Преобразовательная подстанция транспорта на электрической тяге



Преобразовательная подстанция транспорта на электрической тяге
Преобразовательная подстанция транспорта на электрической тяге
Преобразовательная подстанция транспорта на электрической тяге

 


Владельцы патента RU 2509667:

Едигарян Тигран Артемович (RU)
Осипов Владимир Евдокимович (RU)
Крикунов Илья Евгеньевич (RU)
Большаков Алексей Владимирович (RU)

Изобретение относится к подстанциям транспорта на электрической тяге и может быть использовано в системах электроснабжения линий трамвая, троллейбуса, метрополитена и для зарядки аккумуляторов электромобилей, электробусов и других видов транспортных средств на электрической тяге, работающих автономно. Преобразовательная подстанция содержит преобразователь (1) высокого напряжения в напряжение для контактной сети, включающий в себя высоковольтный трансформатор и выпрямитель, преобразователь напряжения (2) в напряжение для зарядных терминалов и блок (3) зарядных терминалов. Преобразователь содержит блок защиты, управляющий блок и блок источников тока, число которых равно числу зарядных терминалов. Каждый источник тока содержит последовательно соединенные инвертор, развязывающий трансформатор, выпрямитель и включенный последовательно на выходе выпрямителя датчик тока, выход которого подключен к управляющему входу инвертора. Блок защиты, источники тока и зарядные терминалы соединены с управляющим блоком каналами связи. Техническим результатом является повышение равномерности загрузки подстанции, уменьшение стоимости, расширение функциональных возможностей и исключение дорогостоящих сверхпроводниковых индуктивных накопителей. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательным подстанциям транспорта на электрической тяге постоянного тока, и может быть использовано в системах электроснабжения линий трамвая, троллейбуса, метрополитена и для зарядки аккумуляторов электромобилей, электробусов и других видов транспортных средств на электрической тяге, работающих автономно.

Известны системы питания низковольтным напряжением постоянного тока, содержащие рубильник, трансформатор, выключатель, предохранители, выпрямитель (см. RU №2223581, Н02В 7/06, 2002). Недостатком известного является невозможность осуществления одновременного питания транспорта, питающегося от контактной сети и автономного транспорта.

Известны зарядные станции для литий-ионных аккумуляторов, используемых в качестве энергоносителя автономными транспортными средствами на электрической тяге, содержащие высоковольтный трансформатор и выпрямительно-инверторный агрегат (см. проспект фирмы AV "EV Solutions" от 04.01.2011 г.). Недостатком данной зарядной станции является то, что для зарядки требуется много времени из-за ограничения по предельной величине тока зарядки, равной 120 А.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является тяговая подстанция постоянного тока, содержащая силовой трансформатор, выпрямитель, а также устройство для накопления энергии для уменьшения неравномерности энергопотребления (см. RU №2259284, В60М 3/06, 2003 г.). Недостатком указанного устройства тяговой подстанции является высокая стоимость оборудования, сложность конструкции и системы управления, причем не устраняются повышенные потери напряжения и электроэнергии при пиковых нагрузках, а также невозможность зарядки автономных транспортных средств на электрической тяге.

Техническим результатом согласно изобретению является расширение функциональных возможностей, уменьшение стоимости и повышение равномерности энергопотребления подстанции.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство преобразовательной подстанции, содержащей преобразователь высокого напряжения в напряжение для контактной сети в виде высоковольтного трансформатора, подключенного ко входу выпрямителя, выход которого служит для подключения к контактной сети, введены блок зарядных терминалов и преобразователь напряжения для блока зарядных терминалов, причем вход преобразователя напряжения для зарядных терминалов подключен к выходу выпрямителя для подключения к контактной сети, а его выход подключен к входу блока зарядных терминалов. Преобразователь напряжения для блока зарядных терминалов может содержать блок защиты, управляющий блок и блок источников тока, число которых в блоке равно числу зарядных терминалов в блоке зарядных терминалов, вход блока защиты подключен к входу преобразователя, а его выход соединен с входами источников тока, подключенными параллельно к входу блока источников тока, выход каждого источника тока подключен к входу соответствующего зарядного терминала, блок защиты, источники тока и зарядные терминалы соединены с управляющим блоком каналами связи. Источник тока может содержать инвертор, развязывающий трансформатор, выпрямитель и датчик тока, причем вход инвертора подключен к входу источника тока, а выход инвертора соединен с входом развязывающего трансформатора, выход которого подключен к входу выпрямителя, выход которого подключен к выходу источника тока, датчик тока включен последовательно на выходе выпрямителя, инвертор выполнен с двумя управляющими входами, один из которых подключен через канал связи к управляющему блоку, а другой к выходу датчика тока.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 изображена блок-схема преобразовательной подстанции, на фиг.2 схематично представлена ее электрическая блок-схема, на фиг.3 представлен источник тока.

