專利名稱：能饋式牽引變電所及供電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型實施例涉及電力供電技術，尤其涉及一種能饋式牽引變電所及供電系統(tǒng)。
背景技術：
新型直線電機運輸系統(tǒng)，采用直線電機推進，具有攀登坡度大、占地少、建設經費低、時速快、運行平穩(wěn)、易于實現(xiàn)自動控制、無噪音、不排出有害的廢氣、利于環(huán)境保護、運營維護和耗能費用低等優(yōu)點，是一種理想的短距離煤炭運輸方式，對降低煤炭運輸成本、節(jié)能減排、提高煤炭資源利用率具有十分重要的意義。牽引供電系統(tǒng)作為新型直線電機運輸系統(tǒng)的一個重要組成部分，對系統(tǒng)安全、高效、可靠運行，起著至關重要的作用。為了減小運煤小車的重量，提高運輸效率，各運煤小車上不設置再生制動電阻，這就要求各牽引變電所必須具有再生能量吸收能力，把電機的無用的或不需要的或有害的慣性轉動產生的動能轉化為電能，并回饋電網，再生循環(huán)使用，同時產生制動力矩，使電機快速停止無用的慣性轉動，傳統(tǒng)的基于二極管整流的牽引供電系統(tǒng)，能量只能單向傳輸，不能滿足要求。考慮到煤炭礦區(qū)地形環(huán)境復雜，牽引變電所維護工作艱巨，要求對各牽引變電所運行狀態(tài)進行遠程集中實時監(jiān)控。
實用新型內容本實用新型提供一種能饋式牽引變電所及供電系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術中牽引變電所的再生制動能量吸收問題，實現(xiàn)再生制動能量的循環(huán)使用。本實用新型提供了一種能饋式牽引變電所，包括整流變壓器柜，所述整流變壓器柜內設有一個多繞組變壓器，所述多繞組變壓器具有一個原邊繞組和多個副邊繞組，且所述多個副邊繞組采用相同的連接方式，所述多繞組變壓器的原邊繞組與交流中壓電網相連；能饋式牽引供電柜，所述能饋式牽引供電柜內設有多個大功率雙向變流器，所述多個大功率雙向變流器直流側正極并聯(lián)后接到能饋式牽引供電柜正極輸出，所述多個大功率雙向變流器直流側負極并聯(lián)后接到能饋式牽引供電柜負極輸出，所述多繞組變壓器的各副邊繞組分別與一個大功率雙向變流器交流側相連。如上所述的能饋式牽引變電所，優(yōu)選的是，大功率雙向變流器的功率器件為絕緣柵雙極型晶體管功率模塊，且所述大功率雙向變流器采用三相全橋結構。如上所述的能饋式牽引變電所，優(yōu)選的是，還包括交流高壓開關柜，所述交流高壓開關柜內設有一個高壓交流斷路器，所述變壓器的原邊繞組通過所述高壓交流斷路器與交流中壓電網相連。如上所述的能饋式牽引變電所，優(yōu)選的是，還包括交流低壓開關柜，所述交流低壓開關柜內設有多個低壓交流斷路器，在所述多繞組變壓器的副邊繞組與所述每個大功率雙向變流器交流側之間分別串接一個低壓交流斷路器。[0015]如上所述的能饋式牽引變電所，優(yōu)選的是，還包括直流饋線開關柜，所述直流饋線開關柜內設有一個直流斷路器和一個直流隔離開關，所述直流隔離開關和直流斷路器分別串接在所述直流饋線開關柜的正、負極母線上，所述能饋式牽引供電柜直流側輸出與所述直流饋線開關柜輸入相連。如上所述的能饋式牽引變電所，優(yōu)選的是，還包括控制裝置，所述控制裝置包括數據輸入模塊，包括傳感器、數據調理電路和模數采集單元，所述傳感器用于采集能饋式牽引變電所中大功率雙向變流器的狀態(tài)參數，所述數據調理電路用于將采集到的狀態(tài)參數進行放大處理，所述模數采集單元用于將放大后的狀態(tài)參數進行模數轉換；數據處理模塊，用于對所述數據輸入模塊采集的狀態(tài)參數進行運算，完成相應控制算法，產生脈沖寬度調制脈沖；控制模塊，接收數據處理模塊輸出的脈沖寬度調制脈沖信號，再輸出到所述大功率雙向變流器，用于控制所述大功率雙向變流器的絕緣柵雙極型晶體管的通斷；比較模塊，用于將所述數據調理電路的輸出信號與設定的保護閾值進行比較，當超過設定的保護閾值時，輸出一個故障信號給所述控制模塊，所述控制模塊自動封鎖脈沖寬度調制脈沖信號的輸出。