一种电气化铁路接触网直流融冰系统及其控制方法

1.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接触网直流融冰系统及其控制方法。


背景技术：

2.电气化铁路是我国国民经济的重要设施，近年来，我国电气化铁路运营里程不断攀升。由于我国幅员辽阔，电气化铁路接触网会面临各种各样的恶劣环境，接触网覆冰是一种常见的自然灾害，会导致接触线、承力索、连接部件、绝缘子等折断，导致供电中断，影响机车运行，甚至导致受电弓损坏及机车运行事故。因此，研究用于电气化铁路接触网融冰技术具有重大意义。接触网融冰主要目的是融化接触线以及承力索的覆冰。
3.电气化铁路接触网除冰主要分为加热融冰和机械除冰两类。机械除冰是通过刮擦方式刮掉表面覆冰。加热融冰是利用焦耳热效应，对电气化铁路接触网进行电流加热导线进行除冰，是最有效的防除覆冰技术。加热融冰有交流融冰和直流融冰，直流融冰将覆冰线路作为负载，对其提供短路电流加热导线。直流融冰可以忽略线路阻抗中的感性分量，提高融冰效率，且融冰的直流电压可以调节，可以满足不同覆冰线路的电压需求。
4.目前，电气化铁路接触网加热融冰的方案主要包括：
5.1)基于静止无功发生器svg的融冰装置，调节速度快，可以实现不同环境下的融冰需求，但所需容量大，设备成本高，增加匹配变压器降低svg容量，降低了svg成本但增加了变压器的成本；2)采用整流变压器与级联型整流单元输出得到单相直流电压为融冰提供热量，此种方案需要单独设置融冰装置，增加了额外成本；3)利用背靠背变流器两侧单相变流器的直流端口由并联改为串联，不用单独设置融冰装置，且直流融冰效率高，融冰直流电压/电流可控，但背靠背变流器容量大，结构复杂，成本高，不利于工程应用。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种电气化铁路接触网直流融冰系统及其控制方法，它不但能有效地解决接触网覆冰现象，并且可以将可再生能源和储能应用到融冰系统中。该融冰系统结构简单，易控制，成本低，利于工程应用。
7.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电气化铁路接触网直流融冰系统，包括通过开关s1与牵引变压器连接的牵引母线tb
α
、通过开关s2与牵引变压器连接的牵引母线tb
β
、ac/dc变流器ad、直流源ds和控制器cc；其特征在于：ac/dc变流器ad的a端子通过开关s3与牵引母线tb
α
连接，ac/dc变流器ad的b端子通过开关s4与牵引母线tb
β
连接，ac/dc变流器ad的c端子、d端子分别通过开关s5和开关s6与接触网的α上行t线αutl和β下行t线βdtl连接；直流源ds与ac/dc变流器ad的直流侧c端子、d端子连接；电压互感器pt跨接在牵引母线tb
α
、牵引母线tb
β
的两端；电流互感器ct串接在α上行t线αutl；接触网的α上行t线αutl和p上行t线βutl分别通过开关s
11
、开关s
12
与牵引母线tb
α
、牵引母线tb
β
连接；电压互感器pt、电流互感器ct、气象传感器ms、冰厚测量装置im的信号端均与控制器cc的输入端连
接，控制器cc的输出端分别与开关s1、开关s2、开关s3、开关s4、开关s5、开关s6、开关s7、开关s8、开关s9、开关s
10
、开关s
11
、开关s
12
的控制端连接；控制器cc的双向信号端口分别与ac/dc变流器ad及其旁路开关ba和旁路开关bd、直流源ds的双向信号端口连接；ac/dc变流器ad能够四象限运行，控制器cc通过控制ac/dc变流器ad，实现a端子和b端子的能量独立双向流动，并在c端子、d端子输出融冰需要的直流电能。
8.进一步的是，ac/dc变流器ad1交流侧第一端口对应ac/dc变流器ad的a端子，第二端口与ac/dc变流器ad2交流侧的第一端口级联，如此递进直到ac/dc变流器ad
n-1
交流侧的第二端口与ac/dc变流器adn交流侧的第一端口级联；ac/dc变流器adn交流侧的第二端口对应ac/dc变流器ad的b端子，并依次通过电抗器r、开关s4与牵引母线tb
β
