ЛОКОМОТИВНАЯ РЕГЕНЕРАТИВНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ И ФУНКЦИЕЙ АНТИОБЛЕДЕНЕНИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК B60M1/12 B60L7/10 H02G7/16 H02H7/122 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к области электроэнергетики большой мощности для нужд железнодорожного транспорта, в частности, к локомотивной регенеративной системе электропитания с обратной связью и функцией антиобледенения, а также к способу управления.

Существующий уровень техники

Локомотивная регенеративная система электропитания с обратной связью применяется для поглощения регенеративной электроэнергии и обратной связи на железнодорожном транспорте, например, для обратной подачи регенеративной электроэнергии в сеть.

Краткое описание принципа действия регенеративного блока питания с обратной связью: После того, как транспортное средство начинает торможение, кинетическая энергия локомотива преобразуется в электрическую. При поступании электрической энергии в сеть постоянного тока напряжение в сети возрастает. Система управления регенеративным блоком питания с обратной связью определяет напряжение в сети постоянного тока в режиме реального времени. При повышении напряжения в сети постоянного тока до определенного уровня запускается обратный преобразователь, который передает избыточную электрическую энергии обратно в сеть переменного тока.

Зимой при определенных температурных условиях элементы системы подвергаются обледенению под действием сочетания таких факторов, как низкие температуры, высокая влажность воздуха и скорость ветра. Обледенение больших площадей контактных воздушных проводов может привести к обрушению опор ЛЭП, а сам провод под воздействием льда может раскачиваться или даже оборваться, что отрицательно сказывается на качестве и безопасности работы воздушных ЛЭП. При обледенении контактной сети электрифицированных железных дорог токосниматели не могут надлежащим образом контактировать с проводом, что иногда приводит к порче или выходу из строя токоснимателя и, следовательно, серьезно влияет на безопасность и нарушает график движения поездов. Имеющиеся антиобледенительные решения предполагают установку дополнительных специализированных устройств, что влечет за собой увеличение расходов, потребности в площадях и сложности системы.

Настоящее изобретение использует систему обратной связи локомотивной регенеративной электроэнергии для выполнения антиобледенительных функций, что позволяет обойтись без дополнительных расходов.

Краткое описание изобретения

Чтобы решить проблему обледенения контактной сети электрифицированных железных дорог, в настоящем изобретении предлагается использовать обратную энергию от локомотивной регенеративной системы для плавления льда, при этом можно использовать уже установленную на транспортной станции локомотивную регенеративную систему без дополнительных вложений.

В настоящем изобретении предлагается следующее решение:

Локомотивная регенеративная система электропитания с обратной связью и функцией антиобледенения состоит из двух регенеративных блоков питания с обратной связью. Положительный электрод постоянного тока регенеративного блока питания с обратной связью подключен к положительной электродной шине транспортной сети метрополитена, при этом положительная электродная шина подключена к восходящей контактной сети и нисходящей контактной сети, соответственно, через первый коммутационный аппарат и второй коммутационный аппарат. Отрицательный электрод постоянного тока регенеративного блока питания с обратной связью подключен к нисходящей или восходящей контактной сети через третий коммутационный аппарат и к отрицательной электродной шине транспортной сети метрополитена через четвертый коммутационный аппарат.

Регенеративный блок питания с обратной связью состоит из выпрямителя, образованного силовыми полупроводниковыми приборами. Выпрямитель предназначен для передачи активной мощности в двух направлениях, т.е. выпрямитель способен управлять подачей активной мощности от сети переменного тока на шину постоянного тока транспортной сети метрополитена, а также подачей активной мощности от шины постоянного тока транспортной сети метрополитена в сеть переменного тока.

Третий и четвертый коммутационные аппараты отрегулированы так, что они не могут быть разомкнуты в одно и то же время.

Настоящее изобретение также предлагает способ управления локомотивной регенеративной системой электропитания с обратной связью. При работе регенеративных блоков питания с обратной связью в режиме обратной связи способ управления включает в себя следующие этапы:

этап 1: размыкание третьего коммутационного аппарата;

этап 2: замыкание четвертого коммутационного аппарата;

этап 3: запуск выпрямителя при торможении локомотива и управление подачей активной мощности от шины постоянного тока транспортной сети метрополитена в сеть переменного тока.