На чертежах показаны: преобразователь 1 высокого напряжения в напряжение для контактной сети, преобразователь напряжения 2 для блока 3 зарядных терминалов, высоковольтный трансформатор 4, выпрямитель 5, распределительное устройство 6 для подключения к контактной сети, блок защиты 7, блок 8 источников тока, управляющий блок 9, его канал связи 10 с блоком защиты 7, каналы связи 11 с источниками тока, каналы связи 12 с зарядными терминалами, инвертор 13 с управляющими входами 14,15, развязывающий трансформатор 16, выпрямитель 17, датчик тока 18. Каждый зарядный терминал соединяется с соответствующим ему источником тока, которые подключены к единому блоку защиты 7 параллельно.

Блок защиты 7 содержит коммутационную аппаратуру, аппаратуру контроля уровня напряжения на рабочем входе и контроля исправности цепей заземления. При помощи коммутационной аппаратуры по команде блока управления блок защиты 7 может соединять свой вход с выходом и размыкать их в случае аварийных ситуаций или по команде управляющего блока 9.

Управляющий блок 9 содержит в себе микропроцессорную систему управления внешними блоками, блоком защиты, источниками тока, зарядными терминалами, по каналам связи. Управляющий блок 9 реализует при помощи команд, передаваемых по каналам связи, основной алгоритм работы зарядной станции, производит непрерывный мониторинг текущих значений выходных напряжений и токов, а также производит протоколирование работы зарядной станции на встроенное устройство постоянного хранения данных.

Каждый зарядный терминал блока 3 зарядных терминалов служит для подключения заряжаемого транспортного средства к зарядной станции и содержит в себе силовой разъем для подключения, органы управления зарядом, средства отображения информации о процессе заряда и средства идентификации пользователя зарядной станции.

В данном устройстве использованы проводные каналы связи с последовательным интерфейсом.

Работа подстанции осуществляется следующим образом. Преобразователь 1 высокого напряжения в напряжение для контактной сети вырабатывает напряжение, которое подается для контактной сети через распределительное устройство 6 и на вход преобразователя напряжения 2 для блока 3 зарядных терминалов. Нагрузка подстанции через контактную сеть определяется количеством работающего электрического транспорта на питающихся от этой подстанции линиях. Одновременно подстанция нагружается со стороны преобразователя напряжения 2 для блока 3 зарядных терминалов. Автономный транспорт для заряда аккумуляторов подключается к соответствующему зарядному терминалу. Количество одновременно заряжаемых автономных транспортных средств определяется количеством зарядных терминалов в блоке 3 и максимальной мощностью, разрешенной в данный момент на заряд автономных транспортных средств, зависящей от графика суточного потребления мощности тяговой подстанцией для питания контактной сети. В соответствии с графиком суточного потребления управляющий блок 9 вводит в работу допустимое число зарядных терминалов 3.

Заряжающееся транспортное средство подключается к зарядному выходу зарядного терминала. Зарядный терминал через канал связи 12 дает запрос управляющему блоку 9 на начало заряда. Управляющий блок 9 через канал связи 10 подает сигнал начала заряда блоку защиты 7 и через канал связи 11 источнику тока блока 8 соответствующему данному зарядному терминалу, к которому подключено транспортное средство. Блок защиты 7 при соблюдении необходимых условий для проведения заряда, после получения сигнала управления от управляющего блока 9 посредством внутренней коммутационной аппаратуры соединяет свой рабочий вход со своим выходом. Таким образом, напряжение, подаваемое на контактную сеть с выхода выпрямителя 5, попадает на рабочий вход источника тока 8 через блок защиты 7. Инвертор 13 источника тока преобразует постоянное напряжение в переменное с частотой, задаваемой сигналами на управляющем входе 14, подключенном по каналу связи 11 к управляющему блоку 9, и на сигнальном входе 15, подключенном к датчику выходного тока 18. Переменное напряжение с выхода инвертора 13 поступает на первичную обмотку развязывающего трансформатора 16 и с его вторичной обмотки на вход выпрямителя 17. Выпрямитель 17 преобразует переменное напряжение на входе в постоянное на выходе. Выход выпрямителя 17 через датчик тока 18 подключен к выходу источника тока. Таким образом, уровень выходного постоянного напряжения на выходе источника тока задается сигналом на управляющем входе 14 и сигналом от датчика тока на входе 15. Выход источника тока подключен к входу зарядного терминала. Выход зарядного терминала подключается к заряжаемому транспортному средству. Аккумуляторные батареи транспортного средства являются сопротивлением нагрузки, определяющим уровень тока, протекающего через датчик тока 18 соответствующего источника тока блока 8. Необходимый зарядный ток задается управляющим блоком 9 через управляющий вход 14 и стабилизируется на заданном уровне по сигналу от датчика тока 18. Таким образом, мощность, расходуемая на заряд аккумуляторных батарей автономных транспортных средств, является дополнительной к мощности затрачиваемой подстанцией на энергоснабжение контактной сети.