连接；ac/dc变流器ad1、ac/dc变流器ad2、...、ac/dc变流器adn的交流侧第一端口与第二端口之间分别设有旁路开关ba1、旁路开关ba2、...、旁路开关ban；ac/dc变流器ad1、ac/dc变流器ad2、...、ac/dc变流器adn的直流侧第一端口与第二端口之间分别设有旁路开关bd1、旁路开关bd2、...、旁路开关bdn；ac/dc变流器ad1直流侧第一端口对应ac/dc变流器ad的c端子，ac/dc变流器ad1直流侧第二端口与ac/dc变流器ad2直流侧第一端口级联，如此递进直到ac/dc变流器ad
m-1
直流侧的第二端口与ac/dc变流器adm直流侧的第一端口级联；ac/dc变流器adm直流侧的第二端口对应ac/dc变流器ad的d端子；ac/dc变流器ad
m 1
、...、ac/dc变流器adn的直流侧既能够接入分布式直流源ds，也能够接入集中式直流源ds，其中，m、n为正整数且n≥m。
9.优选地，所述接入分布式直流源ds的接法是将直流源ds
m 1
、直流源ds
m 2
、...、直流源dsn分别与ac/dc变流器ad
m 1
、ac/dc变流器ad
m 2
、...、ac/dc变流器adn的直流测连接。
10.优选地，所述ac/dc变流器ad1、ac/dc变流器ad2、...、ac/dc变流器adn的另一种接法是，将其交流侧分别接入多绕组变压器mt的次边绕组，多绕组变压器mt的原边第一端口对应ac/dc变流器ad的a端子，第二端口对应ac/dc变流器ad的b端子，且依次通过电抗器r、开关s4与牵引母线tb
β
连接。
11.优选地，所述ac/dc变流器ad1、ac/dc变流器ad2、...、ac/dc变流器adn的另一种接法是将其交流侧分别接入多绕组变压器mt的次边绕组，多绕组变压器mt的原边第一端口对应ac/dc变流器ad的a端子，第二端口对应ac/dc变流器ad的b端子，且依次通过电抗器r、开关s4与牵引母线tb
β
连接；ac/dc变流器ad
m 1
、...、ac/dc变流器adn的直流侧接入分布式直流源ds。
12.优选地，所述ac/dc变流器ad1、ac/dc变流器ad2、...、ac/dc变流器adn的另一种接法是将其交流侧分别接入多绕组变压器mt的次边绕组，多绕组变压器mt的原边第一端口对应ac/dc变流器ad的a端子，第二端口对应ac/dc变流器ad的b端子，且依次通过电抗器r、开关s4与牵引母线tb
β
连接；ac/dc变流器ad
m 1
、...、ac/dc变流器adn的直流侧接入集中式直流源ds。
13.优选地，所述直流源ds包括但不限于储能装置、光伏、风机或其它直流电源。
14.另一方面，本发明还提供一种电气化铁路接触网直流融冰系统的控制方法，包括以下三个步骤：
15.步骤一、融冰系统准备
16.在有寒潮袭来，可能导致接触网覆冰的先兆出现时，控制器cc根据监测到的气象数据、接触网覆冰情况以及系统实时电压、电流，及时判断是否需要融冰；当控制器cc判断
接触网需要融冰时，率先控制开关s
11
、开关s
12
使牵引母线tb
α
断电；然后控制开关s1、开关s2、开关s3、开关s4依次断开，使接触网的α上行t线αutl和β上行t线βutl断电；再控制开关s5、开关s6依次闭合，接入ac/dc变流器ad和直流源ds电路，并使开关s7、开关s8、开关s9、开关s
10
依次闭合，构成融冰回路；最后再依次将开关s3、开关s4、开关s1、开关s2闭合构成闭环连接，给融冰回路供电；
17.步骤二、具体实施融冰
18.控制器cc控制ac/dc变流器ad为融冰回路提供融冰所需电压，具体控制方法分为能量管理层和设备控制层，在能量管理层中，实时检测可再生能源输出功率、储能荷电状态和健康状态，判断直流源ds是否满足融冰回路所需能量，如果满足，则控制直流源ds单独为融冰回路提供所需电压；如果直流源ds无法为融冰回路提供所有的能量，则控制ac/dc变流器ad从牵引母线获取能量与直流源ds共同为融冰回路提供所需电压；能量管理层以可再生能源消纳、平衡牵引母线tb
α
和牵引母线tb
β
