能量自循環的接觸網融冰系統的制作方法

本發明涉及軌道交通領域，尤其涉及一種能量自循環的接觸網融冰系統。

背景技術：

接觸網是城市軌道交通牽引供電系統的重要組成部分，它是沿著鋼軌上方懸掛的為列車提供電能的輸電線路。接觸網覆冰是指水滴遇到冷空氣后凝結在接觸線上，造成大面積接觸線被冰包住的現象。

目前常用的軌道交通接觸網融冰方法包括：人工除冰法、接觸網熱滑和化學藥劑方法，這些方法耗時費力，且融冰效果差。為此，現有相關技術中，還采用了內置電阻絲加熱除冰的方法以及另行外置融冰裝置進行熱力融冰的方法。

此類方式下，需要在接觸網上另行配置電阻絲或融冰裝置，用于單獨提供熱力，為滿足所有可能覆冰區段的融冰需求，所配置的電阻絲或融冰裝置將覆蓋直流接觸網的所有區段，成本較高。

技術實現要素：

本發明提供一種接觸網融冰系統，以解決成本較高的問題。

根據本發明的第一方面，提供了一種能量自循環的接觸網融冰系統，包括n組變電機構，每組所述變電機構包括整流機組和能饋裝置，n為大于等于1的任意整數；所述整流機組的兩側分別連接至中壓環網與直流接觸網，所述能饋裝置的兩側分別連接至中壓環網與直流接觸網；

在第一狀態下，其中一個變電機構的整流機組、直流接觸網的待融冰區段、另一個變電機構的能饋裝置，以及中壓環網的對應區段形成能量循環，且所述待融冰區段的電流不小于臨界融冰電流值。

可選的，所述直流接觸網的待融冰區段包括上行線路的待融冰區段和/或下行線路的待融冰區段。

可選的，所述整流機組的第一側連接至所述中壓環網，所述整流機組的第二側通過第一開關連接直流接觸網的上行線路，所述整流機組的第二側還通過第二開關連接直流接觸網的下行線路；

所述能饋裝置的第一側連接至所述中壓環網，所述能饋裝置的第二側通過第一開關連接所述上行線路，所述能饋裝置的第二側通過第二開關連接所述下行線路。

可選的，在第二狀態下，所述整流機組還用于將所述中壓環網的交流電降壓并轉化成直流電，并為直流接觸網的上行線路或下行線路供應工作直流電源。

可選的，在第三狀態下，所述能饋裝置還用于將直流接觸網的上行線路或下行線路的制動產生的直流電轉化為交流電，并傳送至所述中壓環網。

可選的，所述能饋裝置包括逆變器、控制器和空間矢量脈寬調制svpwm調制模塊；

所述控制器用于在第一狀態下，根據所述臨界融冰電流值獲得驅動信號，并向所述svpwm調制模塊發送所述驅動信號；

所述svpwm調制模塊用于在第一狀態下，根據所述驅動信號調節所述逆變器的輸出功率。

可選的，所述控制器具體用于根據d軸電流環對電流的d軸分量進行閉環控制，從而輸出d軸控制電壓；通過q軸電流環對電流的q軸分量進行閉環控制，從而輸出q軸控制電壓；

所述svpwm調制模塊具體用于根據所述d軸控制電壓和q軸控制電壓調節所述逆變器的輸出功率。

可選的，所述逆變器包括三相逆變橋，所述svpwm調制模塊具體用于發送驅動信號至所述三相逆變橋的開關功率器件，以通過所述功率開關器件的通斷調節所述逆變器的輸出功率。

可選的，所述逆變器還包括三個三相電感，分別連接于所述三相逆變橋的三個輸出端。

可選的，每個變電所內設有一個所述變電機構。

本發明提供的接觸網融冰系統通過其中一個變電機構的整流機組、直流接觸網的待融冰區段、另一個變電機構的能饋裝置，以及中壓環網的對應區段形成能量循環，為融冰提供了能量，該方案利用接觸網本身進行融冰，無需另行配置覆蓋直流接觸網所有區段的電阻絲或融冰裝置，降低了成本。而且，還實現了待融冰區段的針對性融冰，可以有效節約能耗，提高融冰效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明一接觸網融冰系統的構造示意圖；

圖2是本發明一能饋裝置的構造示意圖；

圖3是本發明一接觸網融冰系統的能量循環示意圖；

圖4是本發明一逆變器的構造示意圖。

附圖標記說明：

1-中壓環網；

2-直流接觸網；21-上行線路；22-下行線路；

3-變電所；

4-整流機組；

5-能饋裝置；51-控制器；52-svpwm調制模塊；53-逆變器；531-三相逆變橋；532-三相電感；

6-第二開關；

7-第一開關；

8、9-待融冰區段；

10-能量循環。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于區別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這里描述的本發明的實施例例如能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。

