CN110040039A - 一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统及方法，利用现有异相供电制牵引供电系统的分区所，将光伏发电储能系统接入左、右两侧供电分区牵引网末端，通过分布式光伏发电储能系统在各独立供电分区内实现双边供电，形成牵引变电所与分区所光伏发电储能系统的双端电源的双边供电。本发明能够使牵引网正常时独立供电分区内由牵引变电所和分区所光伏储能双边供电，实现牵引变电所故障时由相邻牵引变电所和分区所处光伏储能进行多电源越区供电，改善牵引网电压水平，供电能力增强，为电力机车或电动车组不间断供电；同时储能起到回收机车再生反馈电能，避免了返送带来牵引网首端电压水平偏高的问题；提高牵引供电的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电气化铁路供电技术领域，特别是涉及一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统及方法。
背景技术
现有单相工频交流制牵引供电系统采用异相供电制，相邻牵引变电所的相邻供电分区牵引网电压不同相位，接触网设置电分相将左、右两个供电分区绝缘，同时配置分区所，分区所内设置与电分相两端并联的越区断路器。正常运行时，越区断路器断开，每个供电分区由相应牵引变电所实施单边供电。在牵引变电所发生故障退出运行时，该断路器闭合，由相邻牵引变电所远距离越区供电。
牵引网单边供电方式下，从牵引变电所出口到牵引网最远端电力机车或电动车组处，电压水平是下降的，影响远端电力机车或电动车组的出力，尤其是牵引网末端的机车或动车组。牵引变电所故障退出运行时，由相邻牵引变电所越区供电，供电距离大大增长，电压水平大大下降，影响故障牵引变电所供电分区电力机车或电动车组的正常运行。
为了实现轨道交通的节能减排、绿色可持续发展，将当地太阳能资源用于交流牵引供电系统，为牵引负荷提供电能。现有新能源及储能装置用于牵引供电系统的方案是在牵引变电所处接入，带来的问题是当有剩余再生制动列车能量通过储能装置回收时，再生制动功率流向牵引变电所，造成牵引网首端电压水平偏高，影响靠近牵引变电所运行的电力机车或电动车组的安全工作。
传统的将分布式光伏发电储能接入牵引变电所的方案，使得牵引变电所构成复杂，设备更多，光伏发电储能系统的接入使原有牵引变电所的规模更大，占地面积需要更大。传统牵引供电系统中，牵引变电所牵引侧出口至牵引网末端，电压水平呈降低的趋势，最远离牵引变电所的电力机车或电动车组电压水平最低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统及方法，能够使牵引网正常运行时独立供电分区内由牵引变电所和分区所光伏储能同时提供电能的双边供电，实现牵引变电所故障时由相邻牵引变电所和分区所处光伏储能进行多电源越区供电，改善牵引网电压水平，供电能力增强，保证了越区的供电分区牵引网电压水平，为电力机车或电动车组不间断供电；同时储能起到回收机车再生反馈电能和削峰填谷的作用，避免了再生制动能量返送电网带来牵引网首端电压水平偏高的问题；提高牵引供电的稳定性和可靠性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统，包括分布式光伏储能发电分区所、接触网电分相、以及左供电分区和右供电分区的牵引网，所述分布式光伏储能发电分区所分别连接至左供电分区和右供电分区的牵引网末端，在左供电分区和右供电分区的末端间设置有接触网电分相；
所述牵引网的左供电分区包括上行接触网Ⅰ、下行接触网Ⅰ和牵引变电所Ⅰ；所述牵引网的右供电分区包括上行接触网Ⅱ、下行接触网Ⅱ和牵引变电所Ⅱ；所述接触网电分相包括上行接触网电分相和下行接触网电分相；所述上行接触网Ⅰ和上行接触网Ⅱ的末端通过上行接触网电分相相连接，所述下行接触网Ⅰ和下行接触网Ⅱ的末端通过下行接触网电分相相连接，所述上行接触网Ⅰ和下行接触网Ⅰ的首端连接至牵引变电所Ⅰ，所述上行接触网Ⅱ和下行接触网Ⅱ的首端连接至牵引变电所Ⅱ，牵引变电所Ⅰ和牵引变电所Ⅱ之间还连接有钢轨；
所述分布式光伏储能发电分区所的两个并行电源端分别连接在所述上行接触网电分相和下行接触网电分相两侧的接触网和钢轨上；通过分布式光伏储能发电分区所实现异相供电制下独立供电分区内牵引网的双边供电和列车再生制动能量的回收利用。
进一步的是，所述分布式光伏储能发电分区所包括光伏储能分布式发电系统和开关设备，所述光伏储能分布式发电系统的两个并行电源端分别通过其独自的开关设备分别连接在所述上行接触网电分相和下行接触网电分相两侧的接触网上，所述光伏储能分布式发电系统的地线连接至钢轨。
