一种具有容错能力的电气化铁路多功能储能系统的制作方法

1.本实用新型属于电气化铁路技术领域，尤其涉及一种具有容错能力的电气化铁路多功能储能系统。


背景技术：

2.随着我国电气化铁路的大力发展，如何有效回收机车制动过程产生的大量再生电能是促进铁路能源低碳转型的一大挑战。据统计，京沪铁路每年可产生高达120gwh的再生制动能量，神朔铁路制动能量可达总能耗的20％。这些能量若不加以回收利用，除了造成能量的极大浪费，还会进一步恶化牵引供电系统的电能质量，尤其是负序、无功、谐波、牵引网网压波动等。这不仅会污染上游电网造成铁路系统罚款，甚至会威胁到列车自身的安全稳定运行。
3.既有回收利用技术主要包括电阻能耗型、电网能馈型、运行图优化型、储能型，其中储能回收技术由于避免了额外能耗、运营安全性、多车调度等实际困难，已成为当前研究热点。但既有储能应用大多忽略了牵引供电系统的特殊性，例如拓扑结构的不对称性、一系列电能质问题等，而这些因素对于保障牵引供电质量、节能效率、列车可靠运行又是至关重要的。此外，由于铁路系统应用环境的特殊性，外置设备中局部元件异常状态及故障发生率也会较常规应用环境高。因此，亟需研究适应铁路系统的具有多功能容错性的新型储能系统。
4.现有技术中，虽已有将铁路电能质量补偿装置与储能系统相结合的方案，但既有系统多不具备局部容错能力，同时大容量环境下(单机需求可达10mw以上)对系统内部电子电力器件的额定容量/耐受水平等要求严苛。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术方法的不足，本实用新型的目的在于提出一种具有容错能力的电气化铁路多功能储能系统，通过采用模块化并联结构，构成了具有容错能力的分布式冗余系统，即使在遭受外部扰动或局部故障的情况仍能保证系统多重功能的连续执行，同时有助于缓解高压大容量环境下对系统内部电子电力器件性能的严苛要求，具有更高的结构适应性。
6.为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种具有容错能力的电气化铁路多功能储能系统，包括α相单相多绕组降压变压器、β相单相多绕组降压变压器和多个背靠背储能子系统，多个背靠背储能子系统的两端分别并行接于α相单相多绕组降压变压器和β相单相多绕组降压变压器的副边，α相单相多绕组降压变压器和β相单相多绕组降压变压器的原边分别跨接于牵引变电所的α相供电臂与钢轨之间以及β相供电臂与钢轨之间。
7.进一步的是，所述背靠背储能子系统包括背靠背变流器单元、储能单元、α相异常状态投切单元和β相异常状态投切单元；所述背靠背变流器单元的两端交流侧分别与α相异常状态投切单元和β相异常状态投切单元相连，所述背靠背变流器单元的中间直流侧连接
储能单元。
8.进一步的是，所述背靠背变流器单元中包括α相单相四象限变流器、β相单相四象限变流器和直流支撑电容，α相单相四象限变流器和β相单相四象限变流器的直流侧均连接至直流支撑电容两端，α相单相四象限变流器和β相单相四象限变流器的交流侧分别与α相异常状态投切单元和β相异常状态投切单元相连。
9.进一步的是，所述储能单元包括双向dc/dc变换器和储能装置，双向dc/dc变换器一端与储能装置相连，双向dc/dc变换器另一端并行接于直流支撑电容两端。
10.进一步的是，还包括控制单元，所述控制单元与各个背靠背储能子系统和牵引供电系统通信连接。
11.采用本技术方案的有益效果：
12.本实用新型采用模块化并联结构，构成了具有容错能力的分布式冗余系统，即使在遭受外部扰动或局部故障的情况仍能保证系统多重功能的连续执行，同时有助于缓解高压大容量环境下对系统内部电子电力器件性能的严苛要求，具有更高的结构适应性。本实用新型能够有效回收利用列车再生制动能量并兼具改善牵引供电系统的多重电能质量问题，包括负序/无功/谐波/牵引网网压波动等，利于提高牵引供电品质并带来额外的经济效益。
附图说明
13.图1为本实用新型的一种具有容错能力的电气化铁路多功能储能系统的结构示意图；
14.图2为本实用新型实施例中背靠背储能子系统的结构示意图；
15.其中，1－牵引供电系统，11－三相公用电网，12－牵引变电所，13－α相供电臂，14－β相供电臂，15－钢轨，2－多功能背靠背储能系统，21－α相单相多绕组降压变压器，22－β相单相多绕组降压变压器，23－背靠背储能子系统，231－背靠背变流器单元，232－储能单元，2311－α相单相四象限变流器，2312－β相单相四象限变流器，2313－直流支撑电容，2321－双向dc/dc变换器，2322－储能装置，233－α相异常状态投切单元，234－β相异常状态投切单元，24－控制单元。
具体实施方式
16.为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。
17.在本实施例中，参见图1所示，一种具有容错能力的电气化铁路多功能储能系统，其特征在于，包括α相单相多绕组降压变压器21、β相单相多绕组降压变压器22和多个背靠背储能子系统，多个背靠背储能子系统的两端分别并行接于α相单相多绕组降压变压器21和β相单相多绕组降压变压器22的副边，α相单相多绕组降压变压器21和β相单相多绕组降压变压器22的原边分别跨接于牵引变电所12的α相供电臂13与钢轨15之间以及β相供电臂14与钢轨15之间。
18.作为上述实施例的优化方案，如图2所示，所述背靠背储能子系统23包括背靠背变流器单元231、储能单元232、α相异常状态投切单元233和β相异常状态投切单元234；所述背
靠背变流器单元231的两端交流侧分别与α相异常状态投切单元233和β相异常状态投切单元234相连，所述背靠背变流器单元231的中间直流侧连接储能单元232。
19.其中，所述背靠背变流器单元231中包括α相单相四象限变流器2311、β相单相四象限变流器2312和直流支撑电容2313，α相单相四象限变流器2311和β相单相四象限变流器2312的直流侧均连接至直流支撑电容2313两端，α相单相四象限变流器2311和β相单相四象限变流器2312的交流侧分别与α相异常状态投切单元233和β相异常状态投切单元234相连。
20.其中，所述储能单元232包括双向dc/dc变换器2321和储能装置2322，双向dc/dc变换器2321一端与储能装置2322相连，双向dc/dc变换器2321另一端并行接于直流支撑电容2313两端。
21.作为上述实施例的优化方案，还包括控制单元24，所述控制单元24与各个背靠背储能子系统和牵引供电系统1通信连接。
22.各并列的背靠背储能子系统具有相同的配置结构；同时，所述储能单元用于再生制动能量的存储与利用，背靠背变流器单元除了能够实现能量的多向转移，还可兼具实现牵引侧电能质量的综合补偿，各子系统两侧的异常状态投切单元能够配合控制单元进行异常状态子系统的投切，实现硬件系统的快速故障响应。
23.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。