下面以具體地實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。下面這幾個具體的實施例可以相互結合，對于相同或相似的概念或過程可能在某些實施例不再贅述。

圖1是本發明一接觸網融冰系統的構造示意圖；圖3是本發明一接觸網融冰系統的能量循環示意圖；請參考圖1和圖3，本實施例提供了一種能量自循環的接觸網融冰系統，包括n組變電機構，每組所述變電機構包括整流機組4和能饋裝置5，n為大于等于1的任意整數；所述整流機組4的兩側分別連接至中壓環網1與直流接觸網2，所述能饋裝置5的兩側分別連接至中壓環網1與直流接觸網2；其中一種實施方式中，每個變電所3內設有一個所述變電機構；

在第一狀態下，其中一個變電機構的整流機組4、直流接觸網2的待融冰區段、另一個變電機構的能饋裝置5，以及中壓環網1的對應區段形成能量循環10，且所述待融冰區段的電流不小于臨界融冰電流值。電流達到臨界融冰電流值，可以產生焦耳熱量，達到融冰目的。其中，臨界融冰電流可以理解為能夠實現融冰的最小電流，因此實際融冰電流必須大于臨界融冰電流。

待融冰區段，可理解為具有覆冰需要被融化的區段。對于所述區段，可以理解為：每個區段的兩端分別連接一個變電機構，相鄰的變電機構之間可以劃分為一個區段，相隔一個或多個變電機構的兩個變電機構之間，也可以劃分為一個區段，區段的劃分旨在確定所述待融冰區段。在所有區段中，具有覆冰需要被融化的區段，均可理解為待融冰區段，覆冰的部位可以只是待融冰區段中的部分，也可以為全部。其中，待融冰區段對應的變電機構，指的是待融冰區段兩端所連接的變電機構；中壓環網1的對應區段指的是待融冰區段兩端所連接的變電機構之間的中壓環網1的區段。

形成能量循環10，指的是電流可以在其中一個變電機構的整流機組4、直流接觸網2的待融冰區段、另一個變電機構的能饋裝置5，以及中壓環網1的對應區段之間流轉循環，其為在融冰狀態下的工作原理，而非接觸網的供電狀態。所述的第一狀態可以理解為其中一種融冰狀態。

對于相同的覆冰厚度和環境條件，所需融冰時間與融冰電流的大小成反比。即融冰電流越大，所需融冰時間越短，融冰效率越高。

該方案利用接觸網本身進行融冰，無需另行配置覆蓋直流接觸網2所有區段的電阻絲或融冰裝置，降低了成本。而且，還實現了待融冰區段的針對性融冰，可以有效節約能耗，提高融冰效率。同時，由于無需額外增加硬件設備，其實現簡單，融冰效率高，適用的場景相對也較廣闊。

其中一種實施方式中，請參考圖3，所述直流接觸網2的待融冰區段包括上行線路21的待融冰區段8和/或下行線路22的待融冰區段9。由于軌道線路分為上行線和下行線，因此對應的直流接觸網2也包括上行線路21和下行線路22，分別為上行和下行的列車提供電力。

請參考圖1，并結合圖3，所述整流機組4的第一側連接至所述中壓環網1，所述整流機組4的第二側通過第一開關7連接直流接觸網2的上行線路21，所述整流機組4的第二側還通過第二開關6連接直流接觸網2的下行線路22；所述能饋裝置5的第一側連接至所述中壓環網1，所述能饋裝置5的第二側通過第一開關7連接所述上行線路21，所述能饋裝置5的第二側通過第二開關6連接所述下行線路22。具體的實施方式中，上行線路21通過斷路器第一開關7與變電所3內正母線連接，下行線路22通過第二開關6與變電所3內負母線連接，第一開關7與第二開關6可以為斷路器。該方案下，可以分別針對上行線路21和下行線路22進行融冰，使得融冰的過程更具有針對性，可以更有效節約能耗，提高融冰效率。

如果上行線路21與下行線路22都發生覆冰，可以選擇對上行線路21與下行線路22輪流進行融冰，也可以同時進行融冰兩個變電所3的第一開關7與第二開關6均閉合，區別在于輪流融冰的方案花費時間長，但是所需總融冰電流較小；同時融冰的方案節省時間，但是要求的總融冰電流較大。