的有功功率和无功功率为目标，计算得到直流源ds中可再生能源出力、储能装置充放电以及ac/dc变流器ad电流的幅值和相角的参考值，然后将结果下发给设备控制层；设备控制层采用控制策略，控制ac/dc变流器ad、可再生能源、储能装置的运行状态，在实现融冰的同时，须保证牵引供电系统的电能质量；其中控制策略包括但不限于电压、电流双闭环控制策略、模型预测控制策略、滑膜变结构控制策略；
19.步骤三、退出融冰状态
20.当控制器cc根据气象数据判断接触网不满足融冰条件时，融冰回路退出运行，首先，依次断开开关s1、开关s2、开关s3、开关s4，给融冰回路断电；然后，依次断开开关s5、开关s6、开关s7、开关s8、开关s9、开关s
10
，退出融冰回路；最后，闭合开关s
11
、开关s
12
、开关s1、开关s2、开关s3、开关s4，恢复接触网供电状态。
21.优选地，本发明提供的一种电气化铁路接触网直流融冰系统的控制方法具有容错功能，控制器cc实时检测ac/dc变流器ad1、
…
、ac/dc变流器adi、
…
、ac/dc变流器adn的健康状态，若其中第i个ac/dc变流器adi故障，则：对于交流侧与多绕组变压器连接的ac/dc变流器adi，断开与多绕组变压器的连接且闭合旁路开关bdi；对于交流侧没有与多绕组变压器连接的ac/dc变流器adi，闭合旁路开关bai和旁路开关bdi。若其中第i个ac/dc变流器adi正常，则：对于交流侧与多绕组变压器连接的ac/dc变流器adi，继续保持与多绕组变压器的连接且断开旁路开关bdi；对于交流侧没有与多绕组变压器连接的ac/dc变流器adi，断开旁路开关bai和旁路开关bdi，其中i为正整数，且i≤n。
22.采用本技术方案的有益效果：
23.(1)本发明所提单相变换装置ads可以在接触网覆冰时，不改变原有牵引供电系统拓扑且不增加设备的情况下，满足直流融冰的需求；并且可以将可再生能源或者储能装置应用于直流融冰；
24.(2)本发明在实现直流融冰的同时，可以消纳可再生能源、尽量平衡牵引母线两相有功功率和无功功率，保证牵引供电系统的电能质量；
25.(3)本发明结构简单，易控制，成本低，便于推广应用。
附图说明
26.图1为本发明电气化铁路接触网直流融冰系统结构图；
27.图2为本发明的单相变换装置ads第一种具体实施方式的系统结构框图；
28.图3为本发明的单相变换装置ads第二种具体实施方式的系统结构框图；
29.图4为本发明的单相变换装置ads第三种具体实施方式的系统结构框图；
30.图5为本发明的单相变换装置ads第四种具体实施方式的系统结构框图；
31.图6为本发明的单相变换装置ads第一、二种具体实施方式中任意一条直流结构框图；
32.图7为本发明的单相变换装置ads第三、四种具体实施方式中任意一条直流结构框图。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下，基于本发明原理所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
34.本发明的工作原理是：直流融冰系统所需电压可以优先由通过ac/dc变流器ad的直流侧接入系统的可再生能源和储能装置提供，如果不能完全满足，不足部分再通过ac/dc变流器ad的交流侧从牵引母线获取，并尽量平衡牵引母线两相的有功功率和无功功率。
35.如附图1至附图7所示，给出了本发明一种电气化铁路接触网直流融冰系统及其控制方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
36.实施例一
37.如附图1所示，为本发明一种电气化铁路接触网直流融冰系统结构图，其中，所述系统包括：
38.包括通过开关s1与牵引变压器连接的牵引母线tb
α
、通过开关s2与牵引变压器连接的牵引母线tb
β
、ac/dc变流器ad、直流源ds和控制器cc；
39.ac/dc变流器ad的a端子通过开关s3与牵引母线tb
α
连接，ac/dc变流器ad的b端子通过开关s4与牵引母线tb
β
连接，ac/dc变流器ad的c端子、d端子分别通过开关s5和开关s6与接触网的α上行t线αutl和β下行t线βdtl连接；直流源ds与ac/dc变流器ad的直流侧c端子、d端子连接；电压互感器pt跨接在牵引母线tb
α
、牵引母线tb
β
的两端；电流互感器ct串接在α上行t线αutl；接触网的α上行t线αutl和β上行t线βutl分别通过开关s
