基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，有兩個以上的牽引變電站，每一個牽引變電站都設(shè)置有一個以上的連接在交流母線上的變壓器，變壓器的輸出側(cè)對應(yīng)連接一個整流器，所有整流器的輸出側(cè)均連接在所位于的牽引變電站的直流母線上，直流母線的正負(fù)極分別對應(yīng)連接接觸網(wǎng)和鋼軌，電力機車的正負(fù)極分別對應(yīng)連接接觸網(wǎng)和鋼軌，相鄰的每一個牽引變電站的接觸網(wǎng)上都接有一個分區(qū)所，分區(qū)所的兩端還分別連接所對應(yīng)的直流母線的正極，在相鄰的兩個牽引變電站之間的直流母線上設(shè)置有電動汽車充放電系統(tǒng)，電動汽車充放電系統(tǒng)與相鄰的兩個牽引變電站的直流母線相連，從而在一個供電分區(qū)內(nèi)形成直流環(huán)形微電網(wǎng)。本發(fā)明可以提高直流牽引供電系統(tǒng)的可靠性。
【專利說明】基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直流牽引供電系統(tǒng)。特別是涉及一種將換電為主的電動汽車充放電系統(tǒng)與直流牽引供電系統(tǒng)相結(jié)合的基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟和城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，能源危機、環(huán)境污染和交通擁堵已成為當(dāng)今世界所面臨的嚴(yán)重問題。城市電氣化交通車輛(地鐵、有軌電車和無軌電車)和電動汽車可以緩解城市日益嚴(yán)重的交通擁堵，降低有限的化石燃料的消耗，減少空氣污染，實現(xiàn)節(jié)能減排和城市的可持續(xù)發(fā)展，是未來城市大力發(fā)展的主要交通工具。
[0003]電動汽車的發(fā)展需要相對應(yīng)的充電系統(tǒng)，常用的充電模式有常規(guī)充電、快速充電和動力電池組快速更換系統(tǒng)(簡稱換電)三種。對于城市公共交通電動車輛，換電是一種很好的充電模式。電動汽車充電系統(tǒng)不僅需要巨大的建設(shè)成本，而且會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生許多不良影響。同時，電動汽車動力電池也是一個容量巨大的儲能設(shè)備。
[0004]傳統(tǒng)的直流牽引供電系統(tǒng)通常采用二極管整流器供電，牽引變電站向接觸網(wǎng)供電的方式有單邊供電和雙邊供電。我國國標(biāo)規(guī)定的直流供電的電壓等級有750V和1500V兩種。電力機車的制動能量通常消耗在制動電阻上，這不僅造成了能量的浪費，而且還會導(dǎo)致隧道溫度的升高，增加溫控系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，進(jìn)一步導(dǎo)致能源的浪費。電力機車制動能量的回收利用是牽引供電系統(tǒng)未來發(fā)展的方向。
[0005]如圖1所示，現(xiàn)有的直流牽引供電系統(tǒng)包括有:一個或兩個以上的用于向電力機車2提供直流電能的牽引變電站1，該牽引變電站I是采用傳統(tǒng)的二極管整流直流牽引供電系統(tǒng)。每一個牽引變電站I都是由變壓器11、整流器12、直流母線13、接觸網(wǎng)14、鋼軌15和分區(qū)所16構(gòu)成。其中，變壓器11可以是雙繞組變壓器、三繞組變壓器或原邊采用延邊三角形連接的移相±7.5°的三繞組變壓器。整流器12可以是六脈波整流器、12脈波整流器或24脈波整流器。
[0006]但是，現(xiàn)有的直流牽引供電系統(tǒng)，在電力機車運行低谷和停運期間，交流側(cè)主變電站的功率因數(shù)很低，需要采取無功補償措施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，能夠減小現(xiàn)有直流牽引供電系統(tǒng)直流電壓的波動范圍，實現(xiàn)電力機車制動能量的回收利用，提高直流牽引供電系統(tǒng)低負(fù)荷和空載時交流側(cè)主變電站的功率因數(shù)，提高直流牽引供電系統(tǒng)的可靠性，減少電動汽車充電系統(tǒng)的建設(shè)成本；對供電系統(tǒng)具有“削峰填谷”的作用，可以提高整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性。