При работе регенеративных блоков питания с обратной связью в режиме плавления льда способ управления включает в себя следующую последовательность:

если третий коммутационный аппарат подключен к восходящей контактной сети, способ включает в себя следующие этапы:

этап 1: размыкание первого коммутационного аппарата и четвертого коммутационного аппарата;

этап 2: замыкание второго коммутационного аппарата и третьего коммутационного аппарата;

этап 3: запуск выпрямителя одного из регенеративных блоков питания для стабилизации напряжения постоянного тока;

этап 4: запуск выпрямителя другого регенеративного блока питания для стабилизации тока, подающегося по контактной сети, путем регулировки напряжения постоянного тока;

если третий коммутационный аппарат подключен к нисходящей контактной сети, способ включает в себя следующие этапы:

этап 1: размыкание второго коммутационного аппарата и четвертого коммутационного аппарата;

этап 2: замыкание первого коммутационного аппарата и третьего коммутационного аппарата;

этап 3: запуск выпрямителя одного из регенеративных блоков питания для стабилизации напряжения постоянного тока;

этап 4: запуск выпрямителя другого регенеративного блока питания для стабилизации тока, подающегося по контактной сети, путем регулировки напряжения постоянного тока.

Настоящее изобретение позволяет добиться следующего полезного эффекта:

1. Настоящее изобретение использует систему обратной связи локомотивной регенеративной электроэнергии для выполнения антиобледенительных функций за счет переключения коммутаторов и преимуществ специального способа управления, что позволяет обойтись без дополнительных расходов. Как правило, локомотивная регенеративная система электропитания с обратной связью включается во время работы метрополитена, т.е. днем. Когда к контактной сети ночью не подключаются транспортные средства, локомотивную регенеративную систему электропитания с обратной связью можно переключить в режим плавления льда, при котором управление током будет осуществляться через контактную сеть, что позволит увеличить коэффициент использования оборудования.

2. Согласно настоящему изобретению напряжением шин постоянного тока двух регенеративных блоков питания обратной связи можно управлять в определенном диапазоне. Таким образом, током можно управлять в процессе плавления льда, при этом не нужно устанавливать точку короткого замыкания, что делает процесс безопасным и надежным. Предложенное решение не требует согласованного сопротивления для регулировки тока, а все тепло, которое вырабатывается, используется для плавления льда на линиях, что увеличивает эффективность эксплуатации оборудования.

3. Решение, предложенное настоящим изобретением, может использоваться для плавления льда по всей длине контактной сети между двумя станциями, следовательно, обеспечивается более обширная площадь плавления льда по сравнению с одиночной станцией.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 - схема всей системы согласно настоящему изобретению, где цифрами обозначены: 1. регенеративный блок питания обратной связи, 2. третий коммутационный аппарат, 3. четвертый коммутационный аппарат, 4. первый коммутационный аппарат, 5. второй коммутационный аппарат;

Фигура 2 - топологическая схема регенеративного блока питания обратной связи;

Фигура 3 - схема токовой петли со стороны постоянного тока при работы в режиме плавления льда;

Фигура 4 - схема токовой петли при работе в режиме обратной связи регенеративной электроэнергии;

Фигура 5 - эквивалентная схема решения согласно настоящему изобретению при работе в режиме плавления льда.

Подробное описание

Ниже приводится описание вариантов осуществления изобретения со ссылкой на чертежи.

Как показано на Фигуре 1, в представленном варианте осуществления изобретения система состоит из двух регенеративных блоков питания с обратной связью 1, которые включают в себя два комплекта регенеративных блоков питания и подключенные к ним коммутационные аппараты. Конфигурация обеих систем одинакова. На Фигуре 1 показана схема двух комплектов регенеративных блоков питания. Две смежные станции соединены контактной сетью. Положительный электрод постоянного тока регенеративного блока питания с обратной связью подключен к положительной электродной шине транспортной сети метрополитена, при этом положительная электродная шина подключена к восходящей контактной сети и нисходящей контактной сети, соответственно, через первый коммутационный аппарат 4 и второй коммутационный аппарат 5.

В настоящем варианте осуществления изобретения отрицательный электрод постоянного тока регенеративного блока питания с обратной связью подключен к нисходящей или восходящей контактной сети через третий коммутационный аппарат 2 и к отрицательной электродной шине транспортной сети метрополитена через четвертый коммутационный аппарат 3.