11
、开关s
12
与牵引母线tb
α
、牵引母线tb
β
连接；电压互感器pt、电流互感器ct、气象传感器ms、冰厚测量装置im的信号端均与控制器cc的输入端连接，控制器cc的输出端分别与开关s1、开关s2、开关s3、开关s4、开关s5、开关s6、开关s7、开关s8、开关s9、开关s
10
、开关s
11
、开关s
12
的控制端连接；控制器cc的双向信号端口分别与ac/dc变流器ad及其旁路开关ba和旁路开关bd、直流源ds的双向信号端口连接；ac/dc变流器ad能够四象限运行，控制器cc通过控制ac/dc变流器ad，实现a端子和b端子的能量独立双向流动，并在c端子、d端子输出融冰需要的直流电能。
40.实施例二
41.如图2所示，本发明的单相变换装置ads第一种具体实施方式的系统结构框图，还包括：ac/dc变流器ad1交流侧第一端口对应ac/dc变流器ad的a端子，第二端口与ac/dc变流
器ad2交流侧的第一端口级联，如此递进直到ac/dc变流器ad
n-1
交流侧的第二端口与ac/dc变流器adn交流侧的第一端口级联；ac/dc变流器adn交流侧的第二端口对应ac/dc变流器ad的b端子，并依次通过电抗器r、开关s4与牵引母线tb
β
连接；ac/dc变流器ad1、ac/dc变流器ad2、...、ac/dc变流器adn的交流侧第一端口与第二端口之间分别设有旁路开关ba1、旁路开关ba2、...、旁路开关ban；ac/dc变流器ad1、ac/dc变流器ad2、...、ac/dc变流器adn的直流侧第一端口与第二端口之间分别设有旁路开关bd1、旁路开关bd2、...、旁路开关bdn；ac/dc变流器ad1直流侧第一端口对应ac/dc变流器ad的c端子，ac/dc变流器ad1直流侧第二端口与ac/dc变流器ad2直流侧第一端口级联，如此递进直到ac/dc变流器ad
m-1
直流侧的第二端口与ac/dc变流器adm直流侧的第一端口级联；ac/dc变流器adm直流侧的第二端口对应ac/dc变流器ad的d端子；ac/dc变流器ad
m 1
、...、ac/dc变流器adn的直流侧既能够接入分布式直流源ds，也能够接入集中式直流源ds，其中，m、n为正整数且n≥m。
42.所述接入分布式直流源ds的接法是将直流源ds
m 1
、直流源ds
m 2
、...、直流源dsn分别与ac/dc变流器ad
m 1
、ac/dc变流器ad
m 2
、...、ac/dc变流器adn的直流测连接。
43.如图3所示，本发明的单相变换装置ads第二种具体实施方式的系统结构框图，还包括：所述接入集中式直流源ds的接法是将ac/dc变流器ad
m 1
、ac/dc变流器ad
m 2
、...、ac/dc变流器adn的直流侧与设有直流源ds的直流母线bus并接。
44.如图4所示，本发明的单相变换装置ads第三种具体实施方式的系统结构框图，还包括：所述ac/dc变流器ad1、ac/dc变流器ad2、...、ac/dc变流器adn的另一种接法是，将其交流侧分别接入多绕组变压器mt的次边绕组，多绕组变压器mt的原边第一端口对应ac/dc变流器ad的a端子，第二端口对应ac/dc变流器ad的b端子，且依次通过电抗器r、开关s4与牵引母线tb
β
连接；
45.ac/dc变流器ad
m 1
、...、ac/dc变流器adn的直流侧接入分布式直流源ds。
46.如图5所示，本发明的单相变换装置ads第四种具体实施方式的系统结构框图，还包括：
47.所述ac/dc变流器ad1、ac/dc变流器ad2、...、ac/dc变流器adn的另一种接法是，将其交流侧分别接入多绕组变压器mt的次边绕组，多绕组变压器mt的原边第一端口对应ac/dc变流器ad的a端子，第二端口对应ac/dc变流器ad的b端子，且依次通过电抗器r、开关s4与牵引母线tb
β
连接；
48.ac/dc变流器ad
m 1
、...、ac/dc变流器adn的直流侧接入分布式直流源ds。
49.所述直流源ds包括但不限于储能装置、光伏、风机或其它直流电源。
50.实施例三
51.另一方面，所述的电气化铁路接触网融冰系统的控制方法，包括以下三个步骤：