进一步的是，所述光伏储能分布式发电系统包括光伏发电子系统Ⅰ、光伏发电子系统Ⅱ和储能装置；所述开关设备包括左供电分区接触网开关设备、右供电分区接触网开关设备和电分相并联越区开关设备；
所述光伏发电子系统Ⅰ通过左供电分区接触网开关设备连接至上行接触网Ⅰ和下行接触网Ⅰ，所述光伏发电子系统Ⅰ的地线连接至钢轨；
所述光伏发电子系统Ⅱ通过右供电分区接触网开关设备连接至上行接触网Ⅱ和下行接触网Ⅱ，所述光伏发电子系统Ⅱ的地线连接至钢轨；
所述光伏发电子系统Ⅰ和光伏发电子系统Ⅱ均连接至储能装置；
所述电分相并联越区开关设备跨接在上行接触网Ⅰ与上行接触网Ⅱ、以及下行接触网Ⅰ与下行接触网Ⅱ之间。
进一步的是，所述光伏发电子系统Ⅰ和光伏发电子系统Ⅱ结构相同；
所述光伏发电子系统Ⅰ包括光伏组件Ⅰ、直流-单相交流逆变器Ⅰ和匹配变压器Ⅰ，所述光伏组件Ⅰ通过直流-单相交流逆变器Ⅰ连接至匹配变压器Ⅰ，所述匹配变压器Ⅰ的两相出线分别连接至左供电分区接触网开关设备和钢轨；
所述光伏发电子系统Ⅱ包括光伏组件Ⅱ、直流-单相交流逆变器Ⅱ和匹配变压器Ⅱ，所述光伏组件Ⅱ通过直流-单相交流逆变器Ⅱ连接至匹配变压器Ⅱ，所述匹配变压器Ⅱ的两相出线分别连接至右供电分区接触网开关设备和钢轨。
进一步的是，在所述开关设备中：
所述左供电分区接触网开关设备包括第一断路器Ⅰ、第二断路器Ⅰ和第三断路器Ⅰ，所述第一断路器Ⅰ和第三断路器Ⅰ串联设置在匹配变压器Ⅰ和上行接触网Ⅰ的连接线路上，从第一断路器Ⅰ和第三断路器Ⅰ的中间引出分支线路Ⅰ连接至下行接触网Ⅰ，所述第二断路器Ⅰ设置在所述分支线路Ⅰ上；
所述右供电分区接触网开关设备包括第一断路器Ⅱ、第二断路器Ⅱ和第三断路器Ⅱ，所述第一断路器Ⅱ和第三断路器Ⅱ串联设置在匹配变压器Ⅱ和上行接触网Ⅱ的连接线路上，从第一断路器Ⅱ和第三断路器Ⅱ的中间引出分支线路Ⅱ连接至下行接触网Ⅱ，所述第二断路器Ⅱ设置在所述分支线路Ⅱ上；
所述电分相并联越区开关设备包括第四断路器和第五断路器；所述第四断路器的两端跨接在上行接触网电分相两侧，且分别连接至上行接触网Ⅰ和上行接触网Ⅱ；所述第五断路器的两端跨接在下行接触网电分相两侧，且分别连接至下行接触网Ⅰ和下行接触网Ⅱ。
进一步的是，所述直流-单相交流逆变器Ⅰ和直流-单相交流逆变器Ⅱ采用最大跟随MPPT控制，输出最大功率；
所述储能装置包括蓄电池储能、超导储能、超级电容储能和/或飞轮储能；在左右供电分区的牵引变电所Ⅰ和牵引变电所Ⅱ有剩余再生制动功率时充电储存能量；在牵引网空载或轻载时，由光伏发电子系统Ⅰ和光伏发电子系统Ⅱ为储能装置充电储存能量；在牵引网重负荷时，由储能装置放电释放能量，与光伏发电子系统Ⅰ和光伏发电子系统Ⅱ共同为牵引负荷供电，提高牵引电压水平。
另一方面，基于上述所构建的系统，本发明还提供了一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电的运行方法，包括正常运行方式、接触网发生故障状态的运行方式、牵引变电所发生故障状态的运行方式和光伏储能分布式发电系统发生故障状态的运行方式；
正常运行情况下，上行接触网电分相和下行接触网电分相的电分相并联越区开关设备断开，两个供电分区的牵引网独立供电；光伏储能分布式发电系统同时接入相应供电分区的上行接触网和下行接触网，实现该供电分区由相应牵引变电所与光伏发电储能系统形成的上下行牵引网并联的双边供电方式；通过控制开关设备实现正常情况下牵引网的不同运行方式；
接触网发生故障时，通过所述左供电分区接触网开关设备或右供电分区接触网开关设备切断故障接触网相应的光伏发电子系统，以及相应牵引变电所的馈线；将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过其牵引变电所和分布式光伏储能发电分区所中的相应光伏发电子系统及储能装置实现单线双边供电；
牵引变电所发生故障时，将分相并联越区开关设备闭合，实现分布式光伏储能发电分区所中两个光伏发电子系统和储能装置与相邻牵引变电所同时对故障牵引变电所的供电分区的多电源越区供电；
光伏储能分布式发电系统发生故障时，通过左供电分区接触网开关设备或右供电分区接触网开关设备切除相应光伏发电子系统，恢复原有牵引变电所的单边供电模式。
进一步的是，正常运行情况下，所述电分相并联越区开关设备的第四断路器和第五断路器断开，左供电分区和右供电分区的牵引网独立供电；
根据需要断开或闭合开关设备中相应断路器，实现正常情况下牵引网的不同运行模式：
(1)左供电分区无光伏储能单边供电模式：左供电分区末端并联的第一断路器Ⅰ和第二断路器Ⅰ闭合，左供电分区的上行接触网Ⅰ和下行接触网Ⅰ末端并联运行；第三断路器Ⅰ断开，光伏发电子系统Ⅰ未接入左供电分区末端，左供电分区由牵引变电所Ⅰ提供电能，工作在无光伏储能单边供电模式下，光伏发电子系统Ⅰ检修期退出运行；