[0008]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，包括有兩個以上的用于向電力機車提供直流電能的牽引變電站，每一個牽引變電站都設(shè)置有一個以上的連接在交流母線上的變壓器，每一個變壓器的輸出側(cè)對應(yīng)連接一個整流器，所有整流器的輸出側(cè)均連接在所位于的牽引變電站的直流母線上，所述的直流母線的正負(fù)極分別對應(yīng)連接接觸網(wǎng)和鋼軌，所述的電力機車的正負(fù)極分別對應(yīng)連接接觸網(wǎng)和鋼軌，每一個牽引變電站的接觸網(wǎng)上都接有一個分區(qū)所，所述分區(qū)所的兩端還分別連接所對應(yīng)的直流母線的正極，在相鄰的兩個牽引變電站之間的直流母線上設(shè)置有電動汽車充放電系統(tǒng)，所述的電動汽車充放電系統(tǒng)與相鄰的兩個牽引變電站的直流母線相連，從而在一個供電分區(qū)內(nèi)形成直流環(huán)形微電網(wǎng)。
[0009]所述的電動汽車充放電系統(tǒng)包括有連接在相鄰的兩個牽引變電站的直流母線上的電動汽車充放電直流母線，連接在電動汽車充放電直流母線上的I個以上的雙向直流-直流充放電機。
[0010]所述的每個雙向直流-直流充放電機的輸出端連接電動汽車動力電池。
[0011]所述的每個雙向直流-直流充放電機的連接電動汽車動力電池的輸出端還并聯(lián)超級電容器。
[0012]一種基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，包括有用于向電力機車提供直流電能的牽引變電站，所述的牽引變電站設(shè)置有一個以上的連接在交流母線上的變壓器，每一個變壓器的輸出側(cè)對應(yīng)連接一個整流器，所有整流器的輸出側(cè)均連接在所位于的牽引變電站的直流母線上，所述的直流母線的正負(fù)極分別對應(yīng)連接接觸網(wǎng)和鋼軌，所述的電力機車的正負(fù)極分別對應(yīng)連接接觸網(wǎng)和鋼軌，在所述的直流母線上設(shè)置有電動汽車充放電系統(tǒng)，電動汽車充放電系統(tǒng)與牽引變電站的直流母線相連，從而在一個供電分區(qū)內(nèi)形成直流環(huán)形微電網(wǎng)。
[0013]所述的電動汽車充放電系統(tǒng)包括有并聯(lián)接在牽引變電站的直流母線上的電動汽車充放電直流母線，連接在電動汽車充放電直流母線上的I個以上的雙向直流-直流充放電機。
[0014]所述的每個雙向直流-直流充放電機的輸出端連接電動汽車動力電池。
[0015]所述的每個雙向直流-直流充放電機的連接電動汽車動力電池的輸出端還并聯(lián)超級電容器。
[0016]本發(fā)明的基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，具有如下優(yōu)
點。0017]充分利用現(xiàn)有直流牽引供電系統(tǒng)，基于換電為主的電動汽車充放電系統(tǒng)實現(xiàn)了能量的雙向傳輸:在電力機車牽引運行時，由傳統(tǒng)直流牽引供電系統(tǒng)和電動汽車動力電池提供能量，可以減小直流母線電壓的降落；在電力機車制動運行時，利用換電為主的電動汽車充放電系統(tǒng)為電動汽車動力電池充電，可以減小直流母線電壓的升高；在直流牽引供電系統(tǒng)低負(fù)荷和空載運行時，利用換電為主的電動汽車充放電系統(tǒng)為電動汽車動力電池充電，可以提高交流側(cè)主變電站的功率因數(shù)；在交流電網(wǎng)故障時，如果換電為主的電動汽車充放電系統(tǒng)容量足夠大，利用電動汽車動力電池通過電動汽車充放電系統(tǒng)為直流牽引供電系統(tǒng)供電，可以提高直流牽引供電系統(tǒng)的可靠性；換電為主的電動汽車充放電系統(tǒng)利用了現(xiàn)有直流牽引供電系統(tǒng)，從而可以減少電動汽車充電系統(tǒng)的建設(shè)成本；另外，系統(tǒng)還具有“削峰填谷”的作用，可以提高整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0018]圖1是現(xiàn)有的直流牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明的雙邊供電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是本發(fā)明的單邊供電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中