52.步骤一、融冰系统准备
53.在有寒潮袭来，可能导致接触网覆冰的先兆出现时，控制器cc根据监测到的气象数据、接触网覆冰情况以及系统实时电压、电流，及时判断是否需要融冰；当控制器cc判断接触网需要融冰时，率先控制开关s
11
、开关s
12
使牵引母线tba断电；然后控制开关s1、开关s2、开关s3、开关s4依次断开，使接触网的α上行t线αutl和β上行t线βutl断电；再控制开关s5、开关s6依次闭合，接入ac/dc变流器ad和直流源ds电路，并使开关s7、开关s8、开关s9、开关s
10
依次闭合，构成融冰回路；最后再依次将开关s3、开关s4、开关s1、开关s2闭合构成闭环连
接，给融冰回路供电；
54.步骤二、具体实施融冰
55.控制器cc控制ac/dc变流器ad为融冰回路提供融冰所需电压，具体控制方法分为能量管理层和设备控制层，在能量管理层中，实时检测可再生能源输出功率、储能荷电状态和健康状态，判断直流源ds是否满足融冰回路所需能量，如果满足，则控制直流源ds单独为融冰回路提供所需电压；如果直流源ds无法为融冰回路提供所有的能量，则控制ac/dc变流器ad从牵引母线获取能量与直流源ds共同为融冰回路提供所需电压；能量管理层以可再生能源消纳、平衡牵引母线tb
α
和牵引母线tb
β
的有功功率和无功功率为目标，计算得到直流源ds中可再生能源出力、储能装置充放电以及ac/dc变流器ad电流的幅值和相角的参考值，然后将结果下发给设备控制层；设备控制层采用控制策略，控制ac/dc变流器ad、可再生能源、储能装置的运行状态，在实现融冰的同时，须保证牵引供电系统的电能质量；其中控制策略包括但不限于电压、电流双闭环控制策略、模型预测控制策略、滑膜变结构控制策略；
56.步骤三、退出融冰状态
57.当控制器cc根据气象数据判断接触网不满足融冰条件时，融冰回路退出运行，首先，依次断开开关s1、开关s2、开关s3、开关s4，给融冰回路断电；然后，依次断开开关s5、开关s6、开关s7、开关s8、开关s9、开关s
10
，退出融冰回路；最后，闭合开关s
11
、开关s
12
、开关s1、开关s2、开关s3、开关s4，恢复接触网供电状态。
58.实施例四
59.如图6所示，本发明提供一种电气化铁路接触网直流融冰系统的控制方法具有容错功能，实时检测ac/dc变流器ad1、
…
、ac/dc变流器adi、
…
、ac/dc变流器adn的健康状态，若其中第i个ac/dc变流器adi故障，则闭合旁路开关bai和旁路开关bdi；若其中第i个ac/dc变流器adi正常，则断开旁路开关bai和旁路开关bdi，其中i为正整数，且i≤n。
60.实施例五
61.如图7所示，本发明提供一种电气化铁路接触网直流融冰系统的控制方法具有容错功能，实时检测ac/dc变流器ad1、
…
、ac/dc变流器adi、
…
、ac/dc变流器adn的健康状态，若其中第i个ac/dc变流器adi故障，则断开与多绕组变压器的连接且闭合旁路开关bdi；若其中第i个ac/dc变流器adi正常，则继续保持与多绕组变压器的连接且断开旁路开关bdi，其中i为正整数，且i≤n。

技术特征：
1.一种电气化铁路接触网直流融冰系统，包括通过开关s1与牵引变压器连接的牵引母线tb
α
、通过开关s2与牵引变压器连接的牵引母线tb
β
、ac/dc变流器ad、直流源ds和控制器cc；其特征在于：ac/dc变流器ad的a端子通过开关s3与牵引母线tb
α
连接，ac/dc变流器ad的b端子通过开关s4与牵引母线tb
β
连接，ac/dc变流器ad的c端子、d端子分别通过开关s5和开关s6与接触网的α上行t线αutl和β下行t线βdtl连接；直流源ds与ac/dc变流器ad的直流侧
c
端子、d端子连接；电压互感器pt跨接在牵引母线tb
α
、牵引母线tb
β
的两端；电流互感器ct串接在α上行t线αutl；接触网的α上行t线αutl和β上行t线βutl分别通过开关s
11
、开关s
12
与牵引母线tb
α
、牵引母线tb
β
连接；电压互感器pt、电流互感器ct、气象传感器ms、冰厚测量装置im的信号端均与控制器cc的输入端连接，控制器cc的输出端分别与开关s1、开关s2、开关s3、开关s4、开关s5、开关s6、开关s7、开关s8、开关s9、开关s
