本發(fā)明涉及城市軌道交通供電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模塊化地鐵能量回饋裝置。

背景技術(shù)：

地鐵運(yùn)營(yíng)中存在列車頻繁進(jìn)站制動(dòng)，當(dāng)列車在進(jìn)行電制動(dòng)過(guò)程中列車的電機(jī)會(huì)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，這時(shí)候列車的動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)化為電能使得直流牽引網(wǎng)的直流電壓上升危及列車用電設(shè)備的安全，目前先進(jìn)的解決方式是在線路的牽引變電所內(nèi)加裝再生制動(dòng)能量逆變回饋裝置（下稱能饋裝置），該裝置通過(guò)檢測(cè)牽引網(wǎng)的直流電壓，判斷是否有列車處于進(jìn)站電制動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到直流電壓超過(guò)設(shè)定閾值，則啟動(dòng)并網(wǎng)逆變器將直流側(cè)電能回饋到中壓環(huán)網(wǎng)中，供給地鐵其他用電負(fù)荷消納，達(dá)到吸收制動(dòng)能量同時(shí)節(jié)能的目的。

但這種解決方案存在的問(wèn)題是，列車再生制動(dòng)持續(xù)時(shí)間短但再生能量功率大，能饋裝置回饋的功率峰值會(huì)超過(guò)中壓環(huán)網(wǎng)用電負(fù)荷的功率需求，導(dǎo)致部分再生能量通過(guò)主變電所主變壓器倒送到110kV電力系統(tǒng)，一方面回饋到電網(wǎng)的電能電力公司不會(huì)返還電費(fèi)；另一方面這種具有沖擊性特征的發(fā)電設(shè)備對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性帶來(lái)隱患。

現(xiàn)有的解決方案一是降低能饋裝置的最大吸收功率，這樣做一方面減少了總的節(jié)能量；另一方面還需要通過(guò)加裝制動(dòng)電阻等吸收再生能量，增大了設(shè)備投資。解決方案二是在每個(gè)牽引所通過(guò)加裝儲(chǔ)能型再生吸收裝置來(lái)替代能饋裝置，但儲(chǔ)能型裝置存在價(jià)格高、占地面積大的缺點(diǎn)，施工、設(shè)備投資很大，約為能饋裝置的2倍左右，投資回收周期長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1、所要解決的技術(shù)問(wèn)題：

本發(fā)明提供一種防止地鐵再生回饋電能倒送電網(wǎng)的裝置，實(shí)現(xiàn)避免出現(xiàn)再生電能倒送到110kV電網(wǎng)的問(wèn)題，提高再生電能的利用率。

2、技術(shù)方案：

本發(fā)明通過(guò)在地鐵主變電所的為每個(gè)主變壓器加裝一套再生電能存儲(chǔ)裝置，在主變壓器功率為負(fù)時(shí)即功率從低壓側(cè)流向高壓側(cè)，將倒送電網(wǎng)的電能存儲(chǔ)起來(lái)；在主變壓器功率為正時(shí)即功率從高壓側(cè)流向低壓側(cè)，再將存儲(chǔ)起來(lái)的電能再釋放出去，實(shí)現(xiàn)避免出現(xiàn)再生電能倒送到110kV電網(wǎng)的問(wèn)題，提高再生電能的利用率。

一種防止地鐵再生回饋電能倒送電網(wǎng)的裝置，包括110kV進(jìn)電網(wǎng)，35kV低壓母線、再生電能存儲(chǔ)裝置、主變壓器；所述再生電能存儲(chǔ)裝置并聯(lián)在35kV低壓母線側(cè)；所述主變壓器位于110kV進(jìn)電網(wǎng)與35kV低壓母線之間。

所述再生電能存儲(chǔ)裝置包括升壓變壓器、大功率雙向變流器和儲(chǔ)能單元；儲(chǔ)能單元與大功率雙向變流器的直流側(cè)連接，升壓變壓器低壓側(cè)與大功率雙向變流器交流側(cè)連接，升壓變壓器的高壓側(cè)與主變壓器低壓側(cè)即35kV低壓母線側(cè)連接。

所述大功率雙向變流器為單個(gè)變流器或者多個(gè)變流器并聯(lián)；儲(chǔ)能單元為超級(jí)電容、功率型二次電池或飛輪。

再生電能存儲(chǔ)裝置在做防止電能倒送電網(wǎng)功能時(shí)采用對(duì)主變壓器有功功率閉環(huán)控制；再生電能存儲(chǔ)裝置在做無(wú)功補(bǔ)償功能時(shí) 對(duì)主變壓器采用無(wú)功功率閉環(huán)控制。

采用以上的裝置有以下功能：

（1）可以檢測(cè)主變壓器35kV低壓或110kV高壓側(cè)的電壓、電流，并實(shí)時(shí)計(jì)算其正向有功功率和負(fù)向有功功率值以及無(wú)功功率。

（2）具有閉環(huán)檢測(cè)自動(dòng)控制算法，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)計(jì)算負(fù)向功率，控制儲(chǔ)能裝置吸收負(fù)向功率，使得流向110kV電網(wǎng)的負(fù)向功率功率為零，在功率為正時(shí)儲(chǔ)能裝置放出電能，等待下一次吸收。

（3）具有儲(chǔ)能單元檢測(cè)和保護(hù)功能，防止儲(chǔ)能單元出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)溫故障。

（4）具有無(wú)功補(bǔ)償功能，可以在夜間停車以后補(bǔ)償電纜的容性無(wú)功，解決主所的無(wú)功倒送問(wèn)題，替代現(xiàn)有主站SVG。

3、有益效果：

本發(fā)明提供一種防止地鐵再生回饋電能倒送電網(wǎng)的裝置，通過(guò)設(shè)置再生電能存儲(chǔ)裝置可以吸收逆流到110kV電網(wǎng)的再生能量，并且解決了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和倒送電問(wèn)題；提高了再生電能的內(nèi)部消納，提升了節(jié)能效果。而且該裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)夜間停車后做無(wú)功補(bǔ)償，替代主所的專用無(wú)功補(bǔ)償裝置SVG，減少了無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投資；裝置投資少，相對(duì)于每個(gè)牽引變電所安裝儲(chǔ)能式再生吸收裝置的方式，只需要每個(gè)主所安裝兩套儲(chǔ)能設(shè)備。

附圖說(shuō)明

圖1所示為主變電所加裝再生電能存儲(chǔ)裝置系統(tǒng)示意圖；

圖2 所示為再生電能存儲(chǔ)裝置防止再生電能倒送到電網(wǎng)的控制邏輯圖；

圖3所示為再生電能存儲(chǔ)裝置在防止電能倒送功能模式下的控制框圖；

圖4所示為再生電能存儲(chǔ)裝置在做無(wú)功補(bǔ)償功能下的控制框圖。

具體實(shí)施方式

如圖1 所示為再生電能儲(chǔ)能裝置的系統(tǒng)示意圖，系統(tǒng)由儲(chǔ)能單元、雙向變流器、升壓變壓器組成，系統(tǒng)并聯(lián)接在主變壓器的低壓側(cè)10kV/35kV母線上。系統(tǒng)通過(guò)電流和電壓傳感器采樣主變壓器的三相電流isa,isb,isc、儲(chǔ)能裝置輸出三相電流ia,ib,ic以及電網(wǎng)三相電壓Vsa,Vsb,Vsc，計(jì)算主變壓器的實(shí)施有功和無(wú)功功率。

如圖2 所示為防止回饋電能倒送電網(wǎng)的控制邏輯圖，系統(tǒng)首先檢測(cè)儲(chǔ)能裝置是否處于就緒狀態(tài)，并判斷儲(chǔ)能單元處于可吸收電能狀態(tài)，此時(shí)V<V1，V1為儲(chǔ)能單元可以啟動(dòng)吸收電能的最大電壓，然后通過(guò)計(jì)算并判斷主電壓器的有功功率是否出現(xiàn)為負(fù)（P<0），如果出現(xiàn)負(fù)值，儲(chǔ)能裝置進(jìn)入吸收電能狀態(tài)，通過(guò)控制主變壓器的有功功率為零將流入電網(wǎng)的有功電能存儲(chǔ)在儲(chǔ)能單元中；在吸收狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)判斷是否出現(xiàn)儲(chǔ)能裝置開(kāi)始放電，如出現(xiàn)則系統(tǒng)進(jìn)入放電狀態(tài)，同時(shí)判斷現(xiàn)儲(chǔ)能單元是否已充滿，此時(shí)V>V2，V2為儲(chǔ)能單元可充電最大電壓。如充滿則停止充電并判斷主變壓器有功功率是否滿足為正即P>0，如滿足則系統(tǒng)進(jìn)入放電狀態(tài)。進(jìn)入放電狀態(tài)后，系統(tǒng)通過(guò)控制主電壓器的有功功率為零，將儲(chǔ)能單元中的電能釋放供給地鐵負(fù)荷使用，同時(shí)判斷儲(chǔ)能單元是否已經(jīng)放電完成，此時(shí)V<V3，V3為儲(chǔ)能單元能夠放電的最低電壓，一旦滿足則儲(chǔ)能單元退出放電狀態(tài)，回到就緒判斷狀態(tài)，等待下一個(gè)周期的儲(chǔ)能開(kāi)始。

如圖3所示為儲(chǔ)能裝置在做防止電能倒送電網(wǎng)功能時(shí)的有功功率閉環(huán)控制框圖，在吸收狀態(tài)和放電狀態(tài)下的功率閉環(huán)控制框圖，檢測(cè)主變壓器的有功功率Ps作為反饋值，與有功功率指令參考值（有功功率指令為0）做差經(jīng)過(guò)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)器得到作為電流環(huán)的指令，將儲(chǔ)能裝置的輸出有功電流作為電流環(huán)反饋值（無(wú)功電流環(huán)指令為0），通過(guò)電流閉環(huán)調(diào)節(jié)器得到輸出指令，再經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換和脈沖分配控制雙向變流器的輸出電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)主變壓器有功功率的閉環(huán)控制。

如圖4所示為儲(chǔ)能裝置在做無(wú)功補(bǔ)償功能時(shí)的無(wú)功功率閉環(huán)控制框圖，檢測(cè)主變壓器的無(wú)功功率Qs作為反饋值，與無(wú)功功率指令參考值，此時(shí)無(wú)功功率指令為0，做差經(jīng)過(guò)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)器得到無(wú)功電流環(huán)的指令，此時(shí)有功電流環(huán)指令為0，將儲(chǔ)能裝置的輸出無(wú)功電流作為電流環(huán)反饋值，通過(guò)電流閉環(huán)調(diào)節(jié)器得到輸出指令，再經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換和脈沖分配控制雙向變流器的輸出電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)主變壓器無(wú)功功率的閉環(huán)控制。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但它們并不是用來(lái)限定本發(fā)明的，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，自當(dāng)可作各種變化或潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求保護(hù)范圍所界定的為準(zhǔn)。