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专利号: 2022103927466
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电气化铁路接触网直流融冰系统,包括通过开关S1与牵引变压器连接的牵引母线TBα、通过开关S2与牵引变压器连接的牵引母线TBβ、AC/DC变流器AD、直流源DS和控制器CC;其特征在于:AC/DC变流器AD的a端子通过开关S3与牵引母线TBα连接,AC/DC变流器AD的b端子通过开关S4与牵引母线TBβ连接,AC/DC变流器AD的c端子、d端子分别通过开关S5和开关S6与接触网的α上行T线αUTL和β下行T线βDTL连接;直流源DS与AC/DC变流器AD的直流侧c端子、d端子连接;电压互感器PT跨接在牵引母线TBα、牵引母线TBβ的两端;电流互感器CT串接在α上行T线αUTL;接触网的α上行T线αUTL和β上行T线βUTL分别通过开关S11、开关S12与牵引母线TBα、牵引母线TBβ连接;电压互感器PT、电流互感器CT、气象传感器MS、冰厚测量装置IM的信号端均与控制器CC的输入端连接,控制器CC的输出端分别与开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5、开关S6、开关S7、开关S8、开关S9、开关S10、开关S11、开关S12的控制端连接;控制器CC的双向信号端口分别与AC/DC变流器AD及其旁路开关BA和旁路开关BD、直流源DS的双向信号端口连接;AC/DC变流器AD能够四象限运行,控制器CC通过控制AC/DC变流器AD,实现a端子和b端子的能量独立双向流动,并在c端子、d端子输出融冰需要的直流电能。

2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统,其特征在于:AC/DC变流器AD1交流侧第一端口对应AC/DC变流器AD的a端子,第二端口与AC/DC变流器AD2交流侧的第一端口级联,如此递进直到AC/DC变流器ADn‑1交流侧的第二端口与AC/DC变流器ADn交流侧的第一端口级联;AC/DC变流器ADn交流侧的第二端口对应AC/DC变流器AD的b端子,并依次通过电抗器R、开关S4与牵引母线TBβ连接;AC/DC变流器AD1、AC/DC变流器AD2、…、AC/DC变流器ADn的交流侧第一端口与第二端口之间分别设有旁路开关BA1、旁路开关BA2、…、旁路开关BAn;AC/DC变流器AD1、AC/DC变流器AD2、…、AC/DC变流器ADn的直流侧第一端口与第二端口之间分别设有旁路开关BD1、旁路开关BD2、…、旁路开关BDn;AC/DC变流器AD1直流侧第一端口对应AC/DC变流器AD的c端子,AC/DC变流器AD1直流侧第二端口与AC/DC变流器AD2直流侧第一端口级联,如此递进直到AC/DC变流器ADm‑1直流侧的第二端口与AC/DC变流器ADm直流侧的第一端口级联;AC/DC变流器ADm直流侧的第二端口对应AC/DC变流器AD的d端子;AC/DC变流器ADm+1、…、AC/DC变流器ADn的直流侧既能够接入分布式直流源DS,也能够接入集中式直流源DS,其中,m、n为正整数且n≥m。

3.根据权利要求2所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统,其特征在于:所述接入分布式直流源DS的接法是将直流源DSm+1、直流源DSm+2、...、直流源DSn分别与AC/DC变流器ADm+1、AC/DC变流器ADm+2、…、AC/DC变流器ADn的直流测连接。

4.根据权利要求2所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统,其特征在于:所述接入集中式直流源DS的接法是将AC/DC变流器ADm+1、AC/DC变流器ADm+2、…、AC/DC变流器ADn的直流侧与设有直流源DS的直流母线Bus并接。

5.根据权利要求3所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统,其特征在于:所述AC/DC变流器AD1、AC/DC变流器AD2、…、AC/DC变流器ADn的另一种接法是,将其交流侧分别接入多绕组变压器MT的次边绕组,多绕组变压器MT的原边第一端口对应AC/DC变流器AD的a端子,第二端口对应AC/DC变流器AD的b端子,且依次通过电抗器R、开关S4与牵引母线TBβ连接。