Регенеративный блок питания с обратной связью 1 состоит из выпрямителя, образованного силовыми полупроводниковыми приборами. Выпрямитель предназначен для передачи активной мощности в двух направлениях, т.е. выпрямитель способен управлять подачей активной мощности от сети переменного тока на шину постоянного тока транспортной сети метрополитена, а также подачей активной мощности от шины постоянного тока транспортной сети метрополитена в сеть переменного тока. Топологическая структура выпрямителя показана на Фигуре 2. В настоящем варианте осуществления изобретения у выпрямителя имеется трехфазный мостиковый контур, образованный биполярным транзистором с изолированным затвором (БТИЗ), обеспечивающим двунаправленное потокораспределение мощности.

Третий 2 и четвертый 3 коммутационные аппараты конструктивно взаимосвязаны и не замыкаются одновременно.

Способ управления в настоящем варианте осуществления включает в себя следующие этапы:

При работе регенеративных блоков питания с обратной связью в режиме обратной связи способ управления включает в себя следующие этапы:

этап 1: размыкание третьего коммутационного аппарата;

этап 2: замыкание четвертого коммутационного аппарата;

этап 3: запуск трехфазного выпрямителя при торможении локомотива и управление подачей активной мощности от шины постоянного тока транспортной сети метрополитена в сеть переменного тока. На Фигуре 4 показана токовая петля.

при работе регенеративных блоков питания с обратной связью в режиме обратной связи способ управления включает в себя следующие этапы:

этап 1: размыкание третьего коммутационного аппарата;

этап 2: замыкание четвертого коммутационного аппарата;

этап 3: запуск выпрямителя при торможении локомотива и управление подачей активной мощности от шины постоянного тока транспортной сети метрополитена в сеть переменного тока.

При работе регенеративных блоков питания с обратной связью в режиме плавления льда способ управления включает в себя следующую последовательность:

если третий коммутационный аппарат подключен к восходящей контактной сети, способ включает в себя следующие этапы:

этап 1: размыкание первого коммутационного аппарата и четвертого коммутационного аппарата;

этап 2: замыкание второго коммутационного аппарата и третьего коммутационного аппарата;

этап 3: запуск выпрямителя одного из регенеративных блоков питания для стабилизации напряжения постоянного тока;

этап 4: запуск выпрямителя другого регенеративного блока питания для стабилизации тока, подающегося по контактной сети, путем регулировки напряжения постоянного тока;

если третий коммутационный аппарат подключен к нисходящей контактной сети, способ включает в себя следующие этапы:

этап 1: размыкание второго коммутационного аппарата и четвертого коммутационного аппарата;

этап 2: замыкание первого коммутационного аппарата и третьего коммутационного аппарата;

этап 3: запуск выпрямителя одного из регенеративных блоков питания для стабилизации напряжения постоянного тока;

этап 4: запуск выпрямителя другого регенеративного блока питания для стабилизации тока, подающегося по контактной сети, путем регулировки напряжения постоянного тока. На Фигуре 3 показана токовая петля.

Фигура 5 представляет собой эквивалентную схему решения при работе в режиме плавления льда. Описывается специальный способ управления током в режиме плавления льда со ссылкой на Фигуру 5. Напряжение постоянного тока Udcl, которое регулируется регенеративным блоком питания обратной связи 1 на фигуре, составляет 1800В. Предполагается, что сопротивление контактной сети равняется RL1=RL2=0.2Ω, а общее сопротивление контактной сети - 0.4Ω. Если целевое значение тока для плавления льда составляет 800А, а перепад напряжения с учетом сопротивления контактной сети составляет 320В, заданное значение достигается путем регулировки напряжения постоянного тока на регенеративном блоке питания обратной связи 2, или Udc2=1800В-320В=1480В. В данном случае емкость регенеративного блока питания обратной связи 1 разряжена, а постоянное значение составляет 1800В. Регенеративному блоку питания обратной связи нужно получить мощность Р1 от сети переменного тока. Емкость регенеративного блока питания обратной связи 2 заряжена. Для стабилизации емкости и напряжения избыточную мощность Р2 нужно вернуть в сеть питания. Разница между Р1-Р2 компенсируется за счет сопротивления контактной сети, а выделяющееся тепло используется для плавления льда.

