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应用于交流电 气化 铁路再生能利用系统

阅读：240发布：2020-11-30

专利汇可以提供应用于交流电气化铁路再生能利用系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开一种应用于交流电气化铁路再生能利用系统，该系统设置在电分相两端供电臂之间，隔离开关一端与交流供电臂连接，另一端依次连接断路器降压变压器一次侧，降压变压器一次侧另一端接地，二次侧与整流装置连接，实现电能降压整流变换；直流斩波装置与储能装置连接，对储能装置充电；直流逆变装置经三相隔离变压器与母线相连，再生电能平滑传送。有益效果是，通过整流装置、直流斩波装置、直流逆变装置，将牵引制动产生的再生能，通过储能装置和直流逆变装置与配电网连接，使冲击性再生电能既能通过储能-配电网转换，平滑输出给配电网，同时又能将储存再生能反馈给供电臂，提高再生电能的利用率，降低冲击性再生电能对并网时负荷冲击。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是应用于交流电气化铁路再生能利用系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种应用于交流电气化铁路再生能利用系统，其特征在于，该系统设置在电分相两端的供电臂之间，包括，隔离开关（QS1、QS2）、断路器（QF1、QF2）、降压变压器（TP1、TP2）、整流装置（AC/DC-1、AC/DC-2）、直流斩波装置（DC-DC）、储能装置（E）、直流逆变装置（DC/AC）、隔离变压器（TP3）；所述隔离开关（QS1、QS2）一端分别与交流27.5kV供电臂A、B连接，另一端依次连接断路器（QF1、QF2）、降压变压器（TP1、TP2）一次侧，降压变压器一次侧另一端接地，二次侧与整流装置（AC/DC-1、AC/DC-2）连接，实现电能降压整流变换；直流斩波装置（DC-DC）从两侧整流装置相连的直流环节引出，直流斩波装置（DC-DC）与储能装置（E）连接，对储能装置E进行充电；直流逆变装置（DC/AC）从两侧整流装置直流环节引出，经三相隔离变压器（TP3）与10kV母线相连，再生电能平滑传送。
2.根据权利要求1所述的应用于交流电气化铁路再生能利用系统，其特征在于，牵引供电系统交流侧存在再生能时，交流侧供电臂A或B处于再生制动状态时，隔离开关QS1或QS2及断路器QF1或QF2闭合，再生能利用系统投入运行。
3.根据权利要求1所述的应用于交流电气化铁路再生能利用系统，其特征在于，交流侧再生电能，经整流装置（AC/DC-1）或（AC/DC-2）及直流斩波装置（DC/DC）变换后，对储能装置E进行充电，同时经过储能装置能量缓冲后实现向10kV配电系统平滑输出电能。
4.根据权利要求1所述的应用于交流电气化铁路再生能利用系统，其特征在于，交流侧再生电能，通过整流装置（AC/DC-1）或整流装置（AC/DC-2）及直流逆变装置（DC/AC）与10kV母线经隔离变压器TP3连接，为再生制动能量利用提供通路。
5.根据权利要求1所述的应用于交流电气化铁路再生能利用系统，其特征在于，交流侧供电臂A或B处于牵引状态时，储能装置中能量满足牵引需求，闭合隔离开关QS1或QS2及断路器QF1或QF2，储能装置进入放电状态，再生能利用系统投入运行，储能装置为供电臂内的列车提供所需电能。
6.根据权利要求1所述的应用于交流电气化铁路再生能利用系统，其特征在于，交流侧供电臂A或B处于再生制动状态，相邻供电臂B或A处于牵引状态时，隔离开关QS1、QS2和断路器QF1、QF2均闭合，再生制动能量通过整流装置（AC/DC-1）和（AC/DC-2）的运行状态协同控制，供电臂两侧能量互通。

说明书全文

应用于交流电气化 铁路再生能利用系统

技术领域

[0001] 本实用新型涉及再生能利用系统，特别是涉及一种应用于交流电气化铁路再生能利用系统。

背景技术

[0002] 交流电气化干线铁路具有行车密度大、功率等级高等特点，目前电力机车（动车组）采用交-直-交牵引系统，优先采用再生制动。

[0003] 随着能源节约意识不断增强，有效利用列车再生制动能量，进而减少运营用电费支出已逐渐被广泛认同，因此，研究对再生制动能量进行吸收、存储和充分利用具有重要意义。