[0022]1:牽引變電站2:電力機車
[0023]3:電動汽車充放電系統(tǒng)4:交流母線
[0024]11:變壓器12:整流器
[0025]13:直流母線14:接觸網(wǎng)
[0026]15:鋼軌16:分區(qū)所
[0027]31:電動汽車充放電直流母線32:雙向直流-直流充放電機
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)做出詳細(xì)說明。
.[0029]如圖2所示，本發(fā)明的基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，在多個牽引變電站的情況下，即對于雙邊供電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，包括有兩個以上的用于向電力機車2提供直流電能的牽引變電站1，該牽引變電站I是采用傳統(tǒng)的二極管整流直流牽引供電系統(tǒng)。每一個牽引變電站I都設(shè)置有一個以上的連接在交流母線4上的變壓器11，每一個變壓器11的輸出側(cè)對應(yīng)連接一個整流器12，所有整流器12的輸出側(cè)均連接在所位于的牽引變電站I的直流母線13上，所述的直流母線13的正負(fù)極分別對應(yīng)連接接觸網(wǎng)14和鋼軌15，所述的電力機車2的正負(fù)極分別對應(yīng)連接接觸網(wǎng)14和鋼軌15，一個牽引變電站I的接觸網(wǎng)14上都接有一個分區(qū)所16，所述分區(qū)所16的兩端還分別連接所對應(yīng)的直流母線13的正極。其中，變壓器11可以是雙繞組變壓器、三繞組變壓器或原邊采用延邊三角形連接的移相±7.5°的三繞組變壓器。整流器12可以是六脈波整流器、12脈波整流器或24脈波整流器。圖2中雖然給出了兩個變壓器和兩個整流器，但其數(shù)目不只限于兩個。圖2中電力機車2為相鄰兩個牽引變電站I所共有的負(fù)載。本發(fā)明在相鄰的兩個牽引變電站I之間的直流母線13上設(shè)置有電動汽車充放電系統(tǒng)3，電動汽車充放電系統(tǒng)3與相鄰的兩個牽引變電站I的直流母線13相連，從而在一個供電分區(qū)內(nèi)形成直流環(huán)形微電網(wǎng)。
[0030]所述的換電為主的電動汽車充放電系統(tǒng)3包括有連接在相鄰的兩個牽引變電站I的直流母線13上的電動汽車充放電直流母線31，連接在電動汽車充放電直流母線31上的I個以上的雙向直流-直流充放電機32。所述的每個雙向直流-直流充放電機32的輸出端連接電動汽車動力電池。并且，為改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，在所述的每個雙向直流-直流充放電機32的連接電動汽車動力電池的輸出端還并聯(lián)超級電容器。
[0031]如圖3所示，本發(fā)明的基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，在一個牽引變電站的情況下，即對于單邊供電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，包括有用于向電力機車2提供直流電能的牽引變電站1，所述的牽引變電站I設(shè)置有一個以上的連接在交流母線4上的變壓器11，每一個變壓器11的輸出側(cè)對應(yīng)連接一個整流器12，所有整流器12的輸出側(cè)均連接在牽引變電站I的直流母線13上，所述的直流母線13的正負(fù)極分別對應(yīng)連接接觸網(wǎng)14和鋼軌15，所述的電力機車2的正負(fù)極分別對應(yīng)連接接觸網(wǎng)14和鋼軌15。其中，變壓器11可以是雙繞組變壓器、三繞組變壓器或原邊采用延邊三角形連接的移相±7.5°的三繞組變壓器。整流器12可以是六脈波整流器、12脈波整流器或24脈波整流器。圖3中雖然給出了兩個變壓器和兩個整流器，但其數(shù)目不只限于兩個。本發(fā)明在所述的直流母線13上設(shè)置有電動汽車充放電系統(tǒng)3，電動汽車充放電系統(tǒng)3與牽引變電站I的直流母線13相連，從而在一個供電分區(qū)內(nèi)形成直流環(huán)形微電網(wǎng)。
