申请/专利权人：西南交通大学

申请日：2019-09-12

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN110619791B

主分类号：G09B23/18

分类号：G09B23/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2020.01.21#实质审查的生效;2019.12.27#公开

摘要：一种高铁综合能源利用系统实验平台及其实验方法，实验平台包括等效牵引供电系统、左右等效机车、背靠背变流装置、储能装置、新能源发电装置、逆变回馈装置和控制系统，实验方法包括实验平台准备、等效机车模拟牵引工况和再生制动工况使等效牵引供电系统处于消耗功率或返送功率工况、等效牵引供电系统处于消耗功率工况或返回工况时控制背靠背变流装置对负荷的转移过程、储能装置的放电或充电过程、新能源发电装置的放电过程或逆变回馈装置的放电过程。本发明可模拟高铁牵引供电系统再生制动能量的储能、逆变回馈利用，新能源消纳，可用于储能装置、逆变回馈装置、新能源发电装置的能量管理策略、控制方法验证，成本低廉，便于改进优化。

主权项：1.一种高铁综合能源利用系统实验平台的实验方法，其特征在于，所述实验平台包括等效牵引供电系统、左等效机车、右等效机车、背靠背变流器装置、储能装置、新能源发电装置、逆变回馈装置和控制系统；所述等效牵引供电系统包括牵引变压器T1、T2和自耦变压器AT1、AT2、AT3、AT4；T1原边的两端分别连接到三相电网的A相和B相，次边的两端分别连接到左供电臂的接触线和正馈线，次边的中端连接到钢轨；T2原边的两端分别连接到三相电网的C相和B相，次边的两端分别连接到右供电臂的接触线和正馈线，次边的中端连接到钢轨；AT1和AT2的两端分别连接到左供电臂的接触线和正馈线，中端连接到钢轨；AT3和AT4的两端分别连接到右供电臂的接触线和正馈线，中端连接到钢轨；所述左等效机车包括隔离变压器T5、预充电模块P3、四象限变流器C7、可调负载L2和直流电源D2；T5的输入端连接到左供电臂，输出端通过P3连接到C7的交流侧，C7的直流侧分别通过直流断路器K9、K10连接到L2、D2；所述P3包括串联连接的交流断路器K7和预充电电阻R3，R3还并联连接交流接触器KM3；所述右等效机车包括隔离变压器T6、预充电模块P4、四象限变流器C8、可调负载L3和直流电源D3；T6的输入端连接到右供电臂，输出端通过P4连接到C8的交流侧，C8的直流侧分别通过直流断路器K11、K12连接到L3、D3；所述P4包括串联连接的交流断路器K8和预充电电阻R4，R4还并联连接交流接触器KM4；所述背靠背变流器装置包括隔离变压器T3和T4、预充电模块P1和P2、四象限变流器C1和C2；T3的输入端连接到左供电臂，输出端通过P1连接到C1的交流侧；T4的输入端连接到右供电臂，输出端通过P2连接到C2的交流侧；所述P1包括串联连接的交流断路器K1和预充电电阻R1，R1还并联连接交流接触器KM1；所述P2包括串联连接的交流断路器K2和预充电电阻R2，R2还并联连接交流接触器KM2；所述储能装置包括双向DCDC变换器C3和储能介质S1；C3的一端通过交流断路器K3连接到C1和C2的直流侧，另一端连接到S1；还包括双向DCDC变换器C4和储能介质S2；C4的一端通过直流断路器K4连接到C1和C2的直流侧，另一端连接到S2；所述新能源发电装置包括单向DCDC变换器C5和新能源单元D1；C5的一端通过直流断路器K5连接到C1和C2的直流侧，另一端连接到D1；所述逆变回馈装置包括双向DCAC变换器C6和可调负载L1；C6的一端通过直流断路器K6连接到C1和C2的直流侧，另一端连接到L1；所述控制系统分别连接到左等效机车、右等效机车、背靠背变流器装置、储能装置、新能源发电装置和逆变回馈装置；步骤1：实验平台准备，具体为闭合交流断路器K1、K2、K7、K8，给四象限变流器C1、C2、C7、C8直流侧电容预充电；当直流侧电压达到设定的阈值时，闭合交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4