如上所述的能饋式牽引變電所，優(yōu)選的是，控制裝置的數據處理模塊為基于比例積分微分控制的雙閉環(huán)控制，且包括電流內環(huán)控制環(huán)節(jié)和電壓外環(huán)控制環(huán)節(jié)，所有的大功率雙向變流器共用電壓外環(huán)控制環(huán)節(jié)電路，每個大功率雙向變流器具有獨立的電流內環(huán)控制環(huán)節(jié)電路。本實用新型還提供了一種供電系統(tǒng)，包括本實用新型任意實施例所提供的能饋式牽引變電所，所述能饋式牽引變電所能饋式牽引供電柜的正極輸出與接觸網相連，能饋式牽引供電柜的負極輸出與鋼軌相連；監(jiān)控中心，所述監(jiān)控中心包括工控機和數據傳輸單元，所述數據傳輸單元用于通過有線或無線方式接收能饋式牽引變電所中大功率雙向變流器的狀態(tài)參數。本實用新型所提供的能饋式牽引變電所及供電系統(tǒng)，解決了再生制動能量的吸收問題，將制動能量轉化為電能并回饋電網，實現(xiàn)了再生能量循環(huán)使用，同時產生制動力矩，縮短制動時間；再生制動電阻的缺省減小了運輸車體的重量，提高了運輸效率；監(jiān)控中心能夠實時監(jiān)控牽引變電所的運行狀態(tài)，方便有效地、及時地進行牽引變電所的維護。

圖I為本實用新型實施例所提供牽引供電系統(tǒng)的示意圖；圖2為本實用新型實施例一提供的能饋式牽引變電所組成框圖；圖3為本實用新型實施例一中大功率雙向變流器主電路圖；圖4為本實用新型實施例一中大功率雙向變流器工作原理圖；圖5為本實用新型實施例二提供的大功率雙向變流器控制裝置組成框圖；圖6為本實用新型實施例三提供的大功率雙向變流器控制裝置的數據處理模塊框圖；圖7為本實用新型實施例四中監(jiān)控中心設備組成框圖。
具體實施方式
實施例一圖2所示為本實用新型實施例一所提供的能饋式牽引變電所組成框圖，能饋式牽引變電所應用在牽引供電系統(tǒng)中，是牽引供電系統(tǒng)的核心，對整個系統(tǒng)安全、高效、可靠運行，起著至關重要的作用。能饋式牽引變電所的直流輸出電源為牽引供電系統(tǒng)中車輛的行駛提供動力源，供電區(qū)間長，可以最大限度的減少能饋式牽引變電所的數量，節(jié)約投資。圖I所示為本實用新型實施例所提供的牽引供電系統(tǒng)的示意圖，其由N個能饋式牽引變電所101、監(jiān)控中心102、接觸網103和鋼軌104組成，監(jiān)控中心102分別與各能饋式牽引變電所101通信，從而來監(jiān)控各能饋式牽引變電所101的工作狀態(tài)，方便維護。能饋式牽引變電所101的交流側連接交流中壓電網100，以獲取電源，其直流側連接至接觸網103和鋼軌104，用于向接觸網103和鋼軌104之間運行的車輛105供電。
本實用新型所提供的能饋式牽引變電所101容量至少為lMw，且該能饋式牽引變電所101的交流進線電壓為10kv，在電力系統(tǒng)中，通?？蓪kv以下的電壓稱為低壓，Ikv以上的電壓稱為高壓，Ikw以下的功率成為小功率，Ikw以上的功率為大功率，所以本實用新型中優(yōu)選能適應高壓和大功率工作環(huán)境的器件。當然，實際應用中，也可以根據具體情況設置高低壓和大小功率的分界線。如圖2所示，本實施例中能饋式牽引變電所101包括整流變壓器柜2和能饋式牽引供電柜4。其中，整流變壓器柜2內設有一個多繞組變壓器，多繞組變壓器的原邊繞組與交流中壓電網100相連，該多繞組變壓器具有一個原邊繞組和多個副邊繞組，且多個副邊繞組采用相同的連接方式，對于多繞組變壓器原邊繞組和副邊繞組的連接可以有多種實現(xiàn)方式，例如，原邊繞組采用星形連接方式，各副邊繞組均采用三角形連接方式，，副邊繞組的三角形連接方式使得變壓器副邊繞組輸出電壓波形接近于正弦波，有利于進一步地整流。