[0032]所述的電動汽車充放電系統(tǒng)3包括有并聯(lián)接在牽引變電站I的直流母線13上的電動汽車充放電直流母線31，連接在電動汽車充放電直流母線31上的I個以上的雙向直流-直流充放電機32。所述的每個雙向直流-直流充放電機32的輸出端連接電動汽車動力電池。并且，為改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，在所述的每個雙向直流-直流充放電機32的連接電動汽車動力電池的輸出端還并聯(lián)超級電容器(圖中未畫出)。本發(fā)明將傳統(tǒng)的二極管整流直流牽引供電系統(tǒng)、換電為主的電動汽車充放電系統(tǒng)和電動汽車動力電池通過直流母線在一個供電分區(qū)內(nèi)構(gòu)成直流環(huán)形微電網(wǎng)。
[0033]圖3所給出的技術(shù)方案，既適用于單邊供電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，也適用于雙邊供電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)。
[0034]本發(fā)明的基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，直流接觸網(wǎng)與直流牽引變電站的直流輸出正極相連，采用架空接觸網(wǎng)對電力機車供電，鋼軌與直流牽引變電站的直流輸出負(fù)極相連，用于實現(xiàn)鋼軌回流。除了采用接觸網(wǎng)供電外，也可以采用第三軌供電。鋼軌采用懸浮安裝，以減少對地下管線的電流腐蝕。
[0035]本發(fā)明的基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)的工作原理是，當(dāng)電力機車制動引起直流母線電壓升高而達(dá)到所限定的電壓閾值時，電動汽車充放電系統(tǒng)通過雙向直流-直流充放電機32向電動汽車動力電池充電，以避免直流母線電壓超過限定值；當(dāng)電力機車運行導(dǎo)致直流母線電壓降低到所限定的電壓閾值時，電動汽車動力電池通過雙向直流-直流充放電機32向直流母線供電，以避免直流母線電壓低于限定值。在電力機車運行低谷和停運期間，通過該供電系統(tǒng)為電動汽車動力電池充電，在滿足電動汽車動力電池充電的同時，也解決了直流牽引供電系統(tǒng)在低負(fù)荷和空載時，交流側(cè)主變電站功率因數(shù)大幅降低的問題。如果換電為主的電動汽車充放電系統(tǒng)容量足夠大，則在交流電網(wǎng)故障時，可以由換電為主的電動汽車充放電系統(tǒng)為電力機車供電。
[0036]因此，通過換電為主的電動汽車充放電系統(tǒng)和電動汽車動力電池充放電的協(xié)調(diào)控制，不僅實現(xiàn)了電力機車制動能量的回收利用，平抑了直流母線電壓的波動，而且利用直流牽引供電系統(tǒng)在低負(fù)荷和空載時，為電動汽車動力電池充電，解決了直流牽引供電系統(tǒng)交流側(cè)主變電站功率因數(shù)大幅降低的問題。如果換電為主的電動汽車充放電系統(tǒng)容量足夠大，則在交流電網(wǎng)故障時，可以由換電為主的電動汽車充放電系統(tǒng)為電力機車供電，從而提高了直流牽引供電系統(tǒng)的可靠性。同時也充分利用直流牽引供電系統(tǒng)大大降低了換電為主的電動汽車充電系統(tǒng)的建設(shè)成本，對供電系統(tǒng)具有“削峰填谷”的作用，進(jìn)而提高了整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性和綜合利用效益。