(2)右供电分区无光伏储能单边供电模式：右供电分区末端并联的第一断路器Ⅱ和第二断路器Ⅱ闭合，右供电分区的上行接触网Ⅱ和下行接触网Ⅱ末端并联运行；第三断路器Ⅱ断开，光伏发电子系统Ⅱ未接入右供电分区末端，右供电分区由牵引变电所Ⅱ提供电能，工作在无光伏储能单边供电模式下，光伏发电子系统Ⅱ检修期退出运行；
(3)左供电分区上下行并联光伏储能双边供电模式：左供电分区末端并联第一断路器Ⅰ和第二断路器Ⅰ闭合，第三断路器Ⅰ闭合，左供电分区的上行接触网Ⅰ和下行接触网Ⅰ末端并联，光伏发电子系统Ⅰ投入左供电分区末端，左供电分区在上行接触网Ⅰ和下行接触网Ⅰ末端并联光伏发电储能模式下工作，实现左供电分区同时由牵引变电所Ⅰ和光伏发电子系统Ⅰ提供电能的双边供电方式；
(4)右供电分区上下行并联光伏储能双边供电模式：右供电分区末端并联第一断路器Ⅱ和第二断路器Ⅱ闭合，第三断路器Ⅱ闭合，右供电分区的上行接触网Ⅱ和下行接触网Ⅱ末端并联，光伏发电子系统Ⅱ投入右供电分区末端，右供电分区在上行接触网Ⅱ和下行接触网Ⅱ末端并联光伏发电储能模式下工作，实现右供电分区同时由牵引变电所Ⅱ和光伏发电子系统Ⅱ提供电能的双边供电方式。
进一步的是，通过控制开关设备中相应断路器的断开或闭合状态，实现不同故障情况下牵引网运行模式：
(1)接触网故障模式：
当左供电分区的上行接触网Ⅰ故障时，则断开第一断路器Ⅰ，断开牵引变电所Ⅰ与上行接触网Ⅰ的馈线断路器，将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过牵引变电所Ⅰ和光伏发电子系统Ⅰ实现单线双边供电；当左供电分区的下行接触网Ⅰ故障时，则断开第二断路器Ⅰ，断开牵引变电所Ⅰ与下行接触网Ⅰ的馈线断路器，将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过牵引变电所Ⅰ和光伏发电子系统Ⅰ实现单线双边供电；
当右供电分区的上行接触网Ⅱ故障时，则断开第一断路器Ⅱ，断开牵引变电所Ⅱ与上行接触网Ⅱ的馈线断路器，将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过牵引变电所Ⅱ和光伏发电子系统Ⅱ实现单线双边供电；当右供电分区的下行接触网Ⅱ故障时，则断开第二断路器Ⅱ，断开牵引变电所Ⅱ与下行接触网Ⅱ的馈线断路器，将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过牵引变电所Ⅱ和光伏发电子系统Ⅱ实现单线双边供电；
(2)牵引变电所故障模式：
当牵引变电所Ⅰ故障退出运行，电分相并联的第四断路器和第五断路器闭合，实现光伏发电子系统Ⅰ、光伏发电子系统Ⅱ与牵引变电所Ⅱ对左供电分区的多电源越区供电；
当牵引变电所Ⅱ故障退出运行，电分相并联的第四断路器和第五断路器闭合，实现光伏发电子系统Ⅰ、光伏发电子系统Ⅱ与牵引变电所Ⅰ对右供电分区的多电源越区供电。
进一步的是，正常运行情况下，光伏储能分布式发电系统中的光伏发电子系统和储能装置投入运行；空载或轻载时，光伏发电子系统为储能装置充电储存能量；当供电分区机车再生制动能量被牵引工况机车吸收仍有剩余时，对分区所储能装置充电，对再生制动能量进行回收；大负荷时，光伏发电子系统优先为牵引负荷供电，功率不够时，储能装置放电释放能量供给牵引负荷。
采用本技术方案的有益效果：
本发明中利用现有异相供电制牵引供电系统的分区所，将光伏发电储能系统并入牵引网末端接触网和钢轨，接入左、右两侧供电分区牵引网末端，通过分布式光伏发电储能系统在各独立供电分区内实现双边供电，形成牵引变电所与分区所光伏发电储能系统的双端电源的双边供电。保持电分相并联越区断路器的开断状态，使各牵引变电所供电范围独立，不形成环网，满足电力系统的运行要求；能够实现原有交流异相制供电系统正常运行时在独立供电分区内由牵引变电所和光伏发电储能系统形成的双边供电，改善整个牵引网电压质量式。并能通过分区所的开关设备，实现接触网或牵引变电所故障时的多种灵活运行方式，改善牵引网的电压水平。
本发明光伏发电储能系统接入牵引网末端更有利于提高牵引网末端的电压水平；机车再生制动功率流向牵引网末端的储能装置回收，同时避免传统牵引供电系统轻负荷或再生制动工况下接触网首端电压偏高的问题。
本发明正常情况下实现两供电分区独立，由牵引网首端牵引变电所和末端分布式光伏发电储能系统形成双边供电，解决了原有牵引供电系统牵引网末端电压水平低的问题，也减小了牵引网的功率损耗。实现接触网故障或牵引变电所故障时的灵活供电方式，保证故障区域电力机车或电动车组的正常不间断供电，光伏发电系统和储能以及相邻正常运行牵引变电所形成了多个电源的备用，有力保证系统的安全、稳定运行。实现牵引变电所故障时由相邻牵引变电所和分区所处的光伏发电储能系统的多电源越区供电，避免了单电源远距离越区供电电压水平低的问题，提高了整个牵引供电的稳定性和可靠性。