Вышеприведенное описание представляет собой предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения без ограничения его области. Любые изменения и модификации подпадают в область патентной защиты настоящего изобретения.

Группа изобретений относится к линиям электроснабжения. Локомотивная регенеративная система электропитания с обратной связью и функцией антиобледенения состоит из двух регенеративных блоков питания с обратной связью. Положительный электрод постоянного тока регенеративного блока питания с обратной связью подключен к положительной электродной шине транспортной сети метрополитена. При этом положительная электродная шина подключена к восходящей контактной сети и нисходящей контактной сети, соответственно, через первый коммутационный аппарат и второй коммутационный аппарат. Отрицательный электрод постоянного тока регенеративного блока питания с обратной связью подключен к нисходящей или восходящей контактной сети через третий коммутационный аппарат и к отрицательной электродной шине транспортной сети метрополитена через четвертый коммутационный аппарат. Также заявлены способы управления описанной системой. Технический результат заключается в предотвращении обледенения контактной сети за счет регенеративной электроэнергии. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Локомотивная регенеративная система электропитания с обратной связью и функцией антиобледенения, состоящая из двух регенеративных блоков питания с обратной связью, причем положительный электрод постоянного тока регенеративного блока питания с обратной связью подключен к положительной электродной шине транспортной сети метрополитена, при этом положительная электродная шина подключена к восходящей контактной сети и нисходящей контактной сети, соответственно, через первый коммутационный аппарат и второй коммутационный аппарат, а отрицательный электрод постоянного тока регенеративного блока питания с обратной связью подключен к нисходящей или восходящей контактной сети через третий коммутационный аппарат и к отрицательной электродной шине транспортной сети метрополитена через четвертый коммутационный аппарат.

2. Локомотивная регенеративная система электропитания с обратной связью и функцией антиобледенения по п. 1, отличающаяся тем, что регенеративный блок питания с обратной связью состоит из выпрямителя, образованного силовыми полупроводниковыми приборами, выпрямитель предназначен для передачи активной мощности в двух направлениях, т.е. выпрямитель способен управлять подачей активной мощности от сети переменного тока на шину постоянного тока транспортной сети метрополитена, а также подачей активной мощности от шины постоянного тока транспортной сети метрополитена в сеть переменного тока.

3. Локомотивная регенеративная система электропитания с обратной связью и функцией антиобледенения по п. 1, отличающаяся тем, что третий и четвертый коммутационные аппараты отрегулированы так, что они не могут быть разомкнуты в одно и то же время.

4. Способ управления локомотивной регенеративной системой электропитания с обратной связью и функцией антиобледенения по п. 1, отличающийся тем, что при работе регенеративных блоков питания с обратной связью в режиме обратной связи способ управления включает в себя следующие этапы:

этап 1: размыкание третьего коммутационного аппарата;

этап 2: замыкание четвертого коммутационного аппарата;

этап 3: запуск выпрямителя при торможении локомотива и управление подачей активной мощности от шины постоянного тока транспортной сети метрополитена в сеть переменного тока.

5. Способ управления локомотивной регенеративной системой электропитания с обратной связью и функцией антиобледенения по п. 1, отличающийся тем, что при работе регенеративных блоков питания с обратной связью в режиме плавления льда способ управления включает в себя следующую последовательность:

(1) если третий коммутационный аппарат подключен к восходящей контактной сети, способ включает в себя следующие этапы:

этап 101: размыкание первого коммутационного аппарата и четвертого коммутационного аппарата;

этап 102: замыкание второго коммутационного аппарата и третьего коммутационного аппарата;

этап 103: запуск выпрямителя одного из регенеративных блоков питания для стабилизации напряжения постоянного тока;

этап 104: запуск выпрямителя другого регенеративного блока питания для стабилизации тока, подающегося по контактной сети, путем регулировки напряжения постоянного тока;

(2) если третий коммутационный аппарат подключен к нисходящей контактной сети, способ включает в себя следующие этапы:

этап 201: размыкание второго коммутационного аппарата и четвертого коммутационного аппарата;

этап 202: замыкание первого коммутационного аппарата и третьего коммутационного аппарата;

этап 203: запуск выпрямителя одного из регенеративных блоков питания для стабилизации напряжения постоянного тока;

этап 204: запуск выпрямителя другого регенеративного блока питания для стабилизации тока, подающегося по контактной сети, путем регулировки напряжения постоянного тока.