【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电气化铁路牵引供电系统，特别是一种柔性牵引供电系统及控制方法。
技术介绍
1、电气化铁路牵引供电系统中，目前还存在长大坡道列车过分相安全系数低、供电臂末端供电能力弱、再生制动能量返送电网、缺乏韧性、碳排放量高等问题。
2、其中，机车过分相会产生速度、功率损失、暂态过电压冲击等，特别是在高海拔山区的长大坡道过分相时甚至发生坡停、坡缓等事故，威胁铁路运营安全；单边异相孤岛式的供电结构，限制了供电臂末端牵引负荷通过能力，制约了列车速度的进一步提高；现行交直交型列车以再生制动作为其主要制动方式，再生能量丰富，返送电网会对电网造成不良影响；电气化铁路电能来源单一，缺乏韧性；且能源消耗以煤炭为主，清洁能源占比小。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种柔性牵引供电系统及控制方法，旨在同时解决长大坡道列车过分相安全系数低、供电臂末端供电能力弱、再生制动能量返送电网、缺乏韧性、碳排放量高等问题，保障电气化铁路安全稳定运行，促进其进一步高速、重载化发展。
2、实现本专利技术目的的技术方案如下：
3、一种柔性牵引供电系统，包括一个潮流控制所和一个以上牵引变电所；
4、所述潮流控制所包括三相变压器、三组电压源变流器、三相并网逆变器、三相升压变压器和两组dc-dc变换器；三相变压器的一次侧连接到交流母线，二次侧连接到三组电压源变流器的交流侧；三组电压源变流器的直流侧均连接到直流母线，光伏阵列和超级电容分别通过一组dc-dc变换器连接到直流
5、进一步的，所述牵引变压器为单相联结牵引变压器和/或三相-两相变压器；如所述牵引变压器为三相-两相变压器，其二次侧所连接的牵引网还设置电分相。
6、进一步的，所述三相变压器的一次侧连接到交流母线，二次侧连接到三组电压源变流器的交流侧，具体为：一次侧星形连接到交流母线，二次侧星形连接到三组电压源变流器的交流侧；或者，一次侧三角形连接到交流母线，二次侧三角形连接到三组电压源变流器的交流侧；或者，一次侧星形连接到交流母线，二次侧三角形连接到三组电压源变流器的交流侧；或者，一次侧三角形连接到交流母线，二次侧星形连接到三组电压源变流器的交流侧。
7、一种柔性牵引供电系统的控制方法，所述柔性牵引供电系统包括一个潮流控制所和一个以上牵引变电所；所述潮流控制所包括三相变压器、三组电压源变流器、三相并网逆变器、三相升压变压器和两组dc-dc变换器；三相变压器的一次侧连接到交流母线，二次侧连接到三组电压源变流器的交流侧；三组电压源变流器的直流侧均连接到直流母线，光伏阵列和超级电容分别通过一组dc-dc变换器连接到直流母线；直流母线还依次通过三相并网逆变器、三相升压变压器连接到配电网；所述牵引变电所包括牵引变压器，牵引变压器一次侧连接到交流母线，二次侧连接到牵引网；所述交流母线还连接到供电网；包括：
8、确定当前工作模式下光伏阵列功率参考值ppv_ref、超级电容功率参考值psc_ref、三相并网逆变器功率参考值pf_ref，以及第1组、第2组、第3组电压源变流器交流侧的参考电流i1_ref、i2_ref、i3_ref；
9、检测直流母线电压以及第1组、第2组、第3组电压源变流器交流侧电压u1、u2、u3和电流i1、i2、i3，结合i1_ref、i2_ref、i3_ref，分别控制第1组、第2组、第3组电压源变流器；
10、检测光伏阵列电压、电流，结合ppv_ref，控制连接光伏阵列的dc-dc变换器；
11、检测超级电容电压、电流，结合psc_ref，控制连接超级电容的dc-dc变换器；
12、检测三相并网逆变器交流侧电压、电流，结合pf_ref，控制三相并网逆变器。
13、优选的，所述当前工作模式为空闲模式，pl≥0且soc≤socmin；其中，pl＝pa+pb+pc–ppv，pa、pb、pc为所有牵引变电所的有功功率之和，a、b、c分别表示a相、b相、c相，ppv为光伏阵列的有功功率；soc为超级电容的荷电状态，socmin为soc的下限阈值；
