[发明专利]一种电气化铁路牵引应急保障供电系统及控制方法

说明书

本发明公开一种电气化铁路牵引应急保障供电系统及控制方法，包括分相牵引供电系统和能量路由转换系统；分相牵引供电系统包括多段牵引变压所；各牵引变压所均采用轮换相序接线方法，原边分别从电网取电，副边分别与由变压所电分相分割的独立供电臂连接，以为牵引负荷供能；相邻牵引变压所之间设置有分区所电分相；在每个所述牵引变电所处均跨接设置有所内能量转换装置模块化单元，在相邻所述牵引变电所之间的分区所电分相处跨接设置有所间能量转换装置模块化单元，所述所内能量转换装置模块化单元和所间能量转换装置模块化单元均由中央控制器进行统一能量管理及协调控制。本发明能够有效提高牵引供电系统在恶劣服役环境下的供电可靠性与灵活性。

技术领域

本发明属于电气化铁路技术领域，特别是涉及一种电气化铁路牵引应急保障供电系统及控制方法。

背景技术

针对建设难度大、风险高、运营环境艰险的铁路工程，如川藏铁路全线路段“八上八下”，累计爬升下降均在1万米以上，沿线伴随着外部电网极端薄弱、高比例的超大隧道、超长大坡道、高原高寒、强日照等多重复杂系统性难点，这些特殊性将使铁路牵引供电系统面临巨大的挑战。因此，当面临此类复杂线路时，为充分保证系统可靠供电，对牵引应急保障供电系统的需求将变得十分迫切。

概括来说，在恶劣服役环境中铁路系统常常面临诸多问题：1)恶劣服役环境导致的线路特殊性对牵引供电系统供电可靠性要求极高，但这类线路的外部电网整体又常常极端薄弱，加之既有牵引供电系统结构中，从低压27.5kV馈线至牵引负荷均为无备用牵引网系统，对于类似川藏铁路抢险救援、故障处理困难的服役环境，一旦外部电源(主/备)或牵引网发生故障，列车将无法正常取电，如何满足列车制氧系统/空调通风系统等生命保障支撑设备的电能需求、维持列车的自走行能力，事关旅客生命安全，尤其是在高原高寒、长大隧道内空气稀薄、气候条件恶劣的区段；2)对于地形起伏异常剧烈的区段，在长上坡方向牵引供电系统将面临着正向输送能力要求高、牵引变压器容量需求大、网压骤降、正向不对称潮流引发的电能质量(无功/负序/谐波)等相关问题，同样地，在长下坡方向牵引供电系统也将面临制动电流带来的反向大载流、网压骤升、反向潮流电能质量等相关问题，而上述完全相反的负荷特性将对牵引供电系统和外电网设计带来严峻挑战；3)恶劣服役环境下的铁路牵引负荷一般较重，其上坡方向对牵引变电所供电能力的要求常常高于普通铁路，因此对系统供电能力需求巨大，若再叠加2)中所列的一系列交替大功率源荷双重冲击性和不确定性问题，将对本就极端脆弱的外部电网带来更加严峻的挑战。

因此，有必要开展恶劣服役环境中铁路牵引供电系统极端状态下的应急供电技术(如紧急故障响应)、牵引供电能力保持及其它辅助优化技术(如再生制动能量回收利用、牵引负荷削峰填谷、主动电压支撑、清洁能源辅助供电、电能质量改善等)。目前，既有应急保障供电技术中的车载应急电源供电时间较短，难以满足复杂铁路中需求的自走行能力；同时暂未见能够独立于牵引供电系统的地面式牵引应急保障供电系统。此外，复杂铁路工程实施条件的困难性，也决定了外设的电气化系统应具备简约化、集成化、多功能一体化的建设需求，但现有的供电系统难以同时满足上述需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种电气化铁路牵引应急保障供电系统及控制方法，能够有效提高牵引供电系统在恶劣服役环境下的供电可靠性与灵活性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电气化铁路牵引应急保障供电系统，包括分相牵引供电系统和能量路由转换系统；

所述分相牵引供电系统包括多段牵引变电所TS；各牵引变电所TS均采用轮换相序接线方法，原边分别从三相公用电网取电，副边分别与由变压所电分相分割的独立供电臂连接，以为牵引负荷供能；为提高供电可靠性，此处牵引负荷为采用了带车载应急电源的列车；相邻牵引变电所TS之间设置有分区所电分相；