Повышение равномерности энергопотребления подстанции достигается путем введения управляющим блоком в работу допустимого числа зарядных терминалов в соответствии с графиком суточного потребления. Расширение функциональных возможностей достигается путем создания возможностей для зарядки аккумуляторов автономного транспорта.

Изготовлена действующая модель устройства. Положительные результаты испытания свидетельствуют о ее работоспособности и возможности широкого применения с учетом п.1д Перечня поручений Пр-3291, утвержденного президентом РФ 03.11.2011.

1. Преобразовательная подстанция транспорта на электрической тяге, содержащая преобразователь высокого напряжения в напряжение для контактной сети в виде высоковольтного трансформатора и выпрямителя, причем выход трансформатора соединен с входом выпрямителя, выход которого служит для подключения к контактной сети, отличающийся тем, что введены блок зарядных терминалов и преобразователь напряжения для блока зарядных терминалов, причем вход преобразователя напряжения для зарядных терминалов подключен к выходу выпрямителя для подключения к контактной сети, а его выход подключен к входу блока зарядных терминалов.

2. Преобразовательная подстанция по п.1, отличающаяся тем, что преобразователь напряжения для блока зарядных терминалов содержит блок защиты, управляющий блок и блок источников тока, число источников тока в блоке источников тока равно числу зарядных терминалов в блоке зарядных терминалов, вход блока защиты подключен к входу преобразователя напряжения для блока зарядных терминалов, а выход блока защиты соединен с входами источников тока, подключенными параллельно к входу блока источников тока, выход каждого источника тока подключен к входу соответствующего зарядного терминала, блок защиты, источники тока и зарядные терминалы соединены с управляющим блоком каналами связи.

3. Преобразовательная подстанция по п.2, отличающаяся тем, что каждый источник тока содержит инвертор, развязывающий трансформатор, выпрямитель и датчик тока, причем вход инвертора подключен к входу источника тока, а выход инвертора соединен с входом развязывающего трансформатора, выход которого подключен к входу выпрямителя, выход которого подключен к выходу источника тока, датчик тока включен последовательно на выходе выпрямителя, инвертор выполнен с двумя управляющими входами, один из которых подключен через канал связи к управляющему блоку, а другой к выходу датчика тока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, электрифицированного по системе постоянного тока, содержащей тяговые подстанции (ТП), преобразующие трехфазный переменный ток, получаемый из энергосистемы, в постоянный ток, поступающий через контактную сеть к электроподвижному составу как снабженному системой рекуперации, так и без нее.

Изобретение относится к электроснабжению электрифицированных железных дорог постоянного тока. .

Изобретение относится к способу и системе повторного ввода энергии торможения транспортных средств и ввода энергии в контактную сеть .Энергия торможения, регенерированная из электродвигателя во время затормаживания, повторно вводится в энергосистему через линии контактной сети. Энергия торможения может передаваться на двунаправленную электрическую подстанцию и возвращаться в коммунальную энергетическую систему. Энергия торможения также может передаваться во вспомогательную систему накопления энергии, такую как система на суперконденсаторах или система на аккумуляторах. Установка линий контактной сети для откатных грузовиков горной выработки на спуске вниз по склону может использоваться для перехвата и повторного использования существенных количеств энергии торможения. Технический результат заключается в снижении количества электроэнергии, потребляемой транспортными средствами. 4 н. и 37 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх