CN110277808A - 一种用于储能列车充电站的能源互联网系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于储能列车充电站的能源互联网系统，包括：能源路由器，所述能源路由器连接有：用于供储能列车充电的高压直流母线、用于连接低压直流电源的低压直流母线；所述能源路由器控制所述低压直流电源的电能流向所述储能列车。本发明能够减少储能列车对电网的冲击，同时又能充分利用风电，太阳能等发电资源，该系统将风电、光伏等发电资源接入储能列车充电站的供电系统，利用能源路由器对潮流实精确控制，一方面平滑了储能列车充电时的负荷波动，减小了对电网的冲击，另一方面充分利用了分布式可再生能源，节省了电能。
Description
技术领域
本发明涉及电网技术领域，特别涉及一种用于储能列车充电站的能源互联网系统。
背景技术
储能列车是一种专用于牵引的储能轨道交通车辆，该列车使用车载的储能装置进行供电，能够为其他无法从供电线获得电力的列车提供动力，将它们牵引出失电区域。在中西部一些包含隧道的线路中，由于隧道内无法安装供电线路，因此过隧道的时候必须使用内燃机车或储能列车进行临时牵引。内燃机车会排出二氧化碳和有毒气体，不仅对环境有害，在长隧道中运行还会对人产生危害，而储能列车使用电力驱动，安全环保。同时，由于牵引相同重量的列车，柴油的成本要远大于电力成本。因此无论从环保性还是经济性方面评估，储能列车都具有绝对优势。
由于这类储能列车工作时间长，负荷重，且工作次数频繁，因此其充电时需要高压大电流的快充模式才能符合其工作特性，但中西部电网往往比较脆弱，很难承担如此大的负荷冲击。另外在一些特殊情况下，如充电站距离铁路过远，或处于多个隧道的中间，会出现储能列车充电站无法与供电电网连接的情况。这些问题限制了储能列车的广泛使用。
从另一方面看，中西部有丰富的风力资源和太阳能资源，但由于输电线路容量的不足和这些可再生资源的不可控性，他们无法被远距离传输使用，而所在地也没有足够的负荷进行消纳，出现弃风弃光(电能无法被使用造成风力和光伏发电机不能满负荷发电，造成能源浪费)等现象，能源被白白浪费掉。
因此，如何提出一种供电、充电方案，减少储能列车对电网的冲击，同时又能充分利用风电，太阳能等发电资源，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于储能列车充电站的能源互联网系统，减少储能列车对电网的冲击，同时又能充分利用风电，太阳能等发电资源。其具体方案如下：
一种用于储能列车充电站的能源互联网系统，包括：能源路由器，所述能源路由器连接有：用于供储能列车充电的高压直流母线、用于连接低压直流电源的低压直流母线；
所述能源路由器控制所述低压直流电源的电能流向所述储能列车。
优选地，所述能源路由器，包括：高压电力电子变换器，高频变压器和低压电力电子变换器。
优选地，所述能源路由器，还连接有：交流母线；
所述交流母线用于向所述储能列车充电站供电。
优选地，所述交流母线还用于，连接交流供电系统。
优选地，所述低压直流电源，包括：光伏直流子系统和/或风电直流子系统。
优选地，所述能源路由器设有备用能源路由器。
优选地，所述能源路由器，还与电网售电平台通信连接。
优选地，所述能源路由器，还与铁路监控和调度系统通信连接。
优选地，所述能源路由器，还连接有：电网；
所述电网用于当所述低压直流电源的电能不足以向所述储能列车充电时，在所述能源路由器的控制下向所述储能列车充电。
优选地，所述能源路由器，还用于控制所述储能列车向电网输出电能。
本发明提供一种用于储能列车充电站的能源互联网系统，包括：能源路由器，所述能源路由器连接有：用于供储能列车充电的高压直流母线、用于连接低压直流电源的低压直流母线；所述能源路由器控制所述低压直流电源的电能流向所述储能列车。本发明能够减少储能列车对电网的冲击，同时又能充分利用风电，太阳能等发电资源，该系统将风电、光伏等发电资源接入储能列车充电站的供电系统，利用能源路由器对潮流实精确控制，一方面平滑了储能列车充电时的负荷波动，减小了对电网的冲击，另一方面充分利用了分布式可再生能源，节省了电能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施方式所提供的一种用于储能列车充电站的能源互联网系统的组成示意图；
图2为本发明具体实施方式所提供的一种用于储能列车充电站的能源互联网系统的拓展组成示意图；
图3为本发明具体实施方式所提供的能源互联网系统的能源路由器的组成示意图。
具体实施方式
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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明具体实施方式所提供的一种用于储能列车充电站的能源互联网系统的组成示意图。