能饋式牽引供電柜4內設有N個大功率雙向變流器7，其中NS 2，多繞組變壓器副邊繞組分別與的一個大功率雙向變流器7交流側相連，N個大功率雙向變流器7直流側正極并聯(lián)后接到能饋式牽引供電柜4正極輸出，N個大功率雙向變流器7直流側負極并聯(lián)后接到能饋式牽引供電柜4負極輸出，因為多繞組變壓器各副邊繞組輸出電壓相同，使得N個大功率雙向變流器7交流側輸入電壓相同，從而實現(xiàn)N個大功率雙向變流器7直流側并聯(lián)輸出，用于向接觸網103和鋼軌104之間運行的車輛105(參見圖I)供電，提供動力源。N個大功率雙向變流器7在工作時互為備份，當其中一個或多個(最多N-I個)大功率雙向變流器7發(fā)生故障時，整個系統(tǒng)仍能夠繼續(xù)工作，保證供電的連續(xù)性和系統(tǒng)的可靠性。本實用新型所提供的能饋式牽引變電所101，由于能饋式牽引供電柜內采用了大功率雙向變流器，實現(xiàn)了電流的雙向變化，解決了再生制動能量的吸收問題，可以將制動能量轉化為電能并回饋電網，實現(xiàn)了再生能量循環(huán)使用，整個系統(tǒng)具有高效節(jié)能、安全可靠的顯著特點。為了保證能饋式牽引變電所101在實際工作過程中的安全性，且防止某個設備發(fā)生故障時，導致其它設備毀壞，需要在能饋式牽引變電所101中加入保護裝置，例如，斷路器，當發(fā)生故障時及時切斷電路，起到保護作用。為實現(xiàn)對整個系統(tǒng)電路的保護，可以在能饋式牽引變電所101與交流中壓電網之間設置交流高壓開關柜1，高壓開關柜I內設有一個高壓交流斷路器Qa。，整流變壓器柜2的多繞組變壓器原邊繞組通過高壓交流斷路器％。與交流中壓電網100相連，用于控制交流中壓電網100與能饋式牽引變電所101連接的通斷，當發(fā)生故障時切斷電路，起到保護作用；優(yōu)選的還可在整流變壓器柜2與能饋式牽引供電柜4之間設置一個低壓交流開關柜3，低壓交流開關柜3內設有N個低壓交流斷路器Q，其中，整流變壓器柜2變壓器副邊繞組與一個大功率雙向變流器7交流側之間分別串接一個低壓交流斷路器Q，低壓交流斷路器Q能夠在能饋式牽引供電柜4發(fā)生故障時，及時切斷主回路，起到保護作用。由于設備故障導致牽引供電系統(tǒng)不能正常運行，需要對故障設備進行維修，而且由于牽引供電系統(tǒng)通常運行在高壓、大功率的工作環(huán)境，也需要對牽引供電系統(tǒng)尤其是牽引變電所進行定期維護，而目前的維修、維護工作主要是通過人工方式，需要在維修前主動切斷主回路。切斷牽引變電所主回路的方式有很多種，例如，可以在能饋式牽引供電柜4的直流側與接觸網103和鋼軌104之間設置一個直流饋線開關柜5，直流饋線開關柜5內設有一個直流斷路器Qd。和一個直流隔離開關Qs，其中，直流斷路器Qd。和直流隔離開關Qs分別·串接在直流饋線開關柜5的正、負極母線上，能饋式牽引供電柜4中大功率雙向變流器7的直流側輸出與直流饋線開關柜5的輸入相連，直流隔離開關Qs用于在直流饋線開關柜5負母線上形成明顯分段點，便于系統(tǒng)維修，保證人身安全。直流斷路器Qd。控制直流饋線開關柜5正母線的通斷，起直流過載保護和短路保護，這里的直流斷路器Qd。也能實現(xiàn)對整個系統(tǒng)電路的保護。圖3所示為本實施例中能饋式變電柜中大功率雙向變流器的主電路圖，能饋式牽引供電柜4中功率器件的連接方式及選擇是實現(xiàn)能饋式牽引變電所101的關鍵，其運行狀態(tài)參數直接反應整個系統(tǒng)的性能。本實施例中能饋式牽引供電柜4內設有N個大功率雙向變流器7，N個大功率雙向變流器7分別與整流變壓器柜2多繞組變壓器的一個副邊繞組相連，N個大功率雙向變流器7直流側正極和負極分別并聯(lián)后，再分別連接到能饋式牽引供電柜4的正、負極輸出。其中，大功率雙向變流器7采用三相全橋結構，實現(xiàn)交流到直流的整流變換，具有直流輸出電壓穩(wěn)定可控的特點，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。其中，大功率雙向變流器7的功率器件6可以為絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,簡稱為“IGBT”)功率模塊，IGBT功率模塊驅動功率小，非常適合應用于交流電機、變頻器、牽引傳動等領域。