一種地鐵牽引供電系統(tǒng)及方法與流程

本發(fā)明涉及地鐵牽引供電
技術(shù)領(lǐng)域：
，更為具體來說，本發(fā)明為一種地鐵牽引供電系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)的地鐵牽引供電主要有以下兩種方式。第一種，電源由中壓網(wǎng)絡(luò)10kv/35kv引入后，經(jīng)過2套12脈波整流機(jī)組并聯(lián)、接入接觸網(wǎng)后為地鐵車輛供電，其中每套整流機(jī)組的容量為2mw，此方式簡單可靠，但是這種供電方式粗放、占地面積大、能源浪費(fèi)、供電裝置利用率不高。第二種，在原有配備的2套容量2mw的12脈波整流機(jī)組的基礎(chǔ)上，加裝一套2wm中壓能饋裝置，在地鐵車輛電制動(dòng)停車時(shí)，將多余電能通過能饋裝置返回給中壓電網(wǎng)，節(jié)省電能，同時(shí)，可節(jié)省車載制動(dòng)電阻和地面制動(dòng)電阻，降低設(shè)備成本和安裝空間，減少噪聲污染。但是這種供電方式的缺點(diǎn)是原有2套12脈波整流機(jī)組仍然占用較大面積、供電裝置利用率不高。有人想對中壓能饋裝置擴(kuò)容，但是，受到基礎(chǔ)元件技術(shù)瓶頸的限制，無法滿足實(shí)際使用需求或設(shè)備成本過高導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益不佳。因此，獲得一種占地面積小、能源利用率高的地鐵牽引供電方法或者裝置成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題和研究的重點(diǎn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決現(xiàn)有的地鐵牽引供電方法存在的諸多問題，本發(fā)明公開了一種地鐵牽引供電系統(tǒng)及方法，省去了整流機(jī)組，僅通過中壓能饋裝置和儲能裝置為地鐵供電，從而達(dá)到減小供電系統(tǒng)占地面積、提高能源利用率等目的。為實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)目的，本發(fā)明公開了一種地鐵牽引供電系統(tǒng)，該供電系統(tǒng)包括中壓能饋裝置、dc-dc變換器、儲能裝置；所述中壓能饋裝置一端連接交流電網(wǎng)、另一端具有正極和負(fù)極，所述正極與接觸網(wǎng)連接，所述負(fù)極與鋼軌連接；所述dc-dc變換器分別與儲能裝置、接觸網(wǎng)、鋼軌連接，所述dc-dc變換器內(nèi)部具有控制器。本發(fā)明中的中壓能饋裝置具有供電功能，通過儲能裝置，突破了中壓能饋裝置擴(kuò)容受到技術(shù)瓶頸的限制，解決了目前單一設(shè)備功能不足、單一設(shè)備容量不能滿足要求等問題。進(jìn)一步地，該供電系統(tǒng)還包括與所述控制器連接的電流傳感器，所述電流傳感器串聯(lián)于地鐵牽引供電系統(tǒng)形成的供電回路中。進(jìn)一步地，所述儲能裝置為超級電容或其他存儲電能的裝置。本發(fā)明可以是一種基于超級電容的地鐵牽引供電裝置,該裝置與雙向供電模塊匹配設(shè)計(jì),即該裝置與dc/dc變換器匹配設(shè)計(jì)，可以替代現(xiàn)有的供電裝置,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,提高供電裝置利用率。進(jìn)一步地，所述中壓能饋裝置包括依次串聯(lián)的斷路器、能饋?zhàn)儔浩?、四象限變流器，所述斷路器連接交流電網(wǎng)，所述四象限變流器具有正極和負(fù)極，所述正極與接觸網(wǎng)之間依次串聯(lián)正極隔離柜、直流開關(guān)柜，所述負(fù)極與鋼軌之間串聯(lián)負(fù)極隔離柜。本發(fā)明還公開了一種地鐵牽引供電方法，該供電方法包括如下步驟，步驟1，利用中壓能饋裝置為地鐵供電；步驟2，監(jiān)控地鐵車輛供電需求狀態(tài)；步驟3，如果中壓能饋裝置無法滿足供電需求，則啟動(dòng)儲能裝置，使中壓能饋裝置和儲能裝置同時(shí)為地鐵供電。