所A的过程中，能量调度管理装置102优选地首先会根据第一实时功率和第二实时功率生成转移功率，随后再根据所述转移功率生成功率转移指令，从而控制功率通融装置101按照上述转移功率的大小来进行功率转移。
[0053] 例如，本实施例中，如果第二变电所B的制动功率绝对值小于第一变电所A的牵引功率(即|PB|＜PA)，能量调度管理装置102则会将第二变电所B的制动功率设定为转移功率(即PC＝PB)。而如果第二变电所B的制动功率绝对值大于第一变电所A的牵引功率(即|PB|＞PA)，能量调度管理装置102则会将第一变电所A的实时功率设定为转移功率(即PC＝PA)。
[0054] 如图1所示，本实施例中，该用于铁路牵引网的能量利用系统优选地还包括储能装置103。储能装置103与功率通融装置101连接，其能够根据实际需要对功率通融装置101所传输来的电能进行存储，还能够根据实际需要将自身所存储的电能提供至功率通融装置101。
[0055] 例如，本实施例中，如果第一变电所A与第二变电所B的实时总功率处于反送工况(即PA+PB≤0)，那么此时能量调度装置102优选地会将第一变电所A和第二变电所B的反送能量传输至储能装置103，从而由储能装置103进行存储。而如果第一变电所与第二变电所的实时总功率由所述反送工况转换为牵引工况，能量调度管理装置102则控制功率通融装置101将储能装置103所存储的能量传输至第一变电所A和/或第二变电所B所对应的牵引网。
这样储能装置103所存储的电能也就可以在第一变电所A与第二变电所B的实时总功率大于零(即PA+PB＞0)时提供给功率通融装置101。
[0056] 本实施例中，如果第一变电所A和第二变电所B的实时功率表征第一区段和第二区域的列车负荷均处于牵引工况，那么根据实际需要，能量调度管理装置102还可以实现削峰填谷。例如，此时能量调度管理装置102可以进一步判断第一变电所A和第二变电所B是否超过其额定峰值功率。如果第一变电所A和/或第二变电所B超过其额定峰值功率，那么此时能量调度管理装置102则可以控制功率通融装置101进行功率转移，实现轻载侧功率向重载侧转移，减小其峰值功率。
[0057] 从上述描述中可以看出，本发明所提供的用于铁路牵引网的能量利用系统能够通过不同区段的牵引变电所之间的功率通融，从而实现了铁路牵引网再生制动能量的有效利用，提高了再生制动能量的利用率。
[0058] 同时，通过不同牵引变电所之间的能量通融，该能量利用系统还可以实现不同牵引变电所削峰填谷，并且还能够降低牵引变电所的最大峰值功率，从而节省最大需量电费。
[0059] 此外，本系统在装配时可以直接并联在分区所，其并不会影响列车的正常运行，并且不易受到外界影响，即使系统本身出现故障退出运行时也不会影响铁路正常运行。
[0060] 应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
[0061] 说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
[0062] 虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种
修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。