N個大功率雙向變流器7交流側A相、B相、C相分別串接一個電感L，電感L在車輛牽引工況下起儲能作用，在車輛制動工況下起濾波作用；N個大功率雙向變流器7直流側分別并聯(lián)電容C，電容C起到儲能和濾波的作用。圖4所示為本實施例中大功率雙向變流器工作原理圖，如圖4所示，Uuv為整流變壓器柜2多繞組變壓器副邊繞組的U相電壓，即大功率雙向變流器7交流側A相輸入電壓，且固定不變，Uao為大功率雙向變流器7交流側A相電壓，ia為大功率雙向變流器7交流側A相電流，L為大功率雙向變流器7交流側A相電感，若Uuv > uao,則ia向右流動，即由交流中壓電網流向大功率雙向變流器；若Uuv < uao,則ia向左流動，即由大功率雙向變流器7流向交流中壓電網100，從而實現(xiàn)再生制動能量的吸收，并回饋電網。在車輛制動工況下，大功率雙向變流器7自動進入逆變能饋工況，由大功率雙向變流器7直流側吸收再生制動能量注入交流側，最終回饋電網。[0047]實施例二圖5所示為本實用新型實施例二所提供的大功率雙向變流器的控制裝置組成框圖?？刂蒲b置10用來控制大功率雙向變流器7功率器件的通斷，并控制大功率雙向變流器7直流側電壓Udc的輸出，保證系統(tǒng)工作在安全電壓，并使得Udc穩(wěn)定、可控。本實施例中控制裝置10包括數據輸入模塊101、數據處理模塊102、比較模塊103和控制模塊104，其中，數據輸入模塊101包括傳感器111、數據調理電路112和模數(Analog to Digital,簡稱為 “A/D”)采集單元 113。其中，傳感器111用于采集能饋式牽引變電所中大功率雙向變流器的狀態(tài)參數，數據調理電路102用于將采集到的狀態(tài)參數進行放大處理，模數采集單元113用于將放大后的狀態(tài)參數進行模數轉換；數據處理模塊102用于對數據輸入模塊101采集的狀態(tài)參數 進行運算，完成相應控制算法，產生脈沖寬度調制脈沖；控制模塊104用于接收數據處理模塊102輸出的脈沖寬度調制脈沖信號，并將脈沖信號放大再輸出到大功率雙向變流器，用于控制所述大功率雙向變流器的絕緣柵雙極型晶體管的通斷；比較模塊103用于將所述數據調理電路102放大處理后的輸出信號與設定的保護閾值進行比較，當超過設定的保護閾值時，輸出一個故障信號給所述控制模塊104,所述控制模塊104自動封鎖脈沖寬度調制脈沖信號的輸出。該控制裝置10的工作過程如下通過傳感器111采集能饋式牽引變電所能饋式牽引供電柜4中大功率雙向變流器7的狀態(tài)參數，結合圖3所示，所述狀態(tài)參數包括大功率雙向變流器7大功率雙向變流器7交流側A相輸入電壓uuv、B相輸入電壓uvw、C相輸入電壓Uuw、交流側A相電流ia、B相電流ib、C相電流i。和直流側電壓Udc ；數據調理電路112將傳感器111采集到的狀態(tài)參數進行放大處理，以滿足A/D采集單元113輸入信號的數值范圍要求；A/D采集單元113將放大后的狀態(tài)參數進行模數轉換，實現(xiàn)模擬信號到數字信號的轉換，以便于控制裝置10控制大功率雙向變流器7的運行狀態(tài)；數據處理模塊102接收數據輸入模塊101采集的大功率雙向變流器7狀態(tài)參數并進行運算，完成相應控制算法，輸出脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation，簡稱PWM)脈沖信號；控制模塊104接收數據處理模塊102輸出的PWM脈沖信號，將此脈沖信號的電平放大，將此放大后的PWM脈沖信號輸出給能饋式牽引變電所大功率雙向變流器7的功率器件6，作為能夠控制功率器件6通斷的驅動信號，從而實現(xiàn)交流到直流的整流。其中，控制模塊104優(yōu)選復雜可編程邏輯器件(Complex Programmable Logic Device,簡稱為CPLD)；比較模塊103將數據調理電路112放大處理后的輸出信號，即放大后的能饋式牽引供電柜4中大功率雙向變流器7的狀態(tài)參數，如大功率雙向變流器7的直流側電壓Ud。，與設定的保護閾值進行比較，當超過設定的保護閾值時，輸出一個故障信號給控制模塊104，控制模塊104收到故障信號后自動封鎖PWM脈沖信號的輸出，大功率雙向變流器7的功率器件6斷開，從而大功率雙向變流器7停止運行，防止設備的毀壞。