本發(fā)明利用中壓能饋裝置、儲能裝置為地鐵車輛供電，以滿足地鐵在不同時(shí)段的運(yùn)行需求，節(jié)省了傳統(tǒng)的整流機(jī)組，減小了牽引供電系統(tǒng)的占地面積，而且儲能裝置僅在系統(tǒng)需要的時(shí)間段進(jìn)行工作。進(jìn)一步地，步驟2中，通過檢測供電回路中的電流值的方式監(jiān)控地鐵車輛供電需求狀態(tài)；步驟3中，當(dāng)供電回路中的電流值超過閾值時(shí)，說明中壓能饋裝置無法滿足供電需求，則啟動(dòng)儲能裝置。進(jìn)一步地，步驟2中，通過讀取機(jī)車啟動(dòng)信號或計(jì)軸設(shè)備檢測信號的方式監(jiān)控地鐵車輛供電需求狀態(tài)。進(jìn)一步地，該供電方法還包括如下步驟，步驟4，當(dāng)無車通過或中壓能饋裝置滿足供電需求，且儲能裝置電量未充足時(shí)，利用接觸網(wǎng)為儲能裝置充電。進(jìn)一步地，步驟3中，利用超級電容作為儲能裝置。進(jìn)一步地，步驟2中，通過電流傳感器檢測供電回路中的電流值；將電流傳感器安裝于中壓能饋裝置的負(fù)極回流側(cè)或正極輸出側(cè)。本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供了一種高效、可靠、智能化的供電系統(tǒng)和方法，能夠有效地減小供電系統(tǒng)的占地面積、提高能源的利用率，而且，本發(fā)明方案易實(shí)施，便于推廣使用。附圖說明圖1為地鐵牽引供電系統(tǒng)組成示意圖。圖2為中壓能饋裝置結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖3為實(shí)施例一中地鐵牽引供電流程示意圖。圖中，1、交流電網(wǎng)；2、中壓能饋裝置；20、斷路器；21、能饋?zhàn)儔浩鳎?2、四象限變流器；23、正極隔離柜；24、直流開關(guān)柜；25、負(fù)極隔離柜；3、dc-dc變換器；4、儲能裝置；5、電流傳感器；6、接觸網(wǎng)；7、鋼軌。具體實(shí)施方式下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的解釋和說明。實(shí)施例一：如圖1所示，本發(fā)明公開了一種地鐵牽引供電系統(tǒng)，該供電系統(tǒng)包括中壓能饋裝置2、dc-dc變換器3、儲能裝置4；中壓能饋裝置2一端連接交流電網(wǎng)1，中壓能饋裝置2另一端具有正極和負(fù)極，正極與接觸網(wǎng)6連接，負(fù)極與鋼軌7連接，以實(shí)現(xiàn)為地鐵供電；dc-dc變換器3分別與儲能裝置4、接觸網(wǎng)6、鋼軌7連接，dc-dc變換器3內(nèi)部具有控制器，通過控制器獲取當(dāng)前供電需求情況，并判斷是否利用儲能裝置為地鐵運(yùn)行供電。本實(shí)施例中，該供電系統(tǒng)還包括與控制器連接的電流傳感器5，電流傳感器5串聯(lián)于地鐵牽引供電系統(tǒng)形成的供電回路中，具體地，電流傳感器安裝于中壓能饋裝置的負(fù)極回流側(cè)或正極輸出側(cè)，通過電流傳感器5得到供電回路中的電流值，并通過控制器判斷該電流值是否超過閾值，儲能裝置4可為超級電容或其他存儲電能的裝置，如果檢測的電流值超過閾值，則利用超級電容為地鐵運(yùn)行供電。更為具體地，中壓能饋裝置2包括依次串聯(lián)的斷路器20、能饋?zhàn)儔浩?1、四象限變流器22，斷路器20連接交流電網(wǎng)1，四象限變流器22具有正極和負(fù)極，正極與接觸網(wǎng)6之間依次串聯(lián)正極隔離柜23、直流開關(guān)柜24，負(fù)極與鋼軌7之間串聯(lián)負(fù)極隔離柜25。如圖2、3、1所示，本發(fā)明還公開了一種地鐵牽引供電方法，該供電方法包括如下步驟，步驟1，利用中壓能饋裝置2為地鐵供電，列車啟動(dòng)；使中壓能饋裝置2既具有傳統(tǒng)的電能回收功能，又具有供電功能。