本发明在分区所切除分布式光伏发电储能系统，不影响原有牵引供电系统的正常运行；光伏能源及其他形式新能源就地消纳，清洁能源得到充分利用，实现轨道交通的节能减排、绿色可持续发展。
本发明实用性强，适用于太阳能资源丰富地区的电气化铁路交流制牵引供电系统和采用交流制的城市轨道交通牵引供电系统；分区所只有开关设备和量测设备，设备少，结构简单，更容易与光伏发电储能系统合建。
附图说明
图1为本发明的一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统的结构示意图；
其中，1为上行接触网Ⅰ，2为下行接触网Ⅰ，3为上行接触网Ⅱ，4为下行接触网Ⅱ，5为钢轨，6为分布式光伏储能发电分区所，7为光伏储能分布式发电系统，8为开关设备，9为第一断路器Ⅰ，10为第二断路器Ⅰ，11为第三断路器Ⅰ，12为第一断路器Ⅱ，13为第二断路器Ⅱ，14为第三断路器Ⅱ，15为第四断路器，16为第五断路器，17为上行接触网电分相，18为下行接触网电分相。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。
在本实施例中，参见图1所示，本发明提出了一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统，包括分布式光伏储能发电分区所6、接触网电分相、以及左供电分区和右供电分区的牵引网，所述分布式光伏储能发电分区所6分别连接至左供电分区和右供电分区的牵引网末端，在左供电分区和右供电分区的末端间设置有接触网电分相；
所述牵引网的左供电分区包括上行接触网Ⅰ1、下行接触网Ⅰ2和牵引变电所Ⅰ；所述牵引网的右供电分区包括上行接触网Ⅱ3、下行接触网Ⅱ4和牵引变电所Ⅱ；所述接触网电分相包括上行接触网电分相17和下行接触网电分相18；所述上行接触网Ⅰ1和上行接触网Ⅱ3的末端通过上行接触网电分相17相连接，所述下行接触网Ⅰ2和下行接触网Ⅱ4的末端通过下行接触网电分相18相连接，所述上行接触网Ⅰ1和下行接触网Ⅰ2的首端连接至牵引变电所Ⅰ，所述上行接触网Ⅱ3和下行接触网Ⅱ4的首端连接至牵引变电所Ⅱ，牵引变电所Ⅰ和牵引变电所Ⅱ之间还连接有钢轨5；
所述分布式光伏储能发电分区所6的两个并行电源端分别连接在所述上行接触网电分相17和下行接触网电分相18两侧的接触网和钢轨5上；通过分布式光伏储能发电分区所6实现异相供电制下独立供电分区内牵引网的双边供电和列车再生制动能量的回收利用。
作为上述实施例的优化方案，所述分布式光伏储能发电分区所6包括光伏储能分布式发电系统7和开关设备8，所述光伏储能分布式发电系统7的两个并行电源端分别通过其独自的开关设备8分别连接在所述上行接触网电分相17和下行接触网电分相18两侧的接触网上，所述光伏储能分布式发电系统7的地线连接至钢轨5。
其中，所述光伏储能分布式发电系统7包括光伏发电子系统Ⅰ、光伏发电子系统Ⅱ和储能装置；所述开关设备8包括左供电分区接触网开关设备、右供电分区接触网开关设备和电分相并联越区开关设备；
所述光伏发电子系统Ⅰ通过左供电分区接触网开关设备连接至上行接触网Ⅰ1和下行接触网Ⅰ2，所述光伏发电子系统Ⅰ的地线连接至钢轨5；
所述光伏发电子系统Ⅱ通过右供电分区接触网开关设备连接至上行接触网Ⅱ3和下行接触网Ⅱ4，所述光伏发电子系统Ⅱ的地线连接至钢轨5；
所述光伏发电子系统Ⅰ和光伏发电子系统Ⅱ均连接至储能装置；
所述电分相并联越区开关设备跨接在上行接触网Ⅰ1与上行接触网Ⅱ3、以及下行接触网Ⅰ2与下行接触网Ⅱ4之间。
作为上述实施例的优化方案，所述光伏发电子系统Ⅰ和光伏发电子系统Ⅱ结构相同；
所述光伏发电子系统Ⅰ包括光伏组件Ⅰ、直流-单相交流逆变器Ⅰ和匹配变压器Ⅰ，所述光伏组件Ⅰ通过直流-单相交流逆变器Ⅰ连接至匹配变压器Ⅰ，所述匹配变压器Ⅰ的两相出线分别连接至左供电分区接触网开关设备和钢轨5；
所述光伏发电子系统Ⅱ包括光伏组件Ⅱ、直流-单相交流逆变器Ⅱ和匹配变压器Ⅱ，所述光伏组件Ⅱ通过直流-单相交流逆变器Ⅱ连接至匹配变压器Ⅱ，所述匹配变压器Ⅱ的两相出线分别连接至右供电分区接触网开关设备和钢轨5。
其中，在所述开关设备8中：
所述左供电分区接触网开关设备包括第一断路器Ⅰ9、第二断路器Ⅰ10和第三断路器Ⅰ11，所述第一断路器Ⅰ9和第三断路器Ⅰ11串联设置在匹配变压器Ⅰ和上行接触网Ⅰ1的连接线路上，从第一断路器Ⅰ9和第三断路器Ⅰ11的中间引出分支线路Ⅰ连接至下行接触网Ⅰ2，所述第二断路器Ⅰ10设置在所述分支线路Ⅰ上；