在本发明的一种具体实施方式中，本发明实施例提供一种用于储能列车充电站的能源互联网系统，包括：能源路由器110，所述能源路由器110连接有：用于供储能列车130充电的高压直流母线150、用于连接低压直流电源120的低压直流母线140；所述能源路由器110控制所述低压直流电源120的电能流向所述储能列车130。
进一步地，为了使能源路由器110能够完成不同电压、交直流之间的电能变换，可以将所述能源路由器110设置为包括：高压电力电子变换器，高频变压器和低压电力电子变换器。这样低压直流电源120可以转换为高压直流电通过高压直流母线150传输到储能列车130中去。一般地，所述低压直流电源120，可以包括：光伏直流子系统和/或风电直流子系统。当然，也可以包括其他的低压直流电源120，新能源电源等，例如生物质能电源，地热能电源等。
更进一步地，能源路由器110作为核心的中间设备，为了防止能源路由器110不能正常工作时，造成整个能源互联网系统停止工作，可以为所述能源路由器110设置备用能源路由器110。当然，备用能源路由器110也可以并联使用，能够满足更大功率的电能输送任务，在实际建设当中，能量路由器有可能会使用一供一备或两供一备的模式，因此能源路由器110的数量会增加到2台或3台，当然，也可以是更多台能源路由器。但无论能量路由器的使用模式如何变化，其描述的功能都不会改变。
本发明实施例提出了一种用于储能列车130充电站的能源互联网系统。该系统将风电、光伏等发电资源接入储能列车130充电站的供电系统，利用能源路由器110对潮流实现精确控制，一方面平滑了储能列车130充电时的负荷波动，减小了对电网180的冲击，另一方面充分利用了分布式可再生能源，节省了电能。当充电站与电网180连接时，能源路由器110能将多余的电量反馈回电力系统；当充电站无法与电网180连接或电网180故障时，能源路由器110能够对分布式发电设备和储能列车130充电进行优化控制，保证储能列车130的正常工作。储能列车130工作时间长，负荷重，且工作次数频繁，因此其充电时需要高压大电流的快充模式才能符合其工作特性，但当前充电站方案普遍设计容量较小，无法满足储能列车130要求。在实际的应用中，中西部电网180往往比较脆弱，很难承担如此大的负荷冲击，当前充电站没有考虑大功率充电对电网180的影响及对应解决的方案。本发明实施例能够有效地解决这些问题。
请参考图2，图2为本发明具体实施方式所提供的一种用于储能列车130充电站的能源互联网系统的拓展组成示意图；图3为本发明具体实施方式所提供的能源互联网系统的能源路由器110的组成示意图。
在本发明的又一种具体实施方式中，在上述具体实施方式的基础上，本发明实施例提供的一种用于储能列车130充电站的能源互联网系统，为了实现脱离电网180供电时，能够对站用电设备160进行供电，可以将其能源路由器110设置为还连接有：交流母线170；所述交流母线170用于向所述储能列车130充电站供电。当然，该交流母线170还可以用于，连接交流供电系统。一般来讲储能列车130充电站的一些基本电力设备的用电可以采用电网180供电，但是如果该储能列车130充电没有与电网180连接，那么也可以在能源路由器110上设置交流母线170，当然，相应地，能源路由器110中也要设置能够将电压变换为市电电压的电压变换器。该交流母线170可以接入，站内用电等适合于交流接入的用电设备，还可以为附近的生活区、居民区、旅游区等负载提供稳定的电力来源。
进一步地，为了使得该能源路由器110能够在电网180售电价格比较便宜的时候对储能列车130进行充电，可以将所述能源路由器110设置为与电网180售电平台通信连接。为了合理规划储能列车130的充电时间，可以将所述能源路由器110与铁路监控和调度系统通信连接。在实际应用中，有多辆储能列车130，可以通过铁路监控和调度系统知道各个储能列车130的调度情况，可以根据需要优先对在时间上排位靠前的储能列车130进行充电。
更进一步地，为了对能源互联网系统提供稳定电力，所述能源路由器110，可以连接有：电网180；所述电网180用于当所述低压直流电源120的电能不足以向所述储能列车130充电时，在所述能源路由器110的控制下向所述储能列车130充电。，所述能源路由器110，还用于在紧急情况时控制所述储能列车130向电网180输出电能。电网180：作为充电站的电力来源，也可以接收储能列车130释放的能量或风电、光伏子系统等低压直流电源120发出的电能回馈到电网180为其它负载供电。
在用于储能列车130充电站的能源互联网系统连接了电网180后，可以有两种运行模式，分别为：并网模式和离网模式。并网模式表示该能源互联网系统与电网180相连，电网180能够为能源互联网系统提供稳定电力；离网模式表示系统没有与电网180相连，所有的能源来自光伏、风电等新能源发电的低压直流电源120。
两种模式的主要控制策略流程为：
1)根据气象资讯对风电、光伏等分布式电源的发电量进行预测。
由于风电和光伏发电的电站受外界的天气影响比较大，所以只能进行大致的预测。