實施例三圖6所示為本實用新型實施例三所提供的大功率雙向變流器控制裝置的數據處理模塊框圖。數據處理模塊102是控制裝置10的核心部分，實現(xiàn)對大功率雙向變流器7直流側輸出電壓Udc的控制，并輸出控制大功率雙向變流器7功率器件通斷的PWM脈沖。本實施例中數據處理模塊102優(yōu)選為基于比例積分微分(Proportion IntegralDifferential，簡稱為“PID”)控制的雙閉環(huán)控制電路，包括電流內環(huán)控制環(huán)節(jié)電路91和電壓外環(huán)控制環(huán)節(jié)電路90，所有的大功率雙向變流器共用電壓外環(huán)控制環(huán)節(jié)電路91，每個大功率雙向變流器具有獨立的電流內環(huán)控制環(huán)節(jié)電路90。PID控制電路的結構簡單，參數易于調整，且具有良好的魯棒性，使得牽引供電柜4的直流側輸出電壓Udc更加穩(wěn)定。電壓外環(huán)控制環(huán)節(jié)電路90對大功率雙向變流器7的直流側輸出電壓Udc進行PID閉環(huán)控制，以保證Ud。跟蹤外部輸入的直流電壓給定值U，；電流內環(huán)控制環(huán)節(jié)電路91實現(xiàn)對N個大功率雙向變流器7交流側電流在兩相旋轉坐標系中d軸總有功電流分量id和q軸總無功電流分量i,的閉環(huán)控制。其中，N個大功率雙向變流器7共用電壓外環(huán)控制環(huán)節(jié)電 路90，而每個大功率雙向變流器7則具有獨立的電流內環(huán)控制環(huán)節(jié)電路91。數據處理模塊102控制大功率雙向變流器7直流側輸出電壓Udc的具體工作過程如下I、在車輛牽引工況下，大功率雙向變流器7自動進入牽引整流工況，由交流側吸收能量注入直流側，經由電壓外環(huán)控制電路的調節(jié)作用保持直流網壓Ud。不變，其具體過程為在車輛牽引工況下，從大功率雙向變流器7的直流側吸收能量，導致支撐電容(即圖3中大功率雙向變流器7直流側電容C)放電，直流電壓降低Udc降低，從而電壓外環(huán)控制環(huán)節(jié)91的輸入量Ifdc-Udc大于零，進而PID控制器121正向積分，其輸出值i*d增加，繼而電流內環(huán)控制環(huán)節(jié)91的d軸電流PID控制器122的輸入量i*d_id大于零，最終d軸電流的PID 控制器 122 的輸出值 L*did/dt+Rid 增加，因為 V*d = esd+ω Liq-L*did/dt-Rid，繼而 V*d 減小，u^、ul和u*。。減小，最終控制id呈增加趨勢，其中esd為同步旋轉坐標系d坐標下的大功率雙向變流器7交流側輸入電壓，并通過鎖相環(huán)實現(xiàn)esd與大功率雙向變流器7交流側輸入電壓相位同步。由于id為有功電流，id的增加將給大功率雙向變流器直流側的支撐電容充電，繼而Udc增加，直到與給定值U*dc相等為止，從而實現(xiàn)了大功率雙向變流器7直流側電壓Udc的穩(wěn)定輸出。2、在車輛制動工況下，大功率雙向變流器7自動進入逆變能饋工況，由直流側吸收能量注入交流側，經由電壓外環(huán)控制環(huán)節(jié)電路的調節(jié)作用保持直流網壓Udc不變，其具體過程為在車輛制動工況下，向大功率雙向變流器的交流側注入能量，導致支撐電容(即圖3中大功率雙向變流器7直流側電容C)充電，直流電壓降低Udc升高，從而電壓外環(huán)控制環(huán)節(jié)電路的輸入量U'-Ud。小于零，進而PID控制器121反向積分，其輸出值i*d減小，繼而電流內環(huán)控制環(huán)節(jié)91的d軸電流PID控制器122的輸入量i*d_id小于零，最終d軸電流的PID 控制器 122 的輸出值 L*did/dt+Rid 降低，因為 V*d = esd+ω Liq-L*did/dt-Rid，繼而 V*d 增加，u^、ul和U*。。