，使四象限变流器C1、C2、C7、C8直流侧电压升高到不控整流的额定电压；控制系统发出控制脉冲信号，控制四象限变流器C1、C2、C7、C8处于空载运行状态；闭合直流断路器K3、K4、K5、K6，此时储能装置、新能源发电装置和逆变回馈装置处于待机状态；步骤2：使等效牵引供电系统处于消耗功率工况或返送功率工况，其中使等效牵引供电系统处于消耗功率工况的步骤为：闭合直流断路器K9、K11，控制系统通过控制四象限变流器C7、C8的控制脉冲信号，控制四象限变流器C7、C8处于整流状态，用于模拟机车的牵引工况，使等效牵引供电系统处于消耗功率工况；或者，闭合直流断路器K9、K12，控制系统通过控制四象限变流器C7、C8的控制脉冲信号，控制四象限变流器C7处于整流状态和C8处于逆变状态，且整流功率大于逆变功率，用于模拟等效牵引供电系统同时出现牵引机车和再生制动机车的工况，且牵引功率大于再生功率，使等效牵引供电系统处于消耗功率工况；或者，闭合直流断路器K10、K11，控制系统通过控制四象限变流器C7、C8的控制脉冲信号，控制四象限变流器C7处于逆变状态和C8处于整流状态，且整流功率大于逆变功率，用于模拟等效牵引供电系统同时出现牵引机车和再生制动机车的工况，且牵引功率大于再生功率，使等效牵引供电系统处于消耗功率工况；使等效牵引供电系统处于返送功率工况的步骤为：闭合直流断路器K10、K12，控制系统通过控制四象限变流器C7、C8的控制脉冲信号，控制四象限变流器C7、C8处于逆变状态，用于模拟机车的再生制动工况，使等效牵引供电系统处于返送功率工况；或者，闭合直流断路器K9、K12，控制系统通过控制四象限变流器C7、C8的控制脉冲信号，控制四象限变流器C7处于整流状态和C8处于逆变状态，且整流功率小于逆变功率，用于模拟等效牵引供电系统同时出现牵引机车和再生制动机车的工况，且牵引功率小于再生功率，使等效牵引供电系统处于返送功率工况；或者，闭合直流断路器K10、K11，控制系统通过控制四象限变流器C7、C8的控制脉冲信号，控制四象限变流器C7处于逆变状态和C8处于整流状态，且整流功率小于逆变功率，用于模拟等效牵引供电系统同时出现牵引机车和再生制动机车的工况，且牵引功率小于再生功率，使等效牵引供电系统处于返送功率工况；当等效牵引供电系统处于消耗功率工况，则执行步骤3，如下：控制系统判断储能介质S1、S2剩余能量是否满足放电条件；若满足，则计算储能装置的放电参考功率，否则设置储能装置放电参考功率为0；控制系统判断新能源发电装置是否满足放电条件；若满足，则计算新能源发电装置的放电参考功率，否则设置新能源发电装置放电参考功率为0；根据储能装置和新能源发电装置的放电参考功率，计算四象限变流器C1、C2的有功参考功率，计算双向DCDC变换器C3、C4和单向DCDC变换器C5的参考功率；控制系统根据储能装置和新能源发电装置的参考功率，控制四象限变流器C1、C2的有功参考功率，控制双向DCDC变换器C3、C4和单向DCDC变换器C5的参考功率；调节控制脉冲信号，将储能介质S1、S2和新能源发电单元D1释放的能量通过背靠背变流器装置转移到左、右供电臂上，用于等效机车牵引消耗；当等效牵引供电系统处于返送功率工况，则执行步骤3’，如下：控制系统判断储能介质S1、S2剩余容量是否满足充电条件；若满足，则计算储能装置的充电参考功率，否则设置储能装置充电参考功率为0；控制系统判断逆变回馈装置是否满足逆变回馈条件；若满足，则计算逆变回馈装置的放电参考功率，否则设置逆变回馈装置的放电参考功率为0；根据储能装置的充电参考功率和逆变回馈装置的放电参考功率，控制双向DCDC变换器C3、C4的参考功率和四象限变流器C1、C2的有功参考功率，以及DCAC变换器C6的有功参考功率；调节控制脉冲信号，将左、右供电臂上的再生制动能量储存到储能介质S1、S2以及回馈给可调负载L1。

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百度查询： 西南交通大学 一种高铁综合能源利用系统实验平台及其实验方法

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