6.根据权利要求4所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统,其特征在于:所述AC/DC变流器AD1、AC/DC变流器AD2、…、AC/DC变流器ADn的另一种接法是将其交流侧分别接入多绕组变压器MT的次边绕组,多绕组变压器MT的原边第一端口对应AC/DC变流器AD的a端子,第二端口对应AC/DC变流器AD的b端子,且依次通过电抗器R、开关S4与牵引母线TBβ连接。

7.根据权利要求2所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统,其特征在于,所述直流源DS包括但不限于储能装置、光伏、风机或其它直流电源。

8.一种基于权利要求1所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统的控制方法,包括以下三个步骤:

步骤一、融冰系统准备

在有寒潮袭来,可能导致接触网覆冰的先兆出现时,控制器CC根据监测到的气象数据、接触网覆冰情况以及系统实时电压、电流,及时判断是否需要融冰;当控制器CC判断接触网需要融冰时,率先控制开关S11、开关S12使牵引母线TBα断电;然后控制开关S1、开关S2、开关S3、开关S4依次断开,使接触网的α上行T线αUTL和β上行T线βUTL断电;再控制开关S5、开关S6依次闭合,接入AC/DC变流器AD和直流源DS电路,并使开关S7、开关S8、开关S9、开关S10依次闭合,构成融冰回路;最后再依次将开关S3、开关S4、开关S1、开关S2闭合构成闭环连接,给融冰回路供电;

步骤二、具体实施融冰

控制器CC控制AC/DC变流器AD为融冰回路提供融冰所需电压,具体控制方法分为能量管理层和设备控制层,在能量管理层中,实时检测可再生能源输出功率、储能荷电状态和健康状态,判断直流源DS是否满足融冰回路所需能量,如果满足,则控制直流源DS单独为融冰回路提供所需电压;如果直流源DS无法为融冰回路提供所有的能量,则控制AC/DC变流器AD从牵引母线获取能量与直流源DS共同为融冰回路提供所需电压;能量管理层以可再生能源消纳、平衡牵引母线TBα和牵引母线TBβ的有功功率和无功功率为目标,计算得到直流源DS中可再生能源出力、储能装置充放电以及AC/DC变流器AD电流的幅值和相角的参考值,然后将结果下发给设备控制层;设备控制层采用控制策略,控制AC/DC变流器AD、可再生能源、储能装置的运行状态,在实现融冰的同时,须保证牵引供电系统的电能质量;其中控制策略包括但不限于电压、电流双闭环控制策略、模型预测控制策略、滑膜变结构控制策略;

步骤三、退出融冰状态

当控制器CC根据气象数据判断接触网不满足融冰条件时,融冰回路退出运行,首先,依次断开开关S1、开关S2、开关S3、开关S4,给融冰回路断电;然后,依次断开开关S5、开关S6、开关S7、开关S8、开关S9、开关S10,退出融冰回路;最后,闭合开关S11、开关S12、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4,恢复接触网供电状态。

9.根据权利要求8所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统的控制方法,其特征在于,所述直流融冰系统还具有容错能力,控制器CC实时检测AC/DC变流器AD1、…、AC/DC变流器ADi、…、AC/DC变流器ADn的健康状态,若其中第i个AC/DC变流器ADi故障,则闭合旁路开关BAi和旁路开关BDi将故障变流器ADi切除运行;若AC/DC变流器ADi未发生故障,则旁路开关BAi和旁路开关BDi均断开,其中i为正整数,且i≤n。

10.根据权利要求8所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统的控制方法,其特征在于,所述直流融冰系统还具有容错能力,控制器CC实时检测AC/DC变流器AD1、…、AC/DC变流器ADi、…、AC/DC变流器ADn的健康状态,若其中第i个AC/DC变流器ADi故障,则断开AC/DC变流器ADi与多绕组变压器的连接以及闭合旁路开关BDi,将故障变流器ADi切除运行;若AC/DC变流器ADi未发生故障,则旁路开关BDi断开,其中i为正整数,且i≤n。