增加，最終控制id呈降低趨勢，其中esd為同步旋轉坐標系d坐標下的大功率雙向變流器7交流側輸入電壓，并通過鎖相環(huán)實現(xiàn)esd與大功率雙向變流器7交流側輸入電壓相位同步。由于id為有功電流，id的降低將給大功率雙向變流器7直流側的支撐電容放電，繼而ud。增加，直到與給定值U'相等為止，從而實現(xiàn)了大功率雙向變流器7直流側電壓Udc的穩(wěn)定輸出。數據處理模塊102輸出控制大功率雙向變流器7功率器件通斷的PWM脈沖的具體過程如下電壓外環(huán)控制環(huán)節(jié)電路90中PID控制器121的輸入值為U'-Ud。，其輸出值作為電流內環(huán)控制環(huán)節(jié)電路91的d軸電流給定值 Λ,電流內環(huán)控制環(huán)節(jié)電路91的q軸電流給定值1\恒為零，以保證大功率雙向變流器7的交流側功率因數為1，電流內環(huán)控制環(huán)節(jié)電路91 PID控制器122的輸出值V*d和PID控制器123的輸出值V*q經過坐標變換后生成大功率雙向變流器7交流閥側電壓(此處的交流閥側為大功率雙向變流器7交流側的A相、B相和C相電壓)的給定值u\。、u*b0和u*。。，u*ao, u*b0和u'輸入到脈沖發(fā)生器8，優(yōu)選為載波移相PWM脈沖發(fā)生器，生成控制大功率雙向變流器7的PWM脈沖信號，從而控制大功率雙向變流器 7 功率器件的通斷，其中 V*d = esd+WLiq-L*did/dt-Rid,V*q = esq+ω Lid-L*diq/dt-Riq,esd、esq分別為同步旋轉坐標系d、q坐標下的大功率雙向變流器7交流側輸入電壓，并通過鎖相環(huán)實現(xiàn)esd、esq與大功率雙向變流器7交流側輸入電壓相位同步?！嵤├膱D7所示為本發(fā)明實施例四提供的牽引供電系統(tǒng)監(jiān)控中心設備組成框圖，監(jiān)控中心102通過有線或無線方式監(jiān)控能饋式牽引變電所101運行狀態(tài)，方便能饋式牽引變電所101維修，預防重大事故的發(fā)生。如圖7所示，本實施例中能饋式牽引變電所101的監(jiān)控中心102由一臺工控機13和一個數據傳輸單元14組成，數據傳輸單元14通過有線或無線方式接收大功率雙向變流器7的狀態(tài)參數，工控機13與數據傳輸單元14可以通過RS232連接來實現(xiàn)兩者之間的通信。數據傳輸單元14優(yōu)選GPRS無線數據傳輸單元，GPRS無線數據傳輸單元14通過無線方式接收大功率雙向變流器7的狀態(tài)參數，實現(xiàn)永久在線隨時接收數據。在實際工作中，數據傳輸單元14通過有線或無線方式接收能饋式牽引變電所能饋式牽引變電柜4中大功率雙向變流器7的狀態(tài)參數，優(yōu)選通過無線方式接收能饋式牽引變電所能饋式牽引變電柜4中大功率雙向變流器7的狀態(tài)參數，并通過RS232接口傳送給工控機13，在工控機13上進行實時顯示和存儲，當某個能饋式牽引變電所設備發(fā)生故障時，工控機13會及時發(fā)出故障報警。實施例五本發(fā)明實施例五還提供了一種供電系統(tǒng)，包括本發(fā)明任意實施例所提供的能饋式牽引變電所，該能饋式牽引變電所能饋式牽引供電柜的正極輸出與接觸網相連，能饋式牽引供電柜的負極輸出與鋼軌相連；還包括一監(jiān)控中心，所述監(jiān)控中心包括工控機和數據傳輸單元，所述數據傳輸單元用于通過有線或無線方式接收所述能饋式牽引變電所中大功率雙向變流器的狀態(tài)參數。在牽引供電系統(tǒng)中，首先解決的就是牽引變電所的選址問題，其受到地形條件、車輛運行特性曲線、發(fā)車密度等因素的影響，其次是牽引變電所中各設備工作器件的型號選擇，其受到工作環(huán)境、是否易于維護等因素的影響，再次是牽引供電系統(tǒng)中其它設備的選擇問題，如接觸網，這對于整個系統(tǒng)的安全性、可靠性和是否高效節(jié)能起著關鍵作用。結合圖I所示，本實施例中牽引供電系統(tǒng)線路總長度為6公里，根據線路地形條件、車輛運行特性曲線和發(fā)車密度進行牽引計算，得出線路最大功率點為兩處，且這兩處位置具備建牽引變電所的基本條件，則將兩個牽引變電所建于這兩處。