所述右供电分区接触网开关设备包括第一断路器Ⅱ12、第二断路器Ⅱ13和第三断路器Ⅱ14，所述第一断路器Ⅱ12和第三断路器Ⅱ14串联设置在匹配变压器Ⅱ和上行接触网Ⅱ3的连接线路上，从第一断路器Ⅱ12和第三断路器Ⅱ14的中间引出分支线路Ⅱ连接至下行接触网Ⅱ4，所述第二断路器Ⅱ13设置在所述分支线路Ⅱ上；
所述电分相并联越区开关设备包括第四断路器15和第五断路器16；所述第四断路器15的两端跨接在上行接触网电分相17两侧，且分别连接至上行接触网Ⅰ1和上行接触网Ⅱ3；所述第五断路器16的两端跨接在下行接触网电分相18两侧，且分别连接至下行接触网Ⅰ2和下行接触网Ⅱ4。
作为上述实施例的优化方案，所述直流-单相交流逆变器Ⅰ和直流-单相交流逆变器Ⅱ采用最大跟随MPPT控制，输出最大功率；
所述储能装置包括蓄电池储能、超导储能、超级电容储能和/或飞轮储能；在左右供电分区的牵引变电所Ⅰ和牵引变电所Ⅱ有剩余再生制动功率时充电储存能量；在牵引网空载或轻载时，由光伏发电子系统Ⅰ和光伏发电子系统Ⅱ为储能装置充电储存能量；在牵引网重负荷时，由储能装置放电释放能量，与光伏发电子系统Ⅰ和光伏发电子系统Ⅱ共同为牵引负荷供电，提高牵引电压水平。
为配合本发明系统的实现，基于相同的发明构思，本发明还提供了一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电的运行方法，包括正常运行方式、接触网发生故障状态的运行方式、牵引变电所发生故障状态的运行方式和光伏储能分布式发电系统发生故障状态的运行方式；
正常运行情况下，上行接触网电分相17和下行接触网电分相18的电分相并联越区开关设备断开，两个供电分区的牵引网独立供电；光伏储能分布式发电系统7同时接入相应供电分区的上行接触网和下行接触网，实现该供电分区由相应牵引变电所与光伏发电储能系统形成的上下行牵引网并联的双边供电方式；通过调节开关设备8实现正常情况下牵引网的不同运行方式；
接触网发生故障时，通过所述左供电分区接触网开关设备或右供电分区接触网开关设备切断故障接触网相应的光伏发电子系统，以及相应牵引变电所的馈线；将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过其牵引变电所和分布式光伏储能发电分区所6中的相应光伏发电子系统及储能装置实现单线双边供电；
牵引变电所发生故障时，将分相并联越区开关设备闭合，实现分布式光伏储能发电分区所6中两个光伏发电子系统和储能装置与相邻牵引变电所同时对故障牵引变电所的供电分区的多电源越区供电；
光伏储能分布式发电系统发生故障时，通过左供电分区接触网开关设备或右供电分区接触网开关设备切除相应光伏发电子系统，恢复原有牵引变电所的单边供电模式。
作为上述实施例的优化方案，正常运行情况下，所述电分相并联越区开关设备的第四断路器15和第五断路器16断开，左供电分区和右供电分区的牵引网独立供电；
根据需要断开或闭合开关设备8中相应断路器，实现正常情况下牵引网的不同运行模式：
实施例一：传统单边供电方式：
1左供电分区无光伏储能单边供电模式：左供电分区末端并联的第一断路器Ⅰ9和第二断路器Ⅰ10闭合，左供电分区的上行接触网Ⅰ1和下行接触网Ⅰ2末端并联运行；第三断路器Ⅰ11断开，光伏发电子系统Ⅰ未接入左供电分区末端，左供电分区由牵引变电所Ⅰ提供电能，工作在无光伏储能单边供电模式下，光伏发电子系统Ⅰ检修期退出运行；
2右供电分区无光伏储能单边供电模式：右供电分区末端并联的第一断路器Ⅱ12和第二断路器Ⅱ13闭合，右供电分区的上行接触网Ⅱ3和下行接触网Ⅱ4末端并联运行；第三断路器Ⅱ14断开，光伏发电子系统Ⅱ未接入右供电分区末端，右供电分区由牵引变电所Ⅱ提供电能，工作在无光伏储能单边供电模式下，光伏发电子系统Ⅱ检修期退出运行。
实施例二：正常运行情况下的上下行并联光伏储能双边供电方式：
3左供电分区上下行并联光伏储能双边供电模式：左供电分区末端并联第一断路器Ⅰ9和第二断路器Ⅰ10闭合，第三断路器Ⅰ11闭合，左供电分区的上行接触网Ⅰ1和下行接触网Ⅰ2末端并联，光伏发电子系统Ⅰ投入左供电分区末端，左供电分区在上行接触网Ⅰ1和下行接触网Ⅰ2末端并联光伏发电储能模式下工作，实现左供电分区同时由牵引变电所Ⅰ和光伏发电子系统Ⅰ提供电能的双边供电方式；
4右供电分区上下行并联光伏储能双边供电模式：右供电分区末端并联第一断路器Ⅱ12和第二断路器Ⅱ13闭合，第三断路器Ⅱ14闭合，右供电分区的上行接触网Ⅱ3和下行接触网Ⅱ4末端并联，光伏发电子系统Ⅱ投入右供电分区末端，右供电分区在上行接触网Ⅱ3和下行接触网Ⅱ4末端并联光伏发电储能模式下工作，实现右供电分区同时由牵引变电所Ⅱ和光伏发电子系统Ⅱ提供电能的双边供电方式。
作为上述实施例的优化方案，通过调节开关设备8中相应断路器的断开或闭合状态，实现不同故障情况下牵引网运行模式：
实施例三：接触网故障：
1接触网故障模式：
当左供电分区的上行接触网Ⅰ1故障时，则断开第一断路器Ⅰ9，断开牵引变电所Ⅰ与上行接触网Ⅰ1的馈线断路器，将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过牵引变电所Ⅰ和光伏发电子系统Ⅰ实现单线双边供电；当左供电分区的下行接触网Ⅰ2故障时，则断开第二断路器Ⅰ10，断开牵引变电所Ⅰ与下行接触网Ⅰ2的馈线断路器，将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过牵引变电所Ⅰ和光伏发电子系统Ⅰ实现单线双边供电；
当右供电分区的上行接触网Ⅱ3故障时，则断开第一断路器Ⅱ12，断开牵引变电所Ⅱ与上行接触网Ⅱ3的馈线断路器，将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过牵引变电所Ⅱ和光伏发电子系统Ⅱ实现单线双边供电；当右供电分区的下行接触网Ⅱ4故障时，则断开第二断路器Ⅱ13，断开牵引变电所Ⅱ与下行接触网Ⅱ4的馈线断路器，将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过牵引变电所Ⅱ和光伏发电子系统Ⅱ实现单线双边供电。
实施例四：牵引变电所故障：
2牵引变电所故障模式：
当牵引变电所Ⅰ故障退出运行，电分相并联的第四断路器15和第五断路器16闭合，实现光伏发电子系统Ⅰ、光伏发电子系统Ⅱ与牵引变电所Ⅱ对左供电分区的多电源越区供电；
当牵引变电所Ⅱ故障退出运行，电分相并联的第四断路器15和第五断路器16闭合，实现光伏发电子系统Ⅰ、光伏发电子系统Ⅱ与牵引变电所Ⅰ对右供电分区的多电源越区供电。
实施例五：储能装置工作：
正常运行情况下，光伏储能分布式发电系统7中的光伏发电子系统和储能装置投入运行；空载或轻载时，光伏发电子系统为储能装置充电储存能量；当供电分区机车再生制动能量被牵引工况机车吸收仍有剩余时，对分区所储能装置充电，对再生制动能量进行回收；大负荷时，光伏发电子系统优先为牵引负荷供电，功率不够时，储能装置放电释放能量供给牵引负荷。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统，其特征在于，包括分布式光伏储能发电分区所(6)、接触网电分相、以及左供电分区和右供电分区的牵引网，所述分布式光伏储能发电分区所(6)分别连接至左供电分区和右供电分区的牵引网末端，在左供电分区和右供电分区的末端间设置有接触网电分相；
所述牵引网的左供电分区包括上行接触网Ⅰ(1)、下行接触网Ⅰ(2)和牵引变电所Ⅰ；所述牵引网的右供电分区包括上行接触网Ⅱ(3)、下行接触网Ⅱ(4)和牵引变电所Ⅱ；所述接触网电分相包括上行接触网电分相(17)和下行接触网电分相(18)；所述上行接触网Ⅰ(1)和上行接触网Ⅱ(3)的末端通过上行接触网电分相(17)相连接，所述下行接触网Ⅰ(2)和下行接触网Ⅱ(4)的末端通过下行接触网电分相(18)相连接，所述上行接触网Ⅰ(1)和下行接触网Ⅰ(2)的首端接至牵引变电所Ⅰ，所述上行接触网Ⅱ(3)和下行接触网Ⅱ(4)的首端接至牵引变电所Ⅱ，牵引变电所Ⅰ和牵引变电所Ⅱ之间还连接有钢轨(5)；
所述分布式光伏储能发电分区所(6)的两个并行电源端分别连接在所述上行接触网电分相(17)和下行接触网电分相(18)两侧的接触网和钢轨(5)上；通过分布式光伏储能发电分区所(6)实现异相供电制下独立供电分区内牵引网的双边供电和列车再生制动能量的回收利用。
2.根据权利要求1所述的一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统，其特征在于，所述分布式光伏储能发电分区所(6)包括光伏储能分布式发电系统(7)和开关设备(8)，所述光伏储能分布式发电系统(7)的两个并行电源端分别通过其独自的开关设备(8)分别连接在所述上行接触网电分相(17)和下行接触网电分相(18)两侧的接触网上，所述光伏储能分布式发电系统(7)的地线连接至钢轨(5)。
3.根据权利要求2所述的一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统，其特征在于，所述光伏储能分布式发电系统(7)包括光伏发电子系统Ⅰ、光伏发电子系统Ⅱ和储能装置；所述开关设备(8)包括左供电分区接触网开关设备、右供电分区接触网开关设备和电分相并联越区开关设备；
所述光伏发电子系统Ⅰ通过左供电分区接触网开关设备连接至上行接触网Ⅰ(1)和下行接触网Ⅰ(2)，所述光伏发电子系统Ⅰ的地线连接至钢轨(5)；
所述光伏发电子系统Ⅱ通过右供电分区接触网开关设备连接至上行接触网Ⅱ(3)和下行接触网Ⅱ(4)，所述光伏发电子系统Ⅱ的地线连接至钢轨(5)；
所述光伏发电子系统Ⅰ和光伏发电子系统Ⅱ均连接至储能装置；
所述电分相并联越区开关设备跨接在上行接触网Ⅰ(1)与上行接触网Ⅱ(3)、以及下行接触网Ⅰ(2)与下行接触网Ⅱ(4)之间。
4.根据权利要求3所述的一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统，其特征在于，所述光伏发电子系统Ⅰ和光伏发电子系统Ⅱ结构相同；
所述光伏发电子系统Ⅰ包括光伏组件Ⅰ、直流-单相交流逆变器Ⅰ和匹配变压器Ⅰ，所述光伏组件Ⅰ通过直流-单相交流逆变器Ⅰ连接至匹配变压器Ⅰ，所述匹配变压器Ⅰ的两相出线分别连接至左供电分区接触网开关设备和钢轨(5)；
所述光伏发电子系统Ⅱ包括光伏组件Ⅱ、直流-单相交流逆变器Ⅱ和匹配变压器Ⅱ，所述光伏组件Ⅱ通过直流-单相交流逆变器Ⅱ连接至匹配变压器Ⅱ，所述匹配变压器Ⅱ的两相出线分别连接至右供电分区接触网开关设备和钢轨(5)。
5.根据权利要求4所述的一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统，其特征在于，在所述开关设备(8)中：
所述左供电分区接触网开关设备包括第一断路器Ⅰ(9)、第二断路器Ⅰ(10)和第三断路器Ⅰ(11)，所述第一断路器Ⅰ(9)和第三断路器Ⅰ(11)串联设置在匹配变压器Ⅰ和上行接触网Ⅰ(1)的连接线路上，从第一断路器Ⅰ(9)和第三断路器Ⅰ(11)的中间引出分支线路Ⅰ连接至下行接触网Ⅰ(2)，所述第二断路器Ⅰ(10)设置在所述分支线路Ⅰ上；
所述右供电分区接触网开关设备包括第一断路器Ⅱ(12)、第二断路器Ⅱ(13)和第三断路器Ⅱ(14)，所述第一断路器Ⅱ(12)和第三断路器Ⅱ(14)串联设置在匹配变压器Ⅱ和上行接触网Ⅱ(3)的连接线路上，从第一断路器Ⅱ(12)和第三断路器Ⅱ(14)的中间引出分支线路Ⅱ连接至下行接触网Ⅱ(4)，所述第二断路器Ⅱ(13)设置在所述分支线路Ⅱ上；
所述电分相并联越区开关设备包括第四断路器(15)和第五断路器(16)；所述第四断路器(15)的两端跨接在上行接触网电分相(17)两侧，且分别连接至上行接触网Ⅰ(1)和上行接触网Ⅱ(3)；所述第五断路器(16)的两端跨接在下行接触网电分相(18)两侧，且分别连接至下行接触网Ⅰ(2)和下行接触网Ⅱ(4)。
6.根据权利要求5所述的一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统，其特征在于，所述直流-单相交流逆变器Ⅰ和直流-单相交流逆变器Ⅱ采用最大跟随MPPT控制，输出最大功率；
所述储能装置包括蓄电池储能、超导储能、超级电容储能和/或飞轮储能；在左右供电分区的牵引变电所Ⅰ和牵引变电所Ⅱ有剩余再生制动功率时充电储存能量；在牵引网空载或轻载时，由光伏发电子系统Ⅰ和光伏发电子系统Ⅱ为储能装置充电储存能量；在牵引网重负荷时，由储能装置放电释放能量，与光伏发电子系统Ⅰ和光伏发电子系统Ⅱ共同为牵引负荷供电，提高牵引电压水平。
7.一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电的运行方法，其特征在于，包括正常运行方式、接触网发生故障状态的运行方式、牵引变电所发生故障状态的运行方式和光伏储能分布式发电系统发生故障状态的运行方式；
正常运行情况下，上行接触网电分相(17)和下行接触网电分相(18)的电分相并联越区开关设备断开，两个供电分区的牵引网独立供电；光伏储能分布式发电系统(7)同时接入相应供电分区的上行接触网和下行接触网，实现该供电分区由相应牵引变电所与光伏发电储能系统形成的上下行牵引网并联的双边供电方式；通过控制开关设备(8)实现正常情况下牵引网的不同运行方式；
接触网发生故障时，通过所述左供电分区接触网开关设备或右供电分区接触网开关设备切断故障接触网相应的光伏发电子系统，以及相应牵引变电所的馈线；将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过其牵引变电所和分布式光伏储能发电分区所(6)中的相应光伏发电子系统及储能装置实现单线双边供电；
牵引变电所发生故障时，将分相并联越区开关设备闭合，实现分布式光伏储能发电分区所(6)中两个光伏发电子系统和储能装置与相邻牵引变电所同时对故障牵引变电所的供电分区的多电源越区供电；
光伏储能分布式发电系统发生故障时，通过左供电分区接触网开关设备或右供电分区接触网开关设备切除相应光伏发电子系统，恢复原有牵引变电所的单边供电模式。
8.根据权利要求7所述的一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电的运行方法，其特征在于，正常运行情况下，所述电分相并联越区开关设备的第四断路器(15)和第五断路器(16)断开，左供电分区和右供电分区的牵引网独立供电；
根据需要断开或闭合开关设备(8)中相应断路器，实现正常情况下牵引网的不同运行模式：
(1)左供电分区无光伏储能单边供电模式：左供电分区末端并联的第一断路器Ⅰ(9)和第二断路器Ⅰ(10)闭合，左供电分区的上行接触网Ⅰ(1)和下行接触网Ⅰ(2)末端并联运行；第三断路器Ⅰ(11)断开，光伏发电子系统Ⅰ未接入左供电分区末端，左供电分区由牵引变电所Ⅰ提供电能，工作在无光伏储能单边供电模式下，光伏发电子系统Ⅰ检修期退出运行；
(2)右供电分区无光伏储能单边供电模式：右供电分区末端并联的第一断路器Ⅱ(12)和第二断路器Ⅱ(13)闭合，右供电分区的上行接触网Ⅱ(3)和下行接触网Ⅱ(4)末端并联运行；第三断路器Ⅱ(14)断开，光伏发电子系统Ⅱ未接入右供电分区末端，右供电分区由牵引变电所Ⅱ提供电能，工作在无光伏储能单边供电模式下，光伏发电子系统Ⅱ检修期退出运行；
(3)左供电分区上下行并联光伏储能双边供电模式：左供电分区末端并联第一断路器Ⅰ(9)和第二断路器Ⅰ(10)闭合，第三断路器Ⅰ(11)闭合，左供电分区的上行接触网Ⅰ(1)和下行接触网Ⅰ(2)末端并联，光伏发电子系统Ⅰ投入左供电分区末端，左供电分区在上行接触网Ⅰ(1)和下行接触网Ⅰ(2)末端并联光伏发电储能模式下工作，实现左供电分区同时由牵引变电所Ⅰ和光伏发电子系统Ⅰ提供电能的双边供电方式；
(4)右供电分区上下行并联光伏储能双边供电模式：右供电分区末端并联第一断路器Ⅱ(12)和第二断路器Ⅱ(13)闭合，第三断路器Ⅱ(14)闭合，右供电分区的上行接触网Ⅱ(3)和下行接触网Ⅱ(4)末端并联，光伏发电子系统Ⅱ投入右供电分区末端，右供电分区在上行接触网Ⅱ(3)和下行接触网Ⅱ(4)末端并联光伏发电储能模式下工作，实现右供电分区同时由牵引变电所Ⅱ和光伏发电子系统Ⅱ提供电能的双边供电方式。
9.根据权利要求7所述的一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电的运行方法，其特征在于，通过调节开关设备(8)中相应断路器的断开或闭合状态，实现不同故障情况下牵引网运行模式：
(1)接触网故障模式：
当左供电分区的上行接触网Ⅰ(1)故障时，则断开第一断路器Ⅰ(9)，断开牵引变电所Ⅰ与上行接触网Ⅰ(1)的馈线断路器，将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过牵引变电所Ⅰ和光伏发电子系统Ⅰ实现单线双边供电；当左供电分区的下行接触网Ⅰ(2)故障时，则断开第二断路器Ⅰ(10)，断开牵引变电所Ⅰ与下行接触网Ⅰ(2)的馈线断路器，将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过牵引变电所Ⅰ和光伏发电子系统Ⅰ实现单线双边供电；
当右供电分区的上行接触网Ⅱ(3)故障时，则断开第一断路器Ⅱ(12)，断开牵引变电所Ⅱ与上行接触网Ⅱ(3)的馈线断路器，将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过牵引变电所Ⅱ和光伏发电子系统Ⅱ实现单线双边供电；当右供电分区的下行接触网Ⅱ(4)故障时，则断开第二断路器Ⅱ(13)，断开牵引变电所Ⅱ与下行接触网Ⅱ(4)的馈线断路器，将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过牵引变电所Ⅱ和光伏发电子系统Ⅱ实现单线双边供电；
(2)牵引变电所故障模式：
当牵引变电所Ⅰ故障退出运行，电分相并联的第四断路器(15)和第五断路器(16)闭合，实现光伏发电子系统Ⅰ、光伏发电子系统Ⅱ与牵引变电所Ⅱ对左供电分区的多电源越区供电；
当牵引变电所Ⅱ故障退出运行，电分相并联的第四断路器(15)和第五断路器(16)闭合，实现光伏发电子系统Ⅰ、光伏发电子系统Ⅱ与牵引变电所Ⅰ对右供电分区的多电源越区供电。
10.根据权利要求7所述的一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电的运行方法，其特征在于，正常运行情况下，光伏储能分布式发电系统(7)中的光伏发电子系统和储能装置投入运行；空载或轻载时，光伏发电子系统为储能装置充电储存能量；当供电分区机车再生制动能量被牵引工况机车吸收仍有剩余时，对分区所储能装置充电，对再生制动能量进行回收；大负荷时，光伏发电子系统优先为牵引负荷供电，功率不够时，储能装置放电释放能量供给牵引负荷。
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