14、则ppv_ref＝ppv，psc_ref＝0，pf_ref＝0；
15、i1_ref、i2_ref、i3_ref分别为：
16、
17、
18、
19、其中，pz为所述柔性牵引供电系统总的有功功率，pz＝pl+psc_ref+pf_ref；分别为第1组、第2组、第3组电压源变流器交流侧电压u1、u2、u3的向量；ψ1、ψ2、ψ3分别为u1、u2、u3的接线角；{}*表示对{}中变量取共轭，ky为三相变压器的变比；qa、qb、qc为所有牵引变电所的无功功率之和，ih,a、ih,b、ih,c为所有牵引变电所的一次侧谐波电流之和，a、b、c分别表示a相、b相、c相。
20、优选的，所述当前工作模式为放能模式，pl≥0且soc＞socmin；其中，pl＝pa+pb+pc–ppv，pa、pb、pc为所有牵引变电所的有功功率之和，a、b、c分别表示a相、b相、c相，ppv为光伏阵列的有功功率；soc为超级电容的荷电状态，socmin为soc的下限阈值；
21、则ppv_ref＝ppv，psc_ref＝-min{pl,psc_max}，pf_ref＝0；其中，psc_max为超级电容额
22、定功率；
23、i1_ref、i2_ref、i3_ref分别为：
24、
25、
26、
27、其中，pz为所述柔性牵引供电系统总的有功功率，pz＝pl+psc_ref+pf_ref；分别为第1组、第2组、第3组电压源变流器交流侧电压u1、u2、u3的向量；ψ1、ψ2、ψ3分别为u1、u2、u3的接线角；{}*表示对{}中变量取共轭，ky为三相变压器的变比；qa、qb、qc为所有牵引变电所的无功功率之和，ih,a、ih,b、ih,c为所有牵引变电所的一次侧谐波电流之和，a、b、c分别表示a相、b相、c相。
28、优选的，所述当前工作模式为转移模式，pl＜0且soc≥socmax；其中，pl＝pa+pb+pc–ppv，pa、pb、pc为所有牵引变电所的有功功率之和，a、b、c分别表示a相、b相、c相，ppv为光伏阵列的有功功率；soc为超级电容的荷电状态，socmax为soc的上限阈值；
29、则ppv_ref＝ppv，pf_ref＝min{pf_max,ptl,-pl}，psc_ref＝0；其中，pf_max为三相并网
30、逆变器的额定功率，pt本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种柔性牵引供电系统，其特征在于，包括一个潮流控制所和一个以上牵引变电所；所述潮流控制所包括三相变压器、三组电压源变流器、三相并网逆变器、三相升压变压器和两组DC-DC变换器；三相变压器的一次侧连接到交流母线，二次侧连接到三组电压源变流器的交流侧；三组电压源变流器的直流侧均连接到直流母线，光伏阵列和超级电容分别通过一组DC-DC变换器连接到直流母线；直流母线还依次通过三相并网逆变器、三相升压变压器连接到配电网；所述牵引变电所包括牵引变压器，牵引变压器一次侧连接到交流母线，二次侧连接到牵引网；所述交流母线还连接到供电网；还包括测控单元，所述测控单元用于采集电气数据后，控制三组电压源变流器、三相并网逆变器和两组DC-DC变换器。
2.如权利要求1所述的一种柔性牵引供电系统，其特征在于，所述牵引变压器为单相联结牵引变压器和/或三相-两相变压器；如所述牵引变压器为三相-两相变压器，其二次侧所连接的牵引网还设置电分相。
3.如权利要求1所述的一种柔性牵引供电系统，其特征在于，所述三相变压器的一次侧连接到交流母线，二次侧连接到三组电压源变流器的交流侧，具体为：一次
4.一种柔性牵引供电系统的控制方法，其特征在于，所述柔性牵引供电系统包括一个潮流控制所和一个以上牵引变电所；所述潮流控制所包括三相变压器、三组电压源变流器、三相并网逆变器、三相升压变压器和两组DC-DC变换器；三相变压器的一次侧连接到交流母线，二次侧连接到三组电压源变流器的交流侧；三组电压源变流器的直流侧均连接到直流母线，光伏阵列和超级电容分别通过一组DC-DC变换器连接到直流母线；直流母线还依次通过三相并网逆变器、三相升压变压器连接到配电网；所述牵引变电所包括牵引变压器，牵引变压器一次侧连接到交流母线，二次侧连接到牵引网；所述交流母线还连接到供电网；
5.如权利要求4所述一种柔性牵引供电系统的控制方法，其特征在于，所述当前工作模式为空闲模式，PL≥0且SOC≤SOCMIN；其中，PL＝PA+PB+PC–PPV，PA、PB、PC为所有牵引变电所的有功功率之和，A、B、C分别表示A相、B相、C相，PPV为光伏阵列的有功功率；SOC为超级电容的荷电状态，SOCMIN为SOC的下限阈值；
6.如权利要求4所述一种柔性牵引供电系统的控制方法，其特征在于，所述当前工作模式为放能模式，PL≥0且SOC＞SOCMIN；其中，PL＝PA+PB+PC–PPV，PA、PB、PC为所有牵引变电所的有功功率之和，A、B、C分别表示A相、B相、C相，PPV为光伏阵列的有功功率；SOC为超级电容的荷电状态，SOCMIN为SOC的下限阈值；
7.如权利要求4所述一种柔性牵引供电系统的控制方法，其特征在于，所述当前工作模式为转移模式，PL＜0且SOC≥SOCMAX；其中，PL＝PA+PB+PC–PPV，PA、PB、PC为所有牵引变电所的有功功率之和，A、B、C分别表示A相、B相、C相，PPV为光伏阵列的有功功率；SOC为超级电容的荷电状态，SOCMAX为SOC的上限阈值；
8.如权利要求4所述一种柔性牵引供电系统的控制方法，其特征在于，所述当前工作模式为储能模式，PL＜0且SOC＜SOCMAX；其中，PL＝PA+PB+PC–PPV，PA、PB、PC为所有牵引变电所的有功功率之和，A、B、C分别表示A相、B相、C相，PPV为光伏阵列的有功功率；SOC为超级电容的荷电状态，SOCMAX为SOC的上限阈值；
...【技术特征摘要】
1.一种柔性牵引供电系统，其特征在于，包括一个潮流控制所和一个以上牵引变电所；所述潮流控制所包括三相变压器、三组电压源变流器、三相并网逆变器、三相升压变压器和两组dc-dc变换器；三相变压器的一次侧连接到交流母线，二次侧连接到三组电压源变流器的交流侧；三组电压源变流器的直流侧均连接到直流母线，光伏阵列和超级电容分别通过一组dc-dc变换器连接到直流母线；直流母线还依次通过三相并网逆变器、三相升压变压器连接到配电网；所述牵引变电所包括牵引变压器，牵引变压器一次侧连接到交流母线，二次侧连接到牵引网；所述交流母线还连接到供电网；还包括测控单元，所述测控单元用于采集电气数据后，控制三组电压源变流器、三相并网逆变器和两组dc-dc变换器。
2.如权利要求1所述的一种柔性牵引供电系统，其特征在于，所述牵引变压器为单相联结牵引变压器和/或三相-两相变压器；如所述牵引变压器为三相-两相变压器，其二次侧所连接的牵引网还设置电分相。
3.如权利要求1所述的一种柔性牵引供电系统，其特征在于，所述三相变压器的一次侧连接到交流母线，二次侧连接到三组电压源变流器的交流侧，具体为：一次侧星形连接到交流母线，二次侧星形连接到三组电压源变流器的交流侧；或者，一次侧三角形连接到交流母线，二次侧三角形连接到三组电压源变流器的交流侧；或者，一次侧星形连接到交流母线，二次侧三角形连接到三组电压源变流器的交流侧；或者，一次侧三角形连接到交流母线，二次侧星形连接到三组电压源变流器的交流侧。
4.一种柔性牵引供电系统的控制方法，其特征在于，所述柔性牵引供电系统包括一个潮流控制所和一个以上牵引变电所；所述潮流控制所包括三相变压器、三组电压源变流器、三相并网逆变器、三相升压变压器和两组dc-dc变换器；三相变压器的一次侧连接到交流母线，二次侧连接到三组电压源变流器的交流侧；三组电压源变流器的直流侧均连接到直流母线，...
【专利技术属性】
技术研发人员：常政威，石鹏，胡海涛，吕子佥，陶海东，刘芸江，刘海军，姜晓锋，陈刚，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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