圖2是本發明一能饋裝置的構造示意圖；請參考圖2，所述能饋裝置5包括逆變器53、控制器51和空間矢量脈寬調制svpwm調制模塊52；

所述控制器51用于根據所述臨界融冰電流值獲得驅動信號，并向所述vpwm調制模塊52發送所述驅動信號；在其中一種實施方式中，所述控制器51具體用于根據d軸電流環對電流的d軸分量進行閉環控制，從而輸出d軸控制電壓；通過q軸電流環對電流的q軸分量進行閉環控制，從而輸出q軸控制電壓。可見，在融冰模式下，能饋裝置5采用一種直接電流環控制模式，以實現能饋裝置5容量范圍內融冰電流大小的任意可控。

所述svpwm調制模塊52用于根據所述驅動信號調節所述逆變器53的輸出功率；在其中一種實施方式中，所述svpwm調制模塊52具體用于根據所述d軸控制電壓和q軸控制電壓調節所述逆變器53的輸出功率。其可以采用基于同步旋轉坐標系的電流閉環控制模式，如圖2所示，根據所述臨界融冰電流值的大小，控制d軸電流環給定值id*，即可實現對能饋裝置5逆變輸出電流大小的控制，使得能饋裝置5體現出可控逆變電流源特性。其中，能饋裝置5逆變運行對應的id*符號為負，且絕對值越大，逆變功率也越大。

請參考圖3，并結合圖1和圖2，在具體控制過程中，以上行線路21的融冰為例，包括：

閉合第一開關7，選擇一個變電所3的整流機組4與另一個變電所3的能饋裝置5，以及中壓環網1和直流接觸網2，構建一個能量循環通路，如圖3中虛線及箭頭方向所示。

其次，將所述另一個變電所3中的能饋裝置5切換到融冰工作模式下，此時該能饋裝置5采用基于同步旋轉坐標系的電流閉環控制模式，如圖2所示。根據所需融冰電流的大小，控制d軸電流環給定值id*，進而控制該能饋裝置5逆變電流(功率)。id*符號為負，且絕對值越大，逆變功率也越大，對應的接觸網融冰電流越大。

最后，觀察或監測接觸網覆冰融化情況，待覆冰完全融化后，關閉變電所3中能饋裝置5，并退出融冰模式，并斷開第一開關7。

請參考圖4，所述逆變器53包括三相逆變橋531，所述svpwm調制模塊52具體用于發送驅動信號至所述三相逆變橋531的開關功率器件，以通過所述功率開關器件的通斷調節所述逆變器53的輸出功率。其中，所述逆變器53還包括三個三相電感532，分別連接于所述三相逆變橋531的三個輸出端。通過脈寬調制技術控制三相逆變橋531輸出電壓的大小和相位，控制交流電流的大小和相位，進而控制逆變器53傳輸功率大小。

其中一種實施方式中，所述能饋裝置5還包括變壓器，所述變壓器用于將中壓環網1的35kv交流電變換為一個較低的電壓，實現與大功率的逆變器53的交流電壓的匹配。

其中一種實施方式中，中壓環網1可用于連接各變電所3內的整流機組和能饋裝置5，并完成交流側能量的傳輸和分配。

其中一種實施方式中，整流機組4可以用于實現交流到直流的能量變換，為列車提供所需的750v或1500v直流電源。整流機組4可以包括移相變壓器和二極管整流器，可采用12脈波或24脈沖整流方式。能量只能單向傳輸，輸出直流電壓不可控，會隨著負載的增大而降低。在第二狀態下，所述整流機組4還用于將所述中壓環網1的交流電降壓并轉化成直流電，并為直流接觸網2的上行線路21或下行線路22供應工作直流電源。

其中一種實施方式中，大功率的逆變器53是能饋裝置5的核心，是在脈寬調制技術的基礎上發展而來的一種功率變換裝置。在第三狀態下，能饋裝置5還用于將直流接觸網2的上行線路21或下行線路22的制動產生的直流電轉化為交流電，并傳送至所述中壓環網1。該方案可以對制動產生的電能進行反饋利用，從而實現一機多用，提高利用率。

整流機組4可用于實現交流到直流的能量變換，為列車提供所需的750v或1500v直流電源；能饋裝置5可用于實現列車再生制動能量的回饋再利用，節約能源。直流接觸網2可用于為列車傳輸所需的能量，作為能量輸送通道。

在具體應用的過程中，在容易發生接觸網覆冰的季節，在每天早上第一列車上線運行之前，應提前投入整流機組和能饋裝置5，對接觸網覆冰區段進行融冰。確保在列車正式運營之前，接觸網覆冰已經完全消除，從而保證列車的正常運行。

此外，本實施例所示的方法，對應地可用于實施圖1所示裝置實施例的技術方案，其實現原理、技術效果以及術語的含義類似，此處不再贅述。

本領域普通技術人員可以理解：實現上述各方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬件來完成。前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中。該程序在執行時，執行包括上述各方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括：rom、ram、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，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明各實施例技術方案的范圍。