CN109802393B - 铁路再生电能潮流控制算法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路再生电能潮流控制算法，包括根据铁路再生电能的大小和位置，结合牵引和储能的状态，按照优先级别对所述再生电能进行消纳分配，计算得到再生电能潮流大小和方向。本发明铁路再生电能潮流控制算法，通过功率削峰作用，降低牵引变压器的最大需量设定值，实现最大化消纳利用再生电能。
Description
技术领域
本发明属于铁路牵引供电系统技术领域，具体涉及一种铁路再生电能潮流控制算法。
背景技术
电力系统在运行时，在电源电势激励作用下，电流或功率从电源通过系统各元件流入负荷，分布于电力网各处，称为电力潮流。电力系统是把很多的发电站、变电站、配电站、用户等由输电和配电线路连接起来形成的系统。电力(电能)是在发电站产生的，其中一部分在经过输配电线、变电站和配电站时损失掉，剩下的绝大部分最终被负荷所消耗。这样，从电的产生到被负荷消耗，流过哪一路输配电线，各节点电压是多少，这种计算就叫电力潮流计算或简称潮流计算。
目前，在铁路牵引供电系统的再生电能利用方面，对于再生电能潮流的控制计算，主要在单个牵引变电所内部的两个供电臂之间进行。对于把再生电能通过分区所融通到其他牵引变电所的供电臂，则没有进行考虑。加之，再生电能潮流控制目标的侧重点不同，因而不能实现再生电能潮流的最优化流动。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁路再生电能潮流控制算法，解决现有再生电能潮流控制算法没有把再生电能融通到其他牵引变电所供电臂的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种铁路再生电能潮流控制算法，包括根据铁路再生电能的大小和位置，结合牵引和储能的状态，按照优先级别对再生电能进行消纳分配，计算得到再生电能潮流大小和方向。
本发明的技术特征还在于，
具体包括以下步骤：
步骤1，确定再生电能消纳的供电臂范围；
步骤2，读取各供电臂实时功率P(t)；
步骤3，根据实时功率P(t)计算各供电臂实时电能值E，若电能值E为负，则表明是再生电能，若电能值E为正，则表明是牵引电能；
步骤4，根据两个供电臂实时功率代数和∑P(t)以及设定的峰值门槛值PT，判断是否需要进行削峰；若∑P(t)>PT，则需要进行削峰，计算出削峰功率大小和方向；若不需要进行削峰，根据储能单元的储能状况，判断是否需要进行储能；如果需要储能，计算出储能功率的大小和方向，如果不需要储能，计算牵引功率的大小和方向；
步骤5，将步骤4中的削峰功率、储能功率或牵引功率转换成再生电能消纳指令，再发送给分布式电能融通设备，即完成对再生电能潮流控制的一个循环。
步骤1中，通过铁路牵引电网动态自动组网技术确定再生电能消纳的供电臂范围。
步骤2中，各供电臂实时功率P(t)包括左侧供电臂机车的实时功率PL机车(t)和右侧供电臂机车的实时功率PR机车(t)，其中
PL机车(t)＝PL(t)+PA(t)+PCL(t) (1)
PR机车(t)＝PR(t)+PB(t)+PCR(t) (2)
式中，PL(t)表示左侧供电臂牵引变压器的实时功率，PA(t)表示左侧供电臂变流器的实时功率，PCL(t)表示左侧供电臂从相邻牵引变电所借用的实时功率，PR(t)表示右侧供电臂牵引变压器的实时功率，PB(t)表示右侧供电臂变流器的实时功率，PCR(t)表示右侧供电臂从相邻牵引变电所借用的实时功率。
步骤3中，根据实时功率P(t)计算所述各供电臂的实时电能值E，计算表达式为
步骤4中，峰值门槛值PT的确定，根据所述分布式电能融通设备的额定功率Pe以及牵引变压器的额定容量PBY，与供电公司签订的最大需量合同，把最大需量按PBY－Pe确定，则峰值门槛值PT最低可以设定为：
PT＝PBY－Pe－PG (4)
式中，PG表示容量安全阈值。
步骤4中，削峰包括首次削峰和后续削峰，分布式电能融通设备首次削峰前一瞬间：
PA(t)＝PCL(t)＝PB(t)＝PCR(t)＝0 (5)
故有：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PR(t) (6)
若∑P(t)>PT，则判断需要削峰。需要削峰的峰值功率差额为：
ΔP(t)＝∑P(t)－PT (7)
若储能单元SOC≥30％，则令：
PCL计(t)＝PCR计(t)＝0 (8)
对于分布式电能融通设备的各个功率值来说，带“计”下标的为计算值，不带“计”下标的为实时检测值；
1.1当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，仅需左侧供电臂进行削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
PA计(t)＝∑P(t)－PT，PB计(t)＝0 (9)
1.2当PL机车(t)≤0，PR机车(t)>0时，仅需右侧供电臂进行削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
PB计(t)＝∑P(t)－PT，PA计(t)＝0 (10)
1.3当PL机车(t)>0，PR机车(t)>0时，两侧同时进行等值削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
以上三种情况下，均有：
PS计(t)＝PA计(t)+PB计(t) (12)
式中：PS计(t)表示DC/DC机组的计算功率；
分布式电能融通设备后续削峰时，有：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PA(t)+PR(t)+PB(t) (13)
若∑P(t)>PT，则判断需要继续削峰，此时，若储能单元SOC≥30％，则令：
PCL计(t)＝PCR计(t)＝0 (14)
2.1当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，仅需左侧供电臂进行削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
PA计(t)＝∑P(t)－PT，PB计(t)＝0 (15)
2.2当PL机车(t)≤0，PR机车(t)>0时，仅需右侧供电臂进行削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
PB计(t)＝∑P(t)－PT，PA计(t)＝0 (16)
2.3当PL机车(t)>0，PR机车(t)>0时，需两侧供电臂同时进行等值削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
以上三种情况下，均有：
PS计(t)＝PA计(t)+PB计(t) (18)
此时，若储能单元SOC<30％，则令：
PA计(t)＝PB计(t)＝0 (19)
故有：
PS计(t)＝PA计(t)+PB计(t)＝0 (20)
3.1当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，仅需左侧供电臂进行削峰，左侧供电臂借用削峰功率为：
PCL计(t)＝∑P(t)－PT，PCR计(t)＝0 (21)
3.2当PL机车(t)≤0，PR机车(t)>0时，仅需右侧供电臂进行削峰，右侧供电臂借用削峰功率为：
PCR计(t)＝∑P(t)－PT，PCL计(t)＝0 (22)
3.3当PL机车(t)>0，PR机车(t)>0时，需两侧供电臂同时进行等值削峰，左右两侧供电臂借用削峰功率分别为：
除以上削峰要满足的条件外，分布式电能融通设备削峰还必须同时满足以下约束条件：
在开始从相邻牵引变电所借用功率进行削峰后，有：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PCL(t)+PR(t)+PCR(t) (25)
若∑P(t)>PT，则判断需要继续削峰；
循环进行以上过程，直至∑P(t)≤PT，不满足削峰条件为止。
步骤4中，分布式电能融通设备储能前一瞬间：
PA(t)＝PCL(t)＝PB(t)＝PCR(t)＝0 (26)
故有：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PR(t) (27)
若∑P(t)<0，且储能单元SOC<100％，则判断需要进行储能；
首次储能时：
1.1当PL机车(t)<0，PR机车(t)≥0时，仅需左侧供电臂进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PA计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PB计(t)＝0 (28)
1.2当PL机车(t)≥0，PR机车(t)<0时，仅需右侧供电臂进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PB计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PA计(t)＝0 (29)
1.3当PL机车(t)<0，PR机车(t)<0时，需两侧供电臂同时进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PA计(t)＝PL(t)，PB计(t)＝PR(t)，PS计(t)＝∑P(t) (30)
首次储能后，有：
∑P(t)＝PL(t)+PA(t)+PR(t)+PB(t) (31)
若∑P(t)<0，且储能单元SOC<100％，则判断需要继续进行储能；
2.1当PL机车(t)<0，PR机车(t)≥0时，仅需左侧供电臂进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PA计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PB计(t)＝0 (32)
2.2当PL机车(t)≥0，PR机车(t)<0时，仅需右侧供电臂进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PB计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PA计(t)＝0 (33)
2.3当PL机车(t)<0，PR机车(t)<0时，需要两侧同时进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PA计(t)＝PL(t)+PA(t)，PB计(t)＝PR(t)+PB(t)，PS计(t)＝∑P(t) (34)
除以上条件外，储能还需要满足以下约束条件：
循环进行以上过程，直至∑P(t)或SOC不满足储能条件为止。
步骤4中，分布式电能融通设备释能前一瞬间：
PA(t)＝PCL(t)＝PB(t)＝PCR(t)＝0 (36)
故有：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PR(t) (37)
若0<∑P(t)≤PT，且储能单元SOC>60％，则判断需要进行牵引释能；
首次进行牵引释能时：
1.1当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，仅需左侧供电臂进行释能，左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PA计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PB计(t)＝0 (38)
1.2当PL机车(t)≤0，PR机车(t)>0时，仅需右侧供电臂进行释能，右左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PB计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PA计(t)＝0 (39)
1.3当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，两侧同时进行释能，左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PA计(t)＝PL(t)，PB计(t)＝PR(t)，PS计(t)＝∑P(t) (40)
首次释能后，
∑P(t)＝PL(t)+PA(t)+PR(t)+PB(t) (41)
若∑P(t)<0，且储能单元SOC>60％，则判断需要继续进行释能，此时：
2.1当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，仅需左侧供电臂进行释能，左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PA计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PB计(t)＝0 (42)
2.2当PL机车(t)≤0，PR机车(t)>0时，仅需右侧供电臂进行释能，左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PB计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PA计(t)＝0 (43)
2.3当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，两侧同时进行释能，左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PA计(t)＝PL(t)+PA(t)，PB计(t)＝PR(t)+PB(t)，PS计(t)＝∑P(t) (44)
除以上条件外，释能还需要满足以下约束条件：
循环进行以上过程，直至∑P(t)或SOC不满足释能条件为止。
本发明的有益效果在于，
(1)通过功率削峰作用，降低牵引变压器的最大需量设定值；
(2)最大化消纳利用再生电能；
(3)最优化储能单元工作模式，延长储能单元寿命。
附图说明
图1是本发明铁路再生电能潮流控制算法流程图；
图2是本发明铁路再生电能潮流控制算法中供电臂的实时功率关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明一种铁路再生电能潮流控制算法，参照图1，包括根据铁路再生电能的大小和位置，结合牵引和储能的状态，按照优先级别对再生电能进行消纳分配，计算得到再生电能潮流大小和方向。
具体包括以下步骤：
步骤1，确定再生电能消纳的供电臂范围，在此范围内进行再生电能潮流计算；
步骤2，通过智能数据采集系统，读取各供电臂实时功率P(t)；
步骤3，根据实时功率P(t)计算各供电臂实时电能值E，若电能值E为负，则表明是再生电能，若电能值E为正，则表明是牵引电能；
步骤4，列出供电臂的实时功率关系式，参照图2，图中各功率箭头所指方向定义为正；根据两个供电臂实时功率代数和∑P(t)以及设定的峰值门槛值PT，判断是否需要进行削峰；若∑P(t)>PT，则需要进行削峰，计算出削峰功率大小和方向；若不需要进行削峰，根据储能单元的储能状况，判断是否需要进行储能；如果需要储能，计算出储能功率的大小和方向，如果不需要储能，计算牵引功率的大小和方向；储能单元的储能状况为储能单元的电池荷电状态SOC，即储能单元的剩余电量；
SOC，全称是State of Charge，电池荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余可放电电量与其完全充电状态的电量的比值，常用百分数表示。其一般用一个字节也就是两位的十六进制表示(取值范围为0～100)，含义是剩余电量为0％～100％，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝100％时表示电池完全充满。
步骤5，将步骤4中的削峰功率、储能功率或牵引功率转换成再生电能消纳指令，再发送给分布式电能融通设备，即完成对再生电能潮流控制的一个循环。
步骤1中，通过“铁路牵引电网动态自动组网技术”确定再生电能消纳的供电臂范围；
步骤2中，各供电臂实时功率P(t)包括左侧供电臂机车的实时功率PL机车(t)和右侧供电臂机车的实时功率PR机车(t)，其中
PL机车(t)＝PL(t)+PA(t)+PCL(t) (1)
PR机车(t)＝PR(t)+PB(t)+PCR(t) (2)
式中，PL(t)表示左侧供电臂牵引变压器的实时功率，PA(t)表示左侧供电臂变流器的实时功率，PCL(t)表示左侧供电臂从相邻牵引变电所借用的实时功率，PR(t)表示右侧供电臂牵引变压器的实时功率，PB(t)表示右侧供电臂变流器的实时功率，PCR(t)表示右侧供电臂从相邻牵引变电所借用的实时功率。PA(t)和PB(t)的优先级别高于PCL(t)和PCR(t)，即当储能单元SOC≥30％有能量供给PA(t)和PB(t)时，不必动用PCL(t)和PCR(t)。
步骤3中，根据实时功率p(t)计算各供电臂的实时电能值E，计算表达式为
步骤4中，峰值门槛值PT的确定。根据所述分布式电能融通设备的额定功率Pe以及牵引变压器的额定容量PBY，与供电公司签订的最大需量合同，把最大需量按PBY－Pe确定，则峰值门槛值PT最低可以设定为：
PT＝PBY－Pe－PG (4)
式中，PG表示容量安全阈值。
步骤4中，分布式电能融通设备削峰前一瞬间：
PA(t)＝PCL(t)＝PB(t)＝PCR(t)＝0 (5)
故有：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PR(t) (6)
若∑P(t)>PT，则判断需要削峰。需要削峰的峰值功率差额为：
ΔP(t)＝∑P(t)－PT (7)
削峰包括首次削峰和后续削峰；
若储能单元SOC≥30％，则令：
PCL计(t)＝PCR计(t)＝0 (8)
注：对于分布式电能融通设备的各个功率值来说，带“计”下标的为计算值，不带“计”下标的为实时检测值。
1.1当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，仅需左侧供电臂进行削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
PA计(t)＝∑P(t)－PT，PB计(t)＝0 (9)
1.2当PL机车(t)≤0，PR机车(t)>0时，仅需右侧供电臂进行削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
PB计(t)＝∑P(t)－PT，PA计(t)＝0 (10)
1.3当PL机车(t)>0，PR机车(t)>0时，两侧同时进行等值削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
以上三种情况下，均有：
PS计(t)＝PA计(t)+PB计(t) (12)
式中：PS计(t)表示DC/DC机组的计算功率。
分布式电能融通设备后续削峰时，有：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PA(t)+PR(t)+PB(t) (13)
若∑P(t)>PT，则判断需要继续削峰，此时，若储能单元SOC≥30％，则令：
PCL计(t)＝PCR计(t)＝0 (14)
2.1当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，仅需左侧供电臂进行削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
PA计(t)＝∑P(t)－PT，PB计(t)＝0 (15)
2.2当PL机车(t)≤0，PR机车(t)>0时，仅需右侧供电臂进行削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
PB计(t)＝∑P(t)－PT，PA计(t)＝0 (16)
2.3当PL机车(t)>0，PR机车(t)>0时，需两侧供电臂同时进行等值削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
以上三种情况下，均有：
PS计(t)＝PA计(t)+PB计(t) (18)
此时，若储能单元SOC<30％，则令：
PA计(t)＝PB计(t)＝0 (19)
故有：
PS计(t)＝PA计(t)+PB计(t)＝0 (20)
3.1当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，仅需左侧供电臂进行削峰，左侧供电臂借用削峰功率为：
PCL计(t)＝∑P(t)－PT，PCR计(t)＝0 (21)
3.2当PL机车(t)≤0，PR机车(t)>0时，仅需右侧供电臂进行削峰，右侧供电臂借用削峰功率为：
PCR计(t)＝∑P(t)－PT，PCL计(t)＝0 (22)
3.3当PL机车(t)>0，PR机车(t)>0时，需两侧供电臂同时进行等值削峰，左右两侧供电臂借用削峰功率分别为：
除以上削峰要满足的条件外，分布式电能融通设备削峰还必须同时满足以下约束条件：
在开始从相邻牵引变电所借用功率进行削峰后，有：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PCL(t)+PR(t)+PCR(t) (25)
若∑P(t)>PT，则判断需要继续削峰。
循环进行以上过程，直至∑P(t)≤PT，不满足削峰条件为止。
步骤4中，分布式电能融通设备储能前一瞬间：
PA(t)＝PCL(t)＝PB(t)＝PCR(t)＝0 (26)
故有：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PR(t) (27)
若∑P(t)<0，且储能单元SOC<100％，则判断需要进行储能；
首次储能时：
1.1当PL机车(t)<0，PR机车(t)≥0时，仅需左侧供电臂进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PA计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PB计(t)＝0 (28)
1.2当PL机车(t)≥0，PR机车(t)<0时，仅需右侧供电臂进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PB计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PA计(t)＝0 (29)
1.3当PL机车(t)<0，PR机车(t)<0时，需两侧供电臂同时进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PA计(t)＝PL(t)，PB计(t)＝PR(t)，PS计(t)＝∑P(t) (30)
首次储能后，有：
∑P(t)＝PL(t)+PA(t)+PR(t)+PB(t) (31)
若∑P(t)<0，且储能单元SOC<100％，则判断需要继续进行储能。
2.1当PL机车(t)<0，PR机车(t)≥0时，仅需左侧供电臂进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PA计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PB计(t)＝0 (32)
2.2当PL机车(t)≥0，PR机车(t)<0时，仅需右侧供电臂进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PB计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PA计(t)＝0 (33)
2.3当PL机车(t)<0，PR机车(t)<0时，需要两侧同时进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PA计(t)＝PL(t)+PA(t)，PB计(t)＝PR(t)+PB(t)，PS计(t)＝∑P(t) (34)
除以上条件外，储能还需要满足以下约束条件：
循环进行以上过程，直至∑P(t)或SOC不满足储能条件为止。
步骤4中，分布式电能融通设备释能前一瞬间：
PA(t)＝PCL(t)＝PB(t)＝PCR(t)＝0 (36)
故有：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PR(t) (37)
若0<∑P(t)≤PT，且储能单元SOC>60％，则判断需要进行牵引释能；
首次进行牵引释能时：
1.1当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，仅需左侧供电臂进行释能，左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PA计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PB计(t)＝0 (38)
1.2当PL机车(t)≤0，PR机车(t)>0时，仅需右侧供电臂进行释能，左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PB计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PA计(t)＝0 (39)
1.3当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，两侧同时进行释能，左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PA计(t)＝PL(t)，PB计(t)＝PR(t)，PS计(t)＝∑P(t) (40)
首次释能后，
∑P(t)＝PL(t)+PA(t)+PR(t)+PB(t) (41)
若∑P(t)<0，且储能单元SOC>60％，则判断需要继续进行释能，此时：
2.1当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，仅需左侧供电臂进行释能，左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PA计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PB计(t)＝0 (42)
2.2当PL机车(t)≤0，PR机车(t)>0时，仅需右侧供电臂进行释能，左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PB计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PA计(t)＝0 (43)
2.3当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，两侧同时进行释能，左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PA计(t)＝PL(t)+PA(t)，PB计(t)＝PR(t)+PB(t)，PS计(t)＝∑P(t) (44)
除以上条件外，释能还需要满足以下约束条件：
循环进行以上过程，直至∑P(t)或SOC不满足释能条件为止。
步骤5中，将步骤4中的削峰功率、储能功率或牵引功率转换成再生电能消纳指令采用的通信帧格式为：
通信帧字段说明：
实施例1
假设分布式电能融通设备的额定功率为Pe＝5MW，牵引变压器额定容量为PBY＝40MVA，安全阈值取PG＝0.1MVA，则峰值门槛值为PT＝PBY-Pe-PG＝40-5-0.1＝34.9MVA。
当检测到左侧供电臂实时功率为PL(t)＝21MW，右侧供电臂实时功率为PR(t)＝16MW时，
PA(t)＝PCL(t)＝PB(t)＝PCR(t)＝0，PS(t)＝0
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PR(t)＝21+16＝37MW
因∑P(t)>PT，则判断需要进行削峰，需要削峰的峰值功率差额为：
ΔP(t)＝∑P(t)－PT＝2.1MW
此时，若储能单元SOC≥30％，则不需要从相邻牵引变电所借用功率，故令：
PCL计(t)＝PCR计(t)＝0
又因PL机车(t)＝PL(t)>0,PR机车(t)＝PR(t)>0，故需两侧供电臂进行等值削峰，两侧供电臂的削峰功率均为：
此时，DC/DC机组的削峰功率为：
PS计(t)＝PA计(t)+PB计(t)＝2.1MW
满足
将计算出的上述削峰功率PCL计(t)、PCR计(t)、PA计(t)、PB计(t)和PS计(t)转换成再生电能消纳指令，发送给分布式电能融通设备，即完成首次削峰潮流控制。
分布式电能融通设备首次削峰后，假设检测到左侧供电臂实时功率为PL(t)＝20MW，左侧供电臂变流器的实时功率为PA(t)＝1.05MW，右侧供电臂实时功率为PR(t)＝15MW，右侧供电臂变流器的实时功率为PB(t)＝1.05MW，则：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PA(t)+PR(t)+PB(t)
＝20+1.05+15+1.05＝37.1MW
因∑P(t)>PT，则判断需要继续进行削峰。
此时，若储能单元SOC≥30％，则不需要从相邻牵引变电所借用功率，故令：
PCL计(t)＝PCR计(t)＝0
又因PL机车(t)＝PL(t)+PA(t)>0,PR机车(t)＝PR(t)+PB(t)>0，故需两侧供电臂进行等值削峰，两侧供电臂的削峰功率均为：
此时，DC/DC机组的削峰功率为：
PS计(t)＝PA计(t)+PB计(t)＝2.2MW
满足
将计算出的上述削峰功率PCL计(t)、PCR计(t)、PA计(t)、PB计(t)和PS计(t)转换成再生电能消纳指令，发送给分布式电能融通设备，即完成再次削峰潮流控制。
上述过程循环一段时间后，假设检测到左侧供电臂实时功率为PL(t)＝19MW，左侧供电臂变流器的实时功率为PA(t)＝0.9MW，右侧供电臂实时功率为PR(t)＝15MW，右侧供电臂变流器的实时功率为PB(t)＝0.9MW，则：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PA(t)+PR(t)+PB(t)
＝19+0.9+15+0.9＝35.8MW
因∑P(t)>PT，则判断需要继续进行削峰。
此时，若储能单元SOC<30％，则必须需从相邻牵引变电所借用功率，而停止从储能单元取功率，故令：
PA计(t)＝PB计(t)＝0
PS计(t)＝PA计(t)+PB计(t)＝0
又因PL机车(t)＝PL(t)+PA(t)>0,PR机车(t)＝PR(t)+PB(t)>0，故需两侧供电臂进行等值削峰，两侧供电臂的借用削峰功率均为：
满足
将计算出的上述削峰功率PCL计(t)、PCR计(t)、PA计(t)、PB计(t)和PS计(t)转换成再生电能消纳指令，发送给分布式电能融通设备，即完成首次从相邻牵引变电所借用功率进行削峰的潮流控制。
在后续循环中，有：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PCL(t)+PR(t)+PCR(t)
若∑P(t)>PT，则判断需要继续借用功率进行削峰。
循环进行以上过程，直至∑P(t)≤PT，不满足削峰条件为止。
实施例2
假设分布式电能融通设备的额定功率为Pe＝5MW，牵引变压器额定容量为PBY＝40MVA，安全阈值取PG＝0.1MVA，则峰值门槛值为PT＝PBY-Pe-PG＝40-5-0.1＝34.9MVA。
当检测到左侧供电臂实时功率为PL(t)＝-1MW，右侧供电臂实时功率为PR(t)＝-2MW时，
PA(t)＝PCL(t)＝PB(t)＝PCR(t)＝0
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PR(t)＝-3MW
因∑P(t)<0，假设储能单元SOC<100％，则判断需要进行储能；
又因PL机车(t)＝PL(t)<0,PR机车(t)＝PR(t)<0，故需两侧供电臂同时进行储能，储能功率分别为：
PA计(t)＝PL(t)＝-1MW
PB计(t)＝PR(t)＝-2MW
PS计(t)＝∑P(t)＝-3MW
满足
将计算出的储能功率PA计(t)、PB计(t)、PS计(t)转换成再生电能消纳指令，发送给分布式电能融通设备，即完成本次再生电能储能潮流控制。
若开始储能后，检测到左侧供电臂牵引变压器实时功率为PL(t)＝-0.1MW，左侧供电臂变流器实时功率为PA(t)＝-1MW，右侧供电臂牵引变压器实时功率为PR(t)＝-0.1MW，右侧供电臂变流器实时功率为PB(t)＝-2MW，则
∑P(t)＝PL(t)+PA(t)+PR(t)+PB(t)
＝(-0.1)+(-1)+(-0.1)+(-2)
＝-3.2MW
因∑P(t)<0，假设储能单元SOC<100％，则判断需要继续进行储能；
又因PL机车(t)＝PL(t)+PA(t)<0，PR机车(t)＝PR(t)+PB(t)<0，故需两侧供电臂同时进行储能，储能功率分别为：
PA计(t)＝PL(t)+PA(t)＝(-0.1)+(-1)＝-1.1MW
PB计(t)＝PR(t)+PB(t)＝(-0.1)+(-2)＝-2.1MW
PS计(t)＝∑P(t)＝-3.2MW
满足
将计算出的储能功率PA计(t)、PB计(t)、PS计(t)转换成再生电能消纳指令，发送给分布式电能融通设备，即完成本次再生电能储能潮流控制。
循环进行以上过程，直至∑P(t)或SOC不满足储能条件为止。
实施例3
假设分布式电能融通设备的额定功率为Pe＝5MW，牵引变压器额定容量为PBY＝40MVA，安全阈值取PG＝0.1MVA，则峰值门槛值为PT＝PBY-Pe-PG＝40-5-0.1＝34.9MVA。
当检测到左侧供电臂实时功率为PL(t)＝15MW，右侧供电臂实时功率为PR(t)＝-3MW时，
PA(t)＝PCL(t)＝PB(t)＝PCR(t)＝0
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PR(t)＝12MW
因0<∑P(t)≤PT，若储能单元SOC>60％，则判断需要进行牵引释能；
又因PL机车(t)＝PL(t)>0，PR机车(t)＝PR(t)≤0，则仅需对左侧供电臂进行牵引释能，释能功率为：
PA计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)＝12MW，PB计(t)＝0
因PA计(t)+PB计(t)＝12MW>Pe，
不满足
所以分布式电能融通设备最大只能以额定功率进行释能，即令：
PA计(t)＝PS计(t)＝Pe＝5MW，PB计(t)＝0
将计算出的释能功率PA计(t)、PB计(t)、PS计(t)转换成再生电能消纳指令，发送给分布式电能融通设备，即完成本次再生电能释能潮流控制。
若开始释能后，检测到左侧供电臂牵引变压器实时功率为PL(t)＝9.8MW，左侧供电臂变流器实时功率为PA(t)＝5MW，右侧供电臂牵引变压器实时功率为PR(t)＝-3MW，右侧供电臂变流器实时功率为PB(t)＝0MW，则
∑P(t)＝PL(t)+PA(t)+PR(t)+PB(t)
＝9.8+5+(-3)+0
＝11.8MW
又因PL机车(t)＝PL(t)+PA(t)>0，PR机车(t)＝PR(t)+PB(t)≤0，则仅需对左侧供电臂进行牵引释能，释能功率为：
PA计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)＝11.8MW，PB计(t)＝0
因PA计(t)+PB计(t)＝11.8MW>Pe，
不满足
所以分布式电能融通设备最大只能以额定功率进行释能，即令：
PA计(t)＝PS计(t)＝Pe＝5MW，PB计(t)＝0
将计算出的释能功率PA计(t)、PB计(t)、PS计(t)转换成再生电能消纳指令，发送给分布式电能融通设备，即完成本次再生电能释能潮流控制。
循环进行以上过程，直至∑P(t)或SOC不满足释能条件为止。
Claims (3)
1.一种铁路再生电能潮流控制算法，其特征在于，包括根据铁路再生电能的大小和位置，结合牵引和储能的状态，按照优先级别对所述再生电能进行消纳分配，计算得到再生电能潮流大小和方向；
具体包括以下步骤：
步骤1，确定再生电能消纳的供电臂范围；
步骤2，读取各供电臂实时功率P(t)；
步骤3，根据实时功率P(t)计算各供电臂实时电能值E，若电能值E为负，则表明是再生电能，若电能值E为正，则表明是牵引电能；
步骤4，根据两个供电臂实时功率代数和∑P(t)以及设定的峰值门槛值PT，判断是否需要进行削峰；若∑P(t)>PT，则需要进行削峰，计算出削峰功率大小和方向；若不需要进行削峰，根据储能单元的储能状况，判断是否需要进行储能；如果需要储能，计算出储能功率的大小和方向，如果不需要储能，计算牵引功率的大小和方向；
步骤5，将步骤4中的削峰功率、储能功率或牵引功率转换成再生电能消纳指令，发送给分布式电能融通设备，即完成对再生电能潮流控制的一个循环；
所述步骤1中，通过铁路牵引电网动态自动组网技术确定再生电能消纳的供电臂范围；
所述步骤2中，各供电臂实时功率P(t)包括左侧供电臂机车的实时功率PL机车(t)和右侧供电臂机车的实时功率PR机车(t)，其中
PL机车(t)＝PL(t)+PA(t)+PCL(t) (1)
PR机车(t)＝PR(t)+PB(t)+PCR(t) (2)
式中，PL(t)表示左侧供电臂牵引变压器的实时功率，PA(t)表示左侧供电臂变流器的实时功率，PCL(t)表示左侧供电臂从相邻牵引变电所借用的实时功率，PR(t)表示右侧供电臂牵引变压器的实时功率，PB(t)表示右侧供电臂变流器的实时功率，PCR(t)表示右侧供电臂从相邻牵引变电所借用的实时功率；
所述步骤3中，根据实时功率p(t)计算所述各供电臂的实时电能值E，计算表达式为
所述步骤4中，峰值门槛值PT的确定，根据所述分布式电能融通设备的额定功率Pe以及牵引变压器的额定容量PBY，与供电公司签订的最大需量合同，把最大需量按PBY－Pe确定，则峰值门槛值PT最低设定为：
PT＝PBY－Pe－PG (4)
式中，PG表示容量安全阈值；
所述步骤4中，削峰包括首次削峰和后续削峰，分布式电能融通设备首次削峰前一瞬间：
PA(t)＝PCL(t)＝PB(t)＝PCR(t)＝0 (5)
故有：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PR(t) (6)
若∑P(t)>PT，则判断需要削峰，需要削峰的峰值功率差额为：
ΔP(t)＝∑P(t)－PT (7)
若储能单元SOC≥30％，则令：
PCL计(t)＝PCR计(t)＝0 (8)
对于分布式电能融通设备的各个功率值来说，带“计”下标的为计算值，不带“计”下标的为实时检测值；
1.1当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，仅需左侧供电臂进行削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
PA计(t)＝∑P(t)－PT，PB计(t)＝0 (9)
1.2当PL机车(t)≤0，PR机车(t)>0时，仅需右侧供电臂进行削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
PB计(t)＝∑P(t)－PT，PA计(t)＝0 (10)
1.3当PL机车(t)>0，PR机车(t)>0时，两侧同时进行等值削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
以上三种情况下，均有：
PS计(t)＝PA计(t)+PB计(t) (12)
式中：PS计(t)表示DC/DC机组的计算功率；
分布式电能融通设备后续削峰时，有：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PA(t)+PR(t)+PB(t) (13)
若∑P(t)>PT，则判断需要继续削峰，此时，若储能单元SOC≥30％，则令：
PCL计(t)＝PCR计(t)＝0 (14)
2.1当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，仅需左侧供电臂进行削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
PA计(t)＝∑P(t)－PT，PB计(t)＝0 (15)
2.2当PL机车(t)≤0，PR机车(t)>0时，仅需右侧供电臂进行削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
PB计(t)＝∑P(t)－PT，PA计(t)＝0 (16)
2.3当PL机车(t)>0，PR机车(t)>0时，需两侧供电臂同时进行等值削峰，左右两侧供电臂削峰功率分别为：
以上三种情况下，均有：
PS计(t)＝PA计(t)+PB计(t) (18)
此时，若储能单元SOC<30％，则令：
PA计(t)＝PB计(t)＝0 (19)
故有：
PS计(t)＝PA计(t)+PB计(t)＝0 (20)
3.1当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，仅需左侧供电臂进行削峰，左侧供电臂借用削峰功率为：
PCL计(t)＝∑P(t)－PT，PCR计(t)＝0 (21)
3.2当PL机车(t)≤0，PR机车(t)>0时，仅需右侧供电臂进行削峰，右侧供电臂借用削峰功率为：
PCR计(t)＝∑P(t)－PT，PCL计(t)＝0 (22)
3.3当PL机车(t)>0，PR机车(t)>0时，需两侧供电臂同时进行等值削峰，左右两侧供电臂借用削峰功率分别为：
除以上削峰要满足的条件外，分布式电能融通设备削峰还必须同时满足以下约束条件：
在开始从相邻牵引变电所借用功率进行削峰后，有：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PCL(t)+PR(t)+PCR(t) (25)
若∑P(t)>PT，则判断需要继续削峰；
循环进行以上过程，直至∑P(t)≤PT，不满足削峰条件为止。
2.根据权利要求1所述的一种铁路再生电能潮流控制算法，其特征在于，所述步骤4中，分布式电能融通设备储能前一瞬间：
PA(t)＝PCL(t)＝PB(t)＝PCR(t)＝0 (26)
故有：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PR(t) (27)
若∑P(t)<0，且储能单元SOC<100％，则判断需要进行储能；
首次储能时：
1.1当PL机车(t)<0，PR机车(t)≥0时，仅需左侧供电臂进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PA计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PB计(t)＝0 (28)
1.2当PL机车(t)≥0，PR机车(t)<0时，仅需右侧供电臂进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PB计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PA计(t)＝0 (29)
1.3当PL机车(t)<0，PR机车(t)<0时，需两侧供电臂同时进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PA计(t)＝PL(t)，PB计(t)＝PR(t)，PS计(t)＝∑P(t) (30)
首次储能后，有：
∑P(t)＝PL(t)+PA(t)+PR(t)+PB(t) (31)
若∑P(t)<0，且储能单元SOC<100％，则判断需要继续进行储能；
2.1当PL机车(t)<0，PR机车(t)≥0时，仅需左侧供电臂进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PA计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PB计(t)＝0 (32)
2.2当PL机车(t)≥0，PR机车(t)<0时，仅需右侧供电臂进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PB计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PA计(t)＝0 (33)
2.3当PL机车(t)<0，PR机车(t)<0时，需要两侧同时进行储能，左右两侧供电臂及DC/DC机组储能功率分别为：
PA计(t)＝PL(t)+PA(t)，PB计(t)＝PR(t)+PB(t)，PS计(t)＝∑P(t) (34)
除以上条件外，储能还需要满足以下约束条件：
循环进行以上过程，直至∑P(t)或SOC不满足储能条件为止。
3.根据权利要求1所述的一种铁路再生电能潮流控制算法，其特征在于，所述步骤4中，分布式电能融通设备释能前一瞬间：
PA(t)＝PCL(t)＝PB(t)＝PCR(t)＝0 (36)
故有：
∑P(t)＝PL机车(t)+PR机车(t)＝PL(t)+PR(t) (37)
若0<∑P(t)≤PT，且储能单元SOC>60％，则判断需要进行牵引释能；
首次进行牵引释能时：
1.1当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，仅需左侧供电臂进行释能，左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PA计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PB计(t)＝0 (38)
1.2当PL机车(t)≤0，PR机车(t)>0时，仅需右侧供电臂进行释能，左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PB计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PA计(t)＝0 (39)
1.3当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，两侧同时进行释能，左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PA计(t)＝PL(t)，PB计(t)＝PR(t)，PS计(t)＝∑P(t) (40)
首次释能后，
∑P(t)＝PL(t)+PA(t)+PR(t)+PB(t) (41)
若∑P(t)<0，且储能单元SOC>60％，则判断需要继续进行释能，此时：
2.1当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，仅需左侧供电臂进行释能，左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PA计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PB计(t)＝0 (42)
2.2当PL机车(t)≤0，PR机车(t)>0时，仅需右侧供电臂进行释能，左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PB计(t)＝PS计(t)＝∑P(t)，PA计(t)＝0 (43)
2.3当PL机车(t)>0，PR机车(t)≤0时，两侧同时进行释能，左右两侧供电臂及DC/DC机组释能功率分别为：
PA计(t)＝PL(t)+PA(t)，PB计(t)＝PR(t)+PB(t)，PS计(t)＝∑P(t) (44)
除以上条件外，释能还需要满足以下约束条件：
循环进行以上过程，直至∑P(t)或SOC不满足释能条件为止。
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