在最大功率點處修建能饋式牽引變電所，不僅能提高運力、節(jié)約能源，還能延長供電分區(qū)，減少能饋式牽引變電所數量，節(jié)約投資，具有高效節(jié)能的顯著特點。為實現(xiàn)本實施例中能饋式牽引變電所的設計，在器件型號的選擇上需滿足能饋式牽引變電所的工作環(huán)境，如電壓和功率，滿足該環(huán)境的器件有很多種，結合圖2所示，以下將具體說明本實施例能饋式牽引變電所101各器件的優(yōu)選方案本實施例中，牽引變電所設計容量為1麗，接觸網額定電壓為750V，牽引變電所的交流進線電壓為10kv。其中，能饋式牽引供電柜4由兩臺大功率雙向變流器7組成，大功率雙向變流器7 的額定輸入電壓為500V，直流額定輸出電壓為750V，額定功率為500kW ;大功率雙向變流器7功率器件選用2400A/1700V的IGBT功率模塊；大功率雙向變流器7交流側電感L取值優(yōu)選為350uH，直流側電容C優(yōu)選采用6800uH/400V的電解電容。相應地，整流變流器柜2多繞組變壓器為三繞組變壓器，優(yōu)選三繞組環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器，變壓器額定容量1250kVA，變比為10000V/500V/500V，額定工作頻率50Hz ;三繞組變壓器的結構為軸向分裂式，保證了副邊繞組變比不平衡度小于0.5%，阻抗不平衡度小于1% ;絕緣等級為F級或F級以上；絕緣水平為LI75AC35/LI0AC5 ;效率大于98%;空載電流小于O. 5%倍額定電流；噪音水平空載時< 55dB，額定負荷時< 60dB ;自帶溫控儀，實時監(jiān)控三繞組變壓器溫度，將溫度控制在預設值范圍內，當升到設定的超限報警溫度點時，啟動超限報警功能，如果三繞組變壓器溫度不能得到有效的控制，為了防止器件的毀壞還可以通過跳閘功能來停止器件繼續(xù)運行。相應地，交流高壓開關柜I高壓交流斷路器Qac優(yōu)選額定電壓為10kv，額定電流為72A ;低壓交流開關柜3低壓交流斷路器Q型號優(yōu)選均為NAI-2000/3，其額定電流為2000A ；安裝方式為抽屜式；額定極限短路分斷能力Icu :400V時80kA，690V時50kA ;額定運行短路分斷能力Ics 400V時50kA，690V時40kA ;額定短路時耐受電流lew 50kA/lsec ;保護裝置為智能脫扣器，具有長延時反時限、短延時反時限、短延時定時限、瞬動等性能。相應地，直流饋線開關柜5直流斷路器優(yōu)選型號為DS16-1500/800，額定工作電壓800V，額定工作電流1500A，極限分斷能力100kA，固有動作時間4ms ;本實施例中直流隔離開關優(yōu)選GWZ型電動隔離開關，額定電壓800V，額定電流1500A，額定短時耐受電流40kA，額定短路持續(xù)時間4s，泄漏電流小于O. 5mA。對于牽引變電系統(tǒng)中的其它設備，如工控機13，可以選用臺灣研華PPC-L126T，數據傳輸單元14，選用四川火狐無線科技有限公司的GPRS無線數據終端HF-200D，接觸網103采用銅質接觸線，線徑為200平方，電阻率88. 85m/km,距離軌道高度為3米，其中，接觸網距離軌道高度根據車輛高度和受電弓高度而定。最后應說明的是以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。
權利要求1.一種能饋式牽引變電所，其特征在于，包括 整流變壓器柜，所述整流變壓器柜內設有一個多繞組變壓器，所述多繞組變壓器具有一個原邊繞組和多個副邊繞組，且所述多個副邊繞組采用相同的連接方式，所述多繞組變壓器的原邊繞組與交流中壓電網相連； 能饋式牽引供電柜，所述能饋式牽引供電柜內設有多個大功率雙向變流器，所述多個大功率雙向變流器直流側正極并聯(lián)后接到能饋式牽引供電柜正極輸出，所述多個大功率雙向變流器直流側負極并聯(lián)后接到能饋式牽引供電柜負極輸出，所述多繞組變壓器的各副邊繞組分別與一個大功率雙向變流器交流側相連。
2.根據權利要求I所述的能饋式牽引變電所，其特征在于，所述大功率雙向變流器的功率器件為絕緣柵雙極型晶體管功率模塊，且所述大功率雙向變流器采用三相全橋結構。
3.根據權利要求I或2所述的能饋式牽引變電所，其特征在于，還包括交流高壓開關柜，所述交流高壓開關柜內設有一個高壓交流斷路器，所述變壓器的原邊繞組通過所述高壓交流斷路器與交流中壓電網相連。
4.根據權利要求I或2所述的能饋式牽引變電所，其特征在于，所述能饋式牽引變電所還包括交流低壓開關柜，所述交流低壓開關柜內設有多個低壓交流斷路器，在所述多繞組變壓器的副邊繞組與所述每個大功率雙向變流器交流側之間分別串接一個低壓交流斷路器。
5.根據權利要求I或2所述的能饋式牽引變電所，其特征在于，所述能饋式牽引變電所還包括直流饋線開關柜，所述直流饋線開關柜內設有一個直流斷路器和一個直流隔離開關，所述直流隔離開關和直流斷路器分別串接在所述直流饋線開關柜的正、負極母線上，所述能饋式牽引供電柜直流側輸出與所述直流饋線開關柜輸入相連。
6.根據權利要求I所述的能饋式牽引變電所，其特征在于，還包括控制裝置，所述控制裝置包括 數據輸入模塊，包括傳感器、數據調理電路和模數采集單元，所述傳感器用于采集能饋式牽引變電所中大功率雙向變流器的狀態(tài)參數，所述數據調理電路用于將采集到的狀態(tài)參數進行放大處理，所述模數采集單元用于將放大后的狀態(tài)參數進行模數轉換； 數據處理模塊，用于對所述數據輸入模塊采集的狀態(tài)參數進行運算，完成相應控制算法，產生脈沖寬度調制脈沖； 控制模塊，用于接收數據處理模塊輸出的脈沖寬度調制脈沖信號，并將所述脈沖信號放大再輸出到所述大功率雙向變流器，用于控制所述大功率雙向變流器的絕緣柵雙極型晶體管的通斷； 比較模塊，用于將所述數據調理電路放大處理后的輸出信號與設定的保護閾值進行比較，當超過設定的保護閾值時，輸出一個故障信號給所述控制模塊，所述控制模塊自動封鎖脈沖寬度調制脈沖信號的輸出。
7.根據權利要求6所述的能饋式牽引變電所，其特征在于 所述數據處理模塊為基于比例積分微分控制的雙閉環(huán)控制電路，且包括電流內環(huán)控制環(huán)節(jié)電路和電壓外環(huán)控制環(huán)節(jié)電路，所有的大功率雙向變流器共用電壓外環(huán)控制環(huán)節(jié)電路，每個大功率雙向變流器具有獨立的電流內環(huán)控制環(huán)節(jié)電路。
8.—種供電系統(tǒng),其特征在于,包括權利要求1-7任一所述的能饋式牽引變電所，所述能饋式牽引變電所能饋式牽引供電柜的正極輸出與接觸網相連，能饋式牽引供電柜的負極輸出與鋼軌相連； 監(jiān)控中心，所述監(jiān)控中心包括工控機和數據傳輸單元，所述數據傳輸單元用于通過有線或無線方式接收所述能饋式牽引變電所中大功率雙向變流 器的狀態(tài)參數。
專利摘要本實用新型提供了一種能饋式牽引變電所及供電系統(tǒng)，該能饋式牽引變電所包括整流變壓器柜，該整流變壓器柜內設有一個多繞組變壓器，該多繞組變壓器具有一個原邊繞組和多個副邊繞組，且多個副邊繞組采用相同的連接方式；能饋式牽引供電柜，該能饋式牽引供電柜內設有多個大功率雙向變流器；多繞組變壓器的副邊繞組分別與一個大功率雙向變流器交流側相連。該能饋式牽引變電所及供電系統(tǒng)，解決了再生制動能量的吸收問題，將制動能量轉化為電能并回饋電網，實現(xiàn)了再生能量循環(huán)使用；再生制動電阻的缺省減小了運輸車體的重量，提高了運輸效率；供電系統(tǒng)的監(jiān)控中心能夠實時監(jiān)控牽引變電所的運行狀態(tài)，方便有效地、及時地進行牽引變電所的維護。
文檔編號H02J3/38GK202633964SQ20122014287
公開日2012年12月26日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權日2012年4月6日
發(fā)明者劉志剛, 王磊, 刁利軍, 牟富強, 張鋼, 林文立, 全恒立, 宋永豐, 孫濤 申請人:北京千駟馭電氣有限公司, 北京交通大學