10
、开关s
11
、开关s
12
的控制端连接；控制器cc的双向信号端口分别与ac/dc变流器ad及其旁路开关ba和旁路开关bd、直流源ds的双向信号端口连接；ac/dc变流器ad能够四象限运行，控制器cc通过控制ac/dc变流器ad，实现a端子和b端子的能量独立双向流动，并在c端子、d端子输出融冰需要的直流电能。2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统，其特征在于：ac/dc变流器ad1交流侧第一端口对应ac/dc变流器ad的a端子，第二端口与ac/dc变流器ad2交流侧的第一端口级联，如此递进直到ac/dc变流器ad
n-1
交流侧的第二端口与ac/dc变流器ad
n
交流侧的第一端口级联；ac/dc变流器ad
n
交流侧的第二端口对应ac/dc变流器ad的b端子，并依次通过电抗器r、开关s4与牵引母线tb
β
连接；ac/dc变流器ad1、ac/dc变流器ad2、
…
、ac/dc变流器ad
n
的交流侧第一端口与第二端口之间分别设有旁路开关ba1、旁路开关ba2、
…
、旁路开关ba
n
；ac/dc变流器ad1、ac/dc变流器ad2、
…
、ac/dc变流器ad
n
的直流侧第一端口与第二端口之间分别设有旁路开关bd1、旁路开关bd2、
…
、旁路开关bd
n
；ac/dc变流器ad1直流侧第一端口对应ac/dc变流器ad的c端子，ac/dc变流器ad1直流侧第二端口与ac/dc变流器ad2直流侧第一端口级联，如此递进直到ac/dc变流器ad
m-1
直流侧的第二端口与ac/dc变流器ad
m
直流侧的第一端口级联；ac/dc变流器ad
m
直流侧的第二端口对应ac/dc变流器ad的d端子；ac/dc变流器ad
m 1
、
…
、ac/dc变流器ad
n
的直流侧既能够接入分布式直流源ds，也能够接入集中式直流源ds，其中，m、n为正整数且n≥m。3.根据权利要求2所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统，其特征在于：所述接入分布式直流源ds的接法是将直流源ds
m 1
、直流源ds
m 2
、...、直流源ds
n
分别与ac/dc变流器ad
m 1
、ac/dc变流器ad
m 2
、
…
、ac/dc变流器ad
n
的直流测连接。4.根据权利要求2所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统，其特征在于：所述接入集中式直流源ds的接法是将ac/dc变流器ad
m 1
、ac/dc变流器ad
m 2
、
…
、ac/dc变流器ad
n
的直流侧与设有直流源ds的直流母线bus并接。5.根据权利要求3所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统，其特征在于：所述ac/dc变流器ad1、ac/dc变流器ad2、
…
、ac/dc变流器ad
n
的另一种接法是，将其交流侧分别接入多绕组变压器mt的次边绕组，多绕组变压器mt的原边第一端口对应ac/dc变流器ad的a端子，第二端口对应ac/dc变流器ad的b端子，且依次通过电抗器r、开关s4与牵引母线tb
β
连接。6.根据权利要求4所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统，其特征在于：所述ac/dc变流器ad1、ac/dc变流器ad2、
…
、ac/dc变流器ad
n
的另一种接法是将其交流侧分别接入多绕组变压器mt的次边绕组，多绕组变压器mt的原边第一端口对应ac/dc变流器ad的a端子，
第二端口对应ac/dc变流器ad的b端子，且依次通过电抗器r、开关s4与牵引母线tb
β
连接。7.根据权利要求2所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统，其特征在于，所述直流源ds包括但不限于储能装置、光伏、风机或其它直流电源。8.一种基于权利要求1所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统的控制方法，包括以下三个步骤：步骤一、融冰系统准备在有寒潮袭来，可能导致接触网覆冰的先兆出现时，控制器cc根据监测到的气象数据、接触网覆冰情况以及系统实时电压、电流，及时判断是否需要融冰；当控制器cc判断接触网需要融冰时，率先控制开关s