2)如果系统处于并网模式，则根据发电量预测结果和储能列车130编组运行计划对各辆列车的充电方案进行优化；如果系统处于离网模式，则需要根据发电量预测结果设计各辆列车的充电方案，并反推储能列车130的编组方式和运行计划。
3)系统运行时，最大限度接受分布式可再生能源(风电、光伏等)的电能。
4)当一列储能列车130按计划出车，需要快速充电时，首先利用可再生能源的电能对其进行充电，不足的功率从电网180获得。如果依然对电网180的冲击超过了极限(可以预先设定一个极限电流值，根据实际电流值和极限电流值的大小关系进行判定)要求，则可利用其它储能列车130的存储电量填补该冲击，保证电网180运行的稳定可靠。
5)当一列储能列车130处于等待状态时，可用较小的功率对其进行充电。首先利用可再生能源的电能对其进行充电，不足的功率从电网180获得。
6)当所有的储能列车130都完成了充电任务时，如果系统处于并网模式，则能量路由器可以将分布式电源产生的电能回馈给电网180。
7)如果系统处于离网模式或电网180不允许回馈，则能量路由器会对分布式电源进行控制，使其减小发电量，使功率达到平衡。
值得说明的是，本发明实施例中的能源路由器110，在整体上可划分为物理层和信息层两个层次。物理层为电力电子变压器设计方案，包括高压电力电子变换器、高频变压器和低压电力电子变换器三部分。在物理层之上的信息层为该路由器的独有特点，该层集成了通信、控制、预测、数据分析和决策等多种功能，能实现储能充电站的监测和管理功能。该信息层根据面向的处理对象不同又可以划分为路由环节和交换环节，其功能描述如下
1)交换环节：主要实现充电站内部的控制和管理。功能包括能源路由器110、储能列车130等站内设备的全局输入输出控制，站内能源信息的采集，站内各子系统功率的分配等。
2)路由环节：主要实现站级的管理和与主站系统的交互。功能包括能量生产/充电预测，能源优化调度，主站通信等。
本发明实施例提供一种用于储能列车充电站的能源互联网系统，该系统将风电、光伏等发电资源接入储能列车充电站的供电系统，利用能源路由器对潮流实现精确控制，一方面当该能源互联网系统连接电网时，能够平滑了储能列车充电时对电网的负荷波动，减小对电网的冲击；另一方面充分利用了分布式可再生能源，节省了电能(因为在当前，出现了大量的弃风弃光现象)。当充电站与电网连接时，能源路由器能将多余的电量反馈回电力系统；当充电站无法与电网连接或电网故障时，能源路由器能够对分布式发电设备和储能列车充电进行优化控制，保证储能列车的正常工作。
需要说明的是，上述实施例中，如果没有特殊说明，电网一般在中国指提供电能服务的公司架设的供电线路，这些公司包括国家电网，也可能指南方电网和一些局域的地方供电网络，当然，如果本实施例中的技术方案运用在世界上的别的国家或区域，那么该电网指的一般是该区域内能够为用户提供电能服务的普遍的供电网络。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种用于储能列车充电站的能源互联网系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种用于储能列车充电站的能源互联网系统，其特征在于，包括：能源路由器，所述能源路由器连接有：用于供储能列车充电的高压直流母线、用于连接低压直流电源的低压直流母线；
所述能源路由器控制所述低压直流电源的电能流向所述储能列车。
2.根据权利要求1所述的用于储能列车充电站的能源互联网系统，其特征在于，所述能源路由器，包括：高压电力电子变换器，高频变压器和低压电力电子变换器。
3.根据权利要求1所述的用于储能列车充电站的能源互联网系统，其特征在于，所述能源路由器，还连接有：交流母线；
所述交流母线用于向所述储能列车充电站供电。
4.根据权利要求3所述的用于储能列车充电站的能源互联网系统，其特征在于，所述交流母线还用于，连接交流供电系统。
5.根据权利要求1所述的用于储能列车充电站的能源互联网系统，其特征在于，所述低压直流电源，包括：光伏直流子系统和/或风电直流子系统。
6.根据权利要求1所述的用于储能列车充电站的能源互联网系统，其特征在于，所述能源路由器设有备用能源路由器。
7.根据权利要求1所述的用于储能列车充电站的能源互联网系统，其特征在于，所述能源路由器，还与电网售电平台通信连接。
8.根据权利要求1所述的用于储能列车充电站的能源互联网系统，其特征在于，所述能源路由器，还与铁路监控和调度系统通信连接。
9.根据权利要求1至8任一项所述的用于储能列车充电站的能源互联网系统，其特征在于，所述能源路由器，还连接有：电网；
所述电网用于当所述低压直流电源的电能不足以向所述储能列车充电时，在所述能源路由器的控制下向所述储能列车充电。
10.根据权利要求9所述的用于储能列车充电站的能源互联网系统，其特征在于，所述能源路由器，还用于控制所述储能列车向电网输出电能。
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