一种城市轨道交通有功倒送控制系统和控制方法

摘要

本发明公开了一种城市轨道交通有功倒送控制系统，包含控制中心、地铁能量回馈装置、主变电站和N个牵引变电站，N≥2；控制中心位于主变电站内，地铁能量回馈装置位于牵引变电站内。本发明的有功倒送控制方法，步骤如下：控制中心分别监测主变电站I段、II段母线有功功率；若某段母线出现有功倒送，通过控制地铁能量回馈装置回馈启动门槛，将回馈功率转移至另外一段母线，抑制该段母线有功倒送现象。本发明通过采用回馈功率转移的方式，平衡主变电站I段母线和II段母线负荷，在全线地铁列车取消车载电阻的情况下，仍能有效抑制主所有功倒送现象，提高城轨供电系统节能效果。

说明书

技术领域

本发明涉及有功倒送控制系统，尤其涉及一种城市轨道交通有功倒送控制系统和控制方法。

背景技术

目前，地铁列车车载电阻带来损耗、发热、噪声、隧道环境温度升高等问题，全线列车取消车载电阻已成为主要趋势。全线列车取消车载电阻后，地铁列车刹车时产生的制动能量无法消耗，通过地铁能量装置回馈至电网的功率不断增大。地铁运营初期以及对于城郊线路，由于主变电站负荷低，地铁能量回馈装置回馈功率大，频繁出现主变电站有功倒送现象，有功倒送电量占全线地铁能量回馈总电量比例较大。由于主变电站有功倒送的电量不能计量，极大的减少地铁公司节能收益，降低城轨供电系统节能指标。

现有技术中，为解决城轨供电系统主变电站有功倒送问题，主要有限制地铁能量回馈装置功率和设置储能装置两种方案。如专利CN111490535A所提出的方法，在主变电站出现有功倒送时，限制地铁能量回馈装置功率，将多余的回馈功率通过车载电阻消耗，降低主所有功倒送功率，但是该方式一方面造成了能量损耗不节能不经济，另一方面不适用于全线列车取消车载电阻的线路。主变电站或者牵引变电站设置储能装置的方案一方面增加了设备投资，另外一方面针对已投运线路，改造实施困难。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能有效抑制主变电站有功倒送现象且不会造成能量损耗的城市轨道交通有功倒送控制系统和控制方法。

技术方案：本发明的城市轨道交通有功倒送控制系统，包含控制中心、N个地铁能量回馈装置、主变电站、N个牵引变电站和直流供电网，N≥2；

所述主变电站采用单母分段接线方式，连接电网进线和中压供电网；所述N个牵引变电站采用单母分段接线，连接所述中压供电网和直流供电网；

所述控制中心位于主变电站内，实时监测主变电站I段母线和II段母线的有功功率；每个牵引变电站内设有一套牵引整流机组和一台地铁能量回馈装置，相邻牵引变电站的地铁能量回馈装置连接至牵引变电站不同段母线；所述直流供电网主要由接触网和钢轨组成，每个牵引变电站的正负极分别连接接触网和钢轨。

进一步，所述控制中心通过实时通信网络与每个地铁能量回馈装置进行通信。

进一步，所述控制中心通过通信网络实时调整每个地铁能量回馈装置的启动门槛。

上述城市轨道交通有功倒送控制系统的控制方法，包括如下步骤：

S1，所述控制中心实时监测主变电站I段母线和II段母线的有功功率，并实时获取所述每个地铁能量回馈装置的回馈功率和启动门槛值；

S2，所述控制中心监测到某段母线出现有功倒送时，根据地铁能量回馈装置回馈功率大小，确定需要参与有功倒送的地铁能量回馈装置；

S3，所述控制中心增大参与有功倒送的地铁能量回馈装置的启动门槛，降低其相邻牵引变电站地铁能量回馈装置的启动门槛，使得回馈功率转移至其相邻牵引变电站地铁能量回馈装置，上送给主变电站另一段母线对应负荷；

S4，当控制中心监测到有功倒送现象消失后，逐步恢复参与有功倒送的地铁能量回馈装置启动门槛至初始值。

进一步，步骤S2中，当控制中心监测到某段母线出现有功倒送时，将回馈功率大于K倍额定功率的地铁能量回馈装置，确定为参与有功倒送，K取值范围为0.2～1。

进一步，步骤S3中，所述控制中心逐步提高参与有功倒送的地铁能量回馈装置的启动门槛，上限不超过列车安全运行的设定电压；同时，逐步降低其相邻站地铁能量回馈装置启动门槛,下限不低于牵引整流机组的设定空载网压。

本发明与现有技术相比，其显著效果如下：

通过采用回馈功转移的方式，平衡主变电站I段母线和II段母线负荷，在全线列车取消车载电阻的情况下，有效解决主变电站有功倒送问题，提高城轨供电系统节能收益，并且不需要增加额外的储能设备，整体方案实施变动小，易于应用推广。