11
、开关s
12
使牵引母线tb
α
断电；然后控制开关s1、开关s2、开关s3、开关s4依次断开，使接触网的α上行t线αutl和β上行t线βutl断电；再控制开关s5、开关s6依次闭合，接入ac/dc变流器ad和直流源ds电路，并使开关s7、开关s8、开关s9、开关s
10
依次闭合，构成融冰回路；最后再依次将开关s3、开关s4、开关s1、开关s2闭合构成闭环连接，给融冰回路供电；步骤二、具体实施融冰控制器cc控制ac/dc变流器ad为融冰回路提供融冰所需电压，具体控制方法分为能量管理层和设备控制层，在能量管理层中，实时检测可再生能源输出功率、储能荷电状态和健康状态，判断直流源ds是否满足融冰回路所需能量，如果满足，则控制直流源ds单独为融冰回路提供所需电压；如果直流源ds无法为融冰回路提供所有的能量，则控制ac/dc变流器ad从牵引母线获取能量与直流源ds共同为融冰回路提供所需电压；能量管理层以可再生能源消纳、平衡牵引母线tb
α
和牵引母线tb
β
的有功功率和无功功率为目标，计算得到直流源ds中可再生能源出力、储能装置充放电以及ac/dc变流器ad电流的幅值和相角的参考值，然后将结果下发给设备控制层；设备控制层采用控制策略，控制ac/dc变流器ad、可再生能源、储能装置的运行状态，在实现融冰的同时，须保证牵引供电系统的电能质量；其中控制策略包括但不限于电压、电流双闭环控制策略、模型预测控制策略、滑膜变结构控制策略；步骤三、退出融冰状态当控制器cc根据气象数据判断接触网不满足融冰条件时，融冰回路退出运行，首先，依次断开开关s1、开关s2、开关s3、开关s4，给融冰回路断电；然后，依次断开开关s5、开关s6、开关s7、开关s8、开关s9、开关s
10
，退出融冰回路；最后，闭合开关s
11
、开关s
12
、开关s1、开关s2、开关s3、开关s4，恢复接触网供电状态。9.根据权利要求8所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统的控制方法，其特征在于，所述直流融冰系统还具有容错能力，控制器cc实时检测ac/dc变流器ad1、
…
、ac/dc变流器ad
i
、
…
、ac/dc变流器ad
n
的健康状态，若其中第i个ac/dc变流器adi故障，则闭合旁路开关bai和旁路开关bd
i
将故障变流器ad
i
切除运行；若ac/dc变流器ad
i
未发生故障，则旁路开关ba
i
和旁路开关bd
i
均断开，其中i为正整数，且i≤n。10.根据权利要求8所述的一种电气化铁路接触网直流融冰系统的控制方法，其特征在于，所述直流融冰系统还具有容错能力，控制器cc实时检测ac/dc变流器ad1、
…
、ac/dc变流器ad
i
、
…
、ac/dc变流器ad
n
的健康状态，若其中第i个ac/dc变流器ad
i
故障，则断开ac/dc变流器ad
i
与多绕组变压器的连接以及闭合旁路开关bd
i
，将故障变流器ad
i
切除运行；若ac/dc变流器ad
i
未发生故障，则旁路开关bd
i
断开，其中i为正整数，且i≤n。

技术总结
本发明公开了一种电气化铁路接触网直流融冰系统及其控制方法，涉及电气化铁路牵引供电技术领域。直流融冰系统包括AC/DC变流器、直流源、控制器；控制器根据实时电压、电流，以及气象数据、接触网覆冰情况，结合可再生能源消纳、平衡两牵引母线有功功率和无功功率为目标，在实现融冰的同时，保证牵引供电系统的电能质量。本发明在不改变原有牵引供电系统拓扑且不增加设备的情况下，满足直流融冰的需求；并且可以将可再生能源或者储能装置产生的能量应用于直流融冰系统。量应用于直流融冰系统。量应用于直流融冰系统。


技术研发人员：戴朝华 廉静如
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2022.04.15
技术公布日：2022/5/25