步驟2，監(jiān)控地鐵車輛供電需求狀態(tài)；本實(shí)施例中，通過檢測供電回路中的電流值的方式監(jiān)控地鐵車輛供電需求狀態(tài)；可通過電流傳感器5檢測中壓能饋裝置2供電回路中的電流值；如圖1所示，可將電流傳感器安裝于中壓能饋裝置的負(fù)極回流側(cè)或正極輸出側(cè)。步驟3，如果中壓能饋裝置2無法滿足供電需求，則啟動(dòng)儲能裝置4，使中壓能饋裝置2和儲能裝置4同時(shí)為地鐵供電。本實(shí)施例中，當(dāng)供電回路中的電流值超過閾值時(shí)，說明中壓能饋裝置2無法滿足供電需求，則啟動(dòng)儲能裝置4。本實(shí)施例中，利用超級電容作為儲能裝置4，電流傳感器5將檢測的電流值發(fā)送至dc-dc變換器3,dc-dc變換器3內(nèi)部的控制器將檢測到的電流值與閾值進(jìn)行對比，如果檢測到的電流值超過閾值，則啟動(dòng)超級電容，將超級電容中的電能輸送至直流網(wǎng)絡(luò)，直至供電回路中的電流值不大于閾值。對于閾值大小，本發(fā)明可為供電容量達(dá)到能饋裝置供電容量80％時(shí)供電回路的電流值。步驟4，當(dāng)無車通過或中壓能饋裝置2滿足供電需求，且儲能裝置4電量未充足時(shí)，利用與交流電網(wǎng)1連接的接觸網(wǎng)6為儲能裝置4充電。實(shí)施例二：本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，其區(qū)別在于：步驟2中，本實(shí)施例中，采用其他的方式監(jiān)控地鐵車輛供電需求狀態(tài)，通過讀取機(jī)車啟動(dòng)信號或計(jì)軸設(shè)備檢測信號的方式監(jiān)控地鐵車輛供電需求狀態(tài)，從而得知地鐵運(yùn)行需要較大的電流。在本發(fā)明的技術(shù)啟示下，可選擇多種方式監(jiān)控地鐵車輛供電需求狀態(tài)。需要說明的是，根據(jù)gb50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》第15.2.9規(guī)定，牽引供電系統(tǒng)要連續(xù)滿足100％額定電流、2小時(shí)供電150％額定電流、1分鐘供電300％額定電流，具體下表所示。相對于傳統(tǒng)兩組12脈波整流機(jī)組每組設(shè)計(jì)容量2mw，按2小時(shí)150％額定電流計(jì)算，(2+2)*150％＝6mw,因此，本發(fā)明中壓能饋裝置2設(shè)計(jì)容量6mw,可滿足150％額定電流2小時(shí)供電需求。負(fù)荷100％額定電流150％額定電流300％額定電流持續(xù)時(shí)間連續(xù)2h1min如上表所示，如果要滿足供電1分鐘300％額定電流需要，中壓能饋裝置2需按容量12mw配置，目前受底層基礎(chǔ)元件或者成本影響，單機(jī)設(shè)計(jì)容量12mw有困難，而且為滿足短時(shí)供電，如1分鐘供電300％額定電流，而增加供電裝置的供電能力會(huì)造成嚴(yán)重容量浪費(fèi)，供電裝置利用率不高。為解決這個(gè)問題，本發(fā)明采用上述的儲能裝置4與中壓能饋裝置2共同為地鐵供電。本發(fā)明中，超級電容儲能裝置4供電能力滿足6000kw/1500v＝4000a,供電時(shí)間1分鐘，充分利用超級電容儲能大、放電速度快的優(yōu)點(diǎn),僅僅作為短時(shí)供電使用,節(jié)省設(shè)備投資大、產(chǎn)品占地面積大的問題。當(dāng)超級電容不供電時(shí)由變換器內(nèi)部igbt開關(guān)器件或其他可控半導(dǎo)體器件調(diào)節(jié)占空比控制吸收功率從直流電網(wǎng)為其充電。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“本實(shí)施例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明實(shí)質(zhì)內(nèi)容上所作的任何修改、等同替換和簡單改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12