附图说明

图1为本发明城市轨道交通有功倒送控制系统拓扑示意图；

图2为本发明城市轨道交通有功倒送控制系统的控制方法示意图；

图中标号说明：1、第一主变电站变压器；2、第二主变电站变压器；3、控制中心；4、第一牵引整流机组；5、第一地铁能量回馈装置；6、第二地铁能量回馈装置；7、第二牵引整流机组；8、第N牵引整流机组；9、第N地铁能量回馈装置；10、第一主变电站I段110kV进线；11、第一主变电站110kV母联开关；12、第二主变电站II段110kV进线；13、主变电站；14、第一牵引变电站35kV I段母线；15、第一牵引变电站35kV母联开关；16、第一牵引变电站35kV II段母线；17、第二牵引变电站35kV I段母线；18、第二牵引变电站35kV母联开关；19、第二牵引变电站35kV II段母线；20、第N牵引变电站35kV I段母线；21、第N牵引变电站35kV母联开关；22、第N牵引变电站35kV II段母线；23、第一牵引变电站；24、第二牵引变电站；25、第N牵引变电站；26、直流接触网；27、钢轨。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。

本发明的有功倒送控制系统包含控制中心3、N个地铁能量回馈装置、主变电站13和N牵引变电站，N≥2。控制中心3和每个地铁能量回馈装置通过实时通信网络相互通信。同时，控制中心3通过通信网络实时调整每个地铁能量回馈装置启动门槛。主变电站采用单母分段接线方式，连接电网进线和中压供电网；所述N个牵引变电站采用单母分段接线，连接所述中压供电网和直流供电网。控制中心位于主变电站内，实时监测主变电站I段母线和II段母线的有功功率；每个牵引变电站内设有一套牵引整流机组和一台地铁能量回馈装置，相邻牵引变电站的地铁能量回馈装置连接至牵引变电站不同段母线；所述直流供电网主要由接触网和钢轨组成，每个牵引变电站的正负极分别连接接触网和钢轨。

如图1所示，本发明的有功倒送控制系统包含控制中心3、第一地铁能量回馈装置5、第二地铁能量回馈装置6、第N地铁能量回馈装置9、主变电站13、第一牵引变电站23、第二牵引变电站24和第N牵引变电站25。第一牵引变电站23内设有第一牵引整流机组4和第一地铁能量回馈装置5，第二牵引变电站24内设有第二地铁能量回馈装置6和第二牵引整流机组7，第N牵引变电站25内设有第N牵引整流机组8和第N地铁能量回馈装置9。第一主变电站I段110kV进线10与第二主变电站II段110kV进线12通过第一主变电站110kV母联开关11连接，第一牵引变电站35kV I段母线14与第一牵引变电站35kV II段母线16通过第一牵引变电站35kV母联开关15连接；第二牵引变电站35kV I段母线17与第二牵引变电站35kV II段母线19通过第二牵引变电站35kV母联开关18连接。第一牵引整流机组4与第一牵引变电站35kVI段母线14连接，第一地铁能量回馈装置5与第一牵引变电站35kV II段母线16连接；第二地铁能量回馈装置6与第二牵引变电站35kV I段母线17连接，第二牵引整流机组7与第二牵引变电站35kV II段母线19连接；第N牵引整流机组8与第N牵引变电站35kV I段母线20连接，第N地铁能量回馈装置9与第N牵引变电站35kV II段母线22连接。

主变电站13进线侧连接主变电站I段110kV进线10和主变电站II段110kV进线12，出线侧连接第一牵引变电站35kV I段母线14和第一牵引变电站35kV II段母线16，母线均采用单母分段接线方式，连接电网进线和中压供电网。以第一牵引变电站23为例，进线侧连接第一牵引变电站35kV I段母线14和第一牵引变电站35kV II段母线16，出线侧正负极分别连接直流接触网26和钢轨27，进线侧母线采用单母分段接线方式。

第一主变电站变压器1、第二主变电站变压器2和控制中心3位于主变电站13内，控制中心3同时监测主变电站I段110kV进线10和主变电站II段110kV进线12对应主变高压侧有功功率；第一地铁能量回馈装置5位于第一牵引变电站23内，相邻的第二地铁能量回馈装置6位于第二牵引变电站24内，交替接至第一牵引变电站35kV I段14和第一牵引变电站35kV II段母线16；

控制中心3与第一地铁能量回馈装置5、第二地铁能量回馈装置6、…、第N地铁能量回馈装置9进行通信，实时获取各站地铁能量回馈装置的回馈功率值和启动门槛参数。每个地铁能量回馈装置启动门槛初始值为1750V。

如图2所示，本发明的控制中心3按照下述步骤，进行主变电站有功倒送抑制：

步骤1，控制中心3监测到第一主变电站I段110kV进线10对应有功功率小于0时，立即检查第一主变电站I段110kV进线10对应的地铁能量回馈装置的回馈功；确定回馈功率大于0.5倍额定功率的地铁能量回馈装置，为参与有功倒送的地铁能量回馈装置；

步骤2，逐步提高参与有功倒送的地铁能量回馈装置的启动门槛，上限不应超过列车安全运行电压1800V；同时逐步降低其相邻站地铁能量回馈装置启动门槛,下限不应低于牵引整流机组的空载网压1680V。

步骤3，当控制中心监测到第一主变电站I段110kV进线10有功功率大于0时，逐步恢复参与有功倒送以及相邻站的地铁能量回馈装置的启动门槛至初始值1750V。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，参照上述实施例进行的各种形式修改或变更均在本发明的保护范围之内。