[0004] 由于交流电气化铁路牵引供电系统采用单边供电方式，制动能量再生电能利用受限于电分相设置情况，无法使再生能量在不同供电臂间互通，导致再生制动能量的直接利用率较低，并时常出现有功倒送电网的运行工况。

[0005] 目前，城市轨道交通领域的再生能利用系统已较为成熟，但应用于交流电气化铁路的再生能利用系统仍处于理论研究及实验验证阶段。为解决以高速重载为主要发展方向的交流电气化铁路解决再生能利用过程问题，急需开发一种能够将能量储存与能量转移分配相结合的再生能利用系统，提高牵引供电系统内再生电能利用率。发明内容

[0006] 本实用新型解决的技术问题是，提供一种能够将能量储存与能量转移分配相结合的再生能利用系统。

[0007] 本实用新型所采用的技术方案是，一种应用于交流电气化铁路再生能利用系统，该系统设置在电分相两端的供电臂之间，包括，隔离开关、断路器、降压变压器、整流装置、直流斩波装置、储能装置、直流逆变装置、隔离变压器；所述隔离开关一端分别与交流27.5kV供电臂A、B连接，另一端依次连接断路器QF1、QF2、降压变压器TP1、TP2一次侧，降压变压器一次侧另一端接地，二次侧与整流装置连接，实现电能降压整流变换；直流斩波装置从两侧整流装置相连的直流环节引出，直流斩波装置与储能装置E连接，对储能装置E进行充电；直流逆变装置从两侧整流装置直流环节引出，经三相隔离变压器与10kV母线相连，再生电能平滑传送。

[0008] 牵引供电系统交流侧存在再生能时，交流侧供电臂A或B处于再生制动状态时，隔离开关QS1或QS2及断路器QF1或QF2闭合，再生能利用系统投入运行。

[0009] 交流侧再生电能，经整流装置AC/DC-1或AC/DC-2及直流斩波装置DC/DC变换后，对储能装置E进行充电，同时经过储能装置能量缓冲后实现向10kV配电系统平滑输出电能。

[0010] 交流侧再生电能，通过整流装置AC/DC-1或AC/DC-2及直流逆变装置DC/AC与10kV母线经隔离变压器TP3连接，为再生制动能量利用提供通路。

[0011] 交流侧供电臂A或B处于牵引状态时，储能装置中能量满足牵引需求，闭合隔离开关QS1或QS2及断路器QF1或QF2，储能装置进入放电状态，再生能利用系统投入运行，储能装置为供电臂内的列车提供所需电能。

[0012] 交流侧供电臂A或B处于再生制动状态，相邻供电臂B或A处于牵引状态时，隔离开关QS1、QS2和断路器QF1、QF2均闭合，再生制动能量通过整流装置AC/DC-1和AC/DC-2的运行状态协同控制，供电臂两侧能量互通。

[0013] 本实用新型的有益效果是，通过整流装置、直流斩波装置、直流逆变装置，将牵引制动产生的再生能，通过储能装置和直流逆变装置与10kV配电网连接，使冲击性再生电能既能通过储能-配电网转换，平滑输出给10kV配电网，同时又能将储存的再生能反馈给供电臂，有效提高了再生电能的利用率，降低了冲击性再生电能对10kV并网时的负荷冲击。附图说明

[0014] 图1为本实用新型再生电能利用系统构成示意图；

[0015] 图2a是再生能曲线图；

[0016] 图2b是储能装置储能存储曲线图；

[0017] 图2c 是配电网转移电能曲线图。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

[0019] 图1为本实用新型再生电能利用系统构成示意图；如图1所示，本实用新型一种应用于交流电气化铁路再生能利用系统，该系统设置在电分相两端的供电臂之间，包括隔离开关QS1、QS2、断路器QF1、QF2、降压变压器TP1、TP2、整流装置AC/DC-1、AC/DC-2、直流斩波装置DC-DC、储能装置E、直流逆变装置DC/AC、隔离变压器TP3。其中，隔离开关QS1、QS2一端分别与交流27.5kV供电臂A、B连接，另一端依次连接断路器QF1、QF2、降压变压器TP1、TP2一次侧，降压变压器一次侧另一端接地，二次侧与整流装置AC/DC-1、AC/DC-2连接，实现电能降压整流变换；直流斩波装置DC-DC从两侧整流装置相连的直流环节引出，直流斩波装置DC-DC与储能装置E连接，实现对储能装置E进行充电；直流逆变装置DC/AC从两侧整流装置直流环节引出，经三相隔离变压器TP3与10kV母线相连，实现再生电能平滑传送。通过本实用新型，将牵引系统的再生电能与低压配电系统连接和再利用,提高再生电能利用率。

[0020] 为应用于交流电气铁路再生电能利用系统其具体作法是：

[0021] 图2a至图2c为本实用新型再生电能储存、配电网转移功率负荷曲线图，以安装1MW储能装置为例，当牵引供电系统交流侧存在再生能（图2a中在生能曲线为负值）时，即交流侧供电臂A或B处于再生制动状态时，隔离开关QS1或QS2及断路器QF1或QF2闭合，再生能利用系统投入运行；当再生能系统出现故障时，可通过切除断路器，使再生能系统脱离牵引系统，不影响牵引系统运行。交流侧再生电能，经整流装置AC/DC-1或AC/DC-2及直流斩波装置DC/DC变换后，对储能装置E进行充电，同时经过储能装置能量缓冲后可以实现向10kV配电系统平滑输出电能（图2b中储能装置储能存储曲线为负值；与此同时，交流侧再生电能，通过整流装置AC/DC-1或AC/DC-2及直流逆变装置DC/AC与10kV母线经隔离变压器TP3连接，为再生制动能量利用提供通路，即，将供电臂内列车再生制动电能平滑传送至10kV母线（图2c配电网转移平滑曲线）,从图2a至图2c的三个曲线可以看出,图2a中冲击性间断性再生负荷，经过储能图2b，再经过图2c实现向配电系统持续稳定输出的输出电能。

[0022] 本实用新型还可以实现储能在牵引网内部再生能的储存转移，当牵引供电系统的交流侧无再生能（图2a中在生能曲线为零）时，即，交流侧供电臂A或B处于牵引状态时，若此时储能装置中能量满足牵引需求，则闭合隔离开关QS1或QS2及断路器QF1或QF2，使储能装置进入放电状态（图2b中储能装置储能存储曲线由负至零过程），再生能利用系统投入运行，使储能装置为供电臂内的列车提供所需电能。

[0023] 此外，本实用新型还可以实现再生电能在牵引网内部再生能的转移，当交流侧供电臂A或B处于再生制动状态，而相邻供电臂B或A处于牵引状态时，隔离开关QS1、QS2和断路器QF1、QF2均闭合，再生制动能量通过整流装置AC/DC-1和AC/DC-2的运行状态协同控制，实现供电臂两侧能量互通，并由此降低牵引供电系统牵引能耗。

[0024] 当再生能装置内部出现故障时，可通过断开断路器QF1和QF2将再生能利用系统从牵引供电系统中切除，保证牵引供电系统正常运行。

[0025] 本实用新型应用于交流电气铁路再生能利用系统的原理：

[0026] 本实用新型以电力电子器件构成的整流装置AC/DC-1、AC/DC-2、直流斩波装置DC/DC、直流逆变装置DC/AC为基础，通过三者间的协同控制，提高电能的变换及回馈利用效率，将列车再生制动中产生的电能平滑传递给10kV母线，最大程度降低对10kV配电网并网负荷冲击。

[0027] 本实用新型电能转换部分，同时与电分相两端的供电臂相连接，使供电臂A、B通过整流装置AC/DC-1、AC/DC-2（四象限变流装置）实现能量互通，使再生电能可以在两个供电臂间进行转移,最大程度降低了相邻供电臂的最大负荷需求，使两个供电臂负荷需求实现均衡化。

[0028] 本实用新型交流电气化铁路“储-配”一体再生能利用系统，直流侧配置了储能装置E，提高了再生能量利用灵活性。储能装置E不仅能够与直流斩波DC/DC、直流逆变装置DC/AC进行协同控制，使再生电能回馈至10kV母线；同时，也能够利用直流斩波装置DC/AC与交直整流装置AC/DC-1、AC/DC-2（四象限变流装置）构成的通路，将储存的电能回馈至交流供电臂A或B，并由此实现再生电能快速储能与释放。

[0029] 本实用新型通过整流装置AC/DC-1、AC/DC-2、直流斩波装置DC-DC、直流逆变装置DC/AC，分别用于完成对电能的交-直变换、直-直变换、直、交变换，将牵引制动产生的再生能，通过储能装置和直流逆变装置与10kV配电网连接，使冲击性再生电能既能通过储能-配电网转换，平滑输出给10kV配电网，同时又能将储存的再生能反馈给供电臂，有效提高了再生电能的利用率，降低了冲击性再生电能对10kV并网时的负荷冲击。

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