[0037]本發(fā)明的基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)中的電動汽車充放電系統(tǒng)的充放電控制指令可以由控制中心通過通訊系統(tǒng)給定，也可以根據(jù)直流母線電壓給定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，包括有兩個以上的用于向電力機車(2)提供直流電能的牽引變電站(1)，每一個牽引變電站(I)都設(shè)置有一個以上的連接在交流母線(4)上的變壓器(11)，每一個變壓器(11)的輸出側(cè)對應(yīng)連接一個整流器(12)，所有整流器(12)的輸出側(cè)均連接在所位于的牽引變電站(I)的直流母線(13)上，所述的直流母線(13)的正負(fù)極分別對應(yīng)連接接觸網(wǎng)(14)和鋼軌(15)，所述的電力機車(2)的正負(fù)極分別對應(yīng)連接接觸網(wǎng)(14)和鋼軌(15)，每一個牽引變電站(I)的接觸網(wǎng)(14)上都接有一個分區(qū)所(16)，所述分區(qū)所(16)的兩端還分別連接所對應(yīng)的直流母線(13)的正極，其特征在于，在相鄰的兩個牽引變電站(I)之間的直流母線(13)上設(shè)置有電動汽車充放電系統(tǒng)(3)，所述的電動汽車充放電系統(tǒng)(3)與相鄰的兩個牽引變電站(I)的直流母線(13)相連，從而在一個供電分區(qū)內(nèi)形成直流環(huán)形微電網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的電動汽車充放電系統(tǒng)(3)包括有連接在相鄰的兩個牽引變電站(I)的直流母線(13)上的電動汽車充放電直流母線(31 )，連接在電動汽車充放電直流母線(31)上的I個以上的雙向直流-直流充放電機(32)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的每個雙向直流-直流充放電機(32)的輸出端連接電動汽車動力電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的每個雙向直流-直流充放電機(32)的連接電動汽車動力電池的輸出端還并聯(lián)超級電容器。
5.一種基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，包括有用于向電力機車(2)提供直流電能的牽引變電站(1)，所述的牽引變電站(I)設(shè)置有一個以上的連接在交流母線(4)上的變壓器(11)，每一個變壓器(11)的輸出側(cè)對應(yīng)連接一個整流器(12)，所有整流器(12)的輸出側(cè)均連接在所位于的牽引變電站(I)的直流母線(13)上，所述的直流母線(13)的正負(fù)極分別對應(yīng)連接接觸網(wǎng)(14)和鋼軌(15)，所述的電力機車(2)的正負(fù)極分別對應(yīng)連接接觸網(wǎng)(14)和鋼軌(15)，其特征在于，在所述的直流母線(13)上設(shè)置有電動汽車充放電系統(tǒng)(3)，電動汽車充放電系統(tǒng)(3)與牽引變電站(I)的直流母線(13)相連，從而在一個供電分區(qū)內(nèi)形成直流環(huán)形微電網(wǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的電動汽車充放電系統(tǒng)(3)包括有并聯(lián)接在牽引變電站(I)的直流母線(13)上的電動汽車充放電直流母線(31)，連接在電動汽車充放電直流母線(31)上的I個以上的雙向直流-直流充放電機(32 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的每個雙向直流-直流充放電機(32)的輸出端連接電動汽車動力電池。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于電動汽車充電的制動能量回收式直流牽引供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的每個雙向直流-直流充放電機(32)的連接電動汽車動力電池的輸出端還并聯(lián)超級電容器。
【文檔編號】B60M3/00GK103434420SQ201310325896
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月29日
【發(fā)明者】孟明, 劉劍, 王喜平, 胡大龍, 蔣理, 宋穎巍, 劉巖, 寧遼逸 申請人:華北電力大學(xué)（保定）, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院