CN112339619B - 一种同相牵引供电与异地发电并网系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种同相牵引供电与异地发电并网系统及控制方法，涉及牵引供电技术领域。牵引变压器次边与牵引母线连接，牵引母线上设置有电压互感器PT1；馈线上设置有电流互感器CT1，馈线的首端与牵引母线连接，馈线的尾端连接接触网；供电线的尾端与牵引母线连接，供电线的首端与发电母线连接；电压互感器PT1的测量端和电流互感器CT1的测量端均与协调控制器输入端连接，协调控制器输出端经光纤对与新能源发电装置的控制端连接；新能源发电装置的交流输出端与发电母线连接。能实现大功率新能源异地发电控制、利用和消纳，并可以对牵引负荷进行削峰，避免负序等相关电能质量问题，还可带来额外的经济收入。

Description

一种同相牵引供电与异地发电并网系统及控制方法

技术领域

本发明涉及交流电气化铁路供电技术领域。

背景技术

应用新能源和可再生能源发电在电力系统已经大量应用，发电量逐年提高，进步显著。

新能源、可再生能源与电网并网发电的潮流是根据并网电压相位进行控制的，新能源列车发电是个独立小系统，其潮流是调压和调频进行控制的。但显然新能源列车的功率受到自身重量和容积的严格限制，还不能达到大功率牵引的要求，并且，新能源可能远离铁路，因此需要提出适于牵引供电系统特点的大功率新能源异地发电的利用方案，同时，与牵引供电系统并网的新能源发电潮流控制方法需要根据其牵引负荷特性制定，完全不同于与电网并网发电的潮流控制方法和新能源列车发电潮流控制方法。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种同相牵引供电与异地发电并网系统，它能有效地解决异地发电并网与牵引供电系统连接的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种同相牵引供电与异地发电并网系统，包括牵引变压器TT、牵引母线TB、馈线TF；牵引变压器TT次边与牵引母线TB连接 ；牵引母线TB上设置有电压互感器PT1；馈线TF上设置有电流互感器CT1；馈线TF的首端与牵引母线TB连接，馈线TF的尾端连接接触网CW；所述供电线FW的尾端与牵引母线TB连接，供电线FW的首端与发电母线EB连接；新能源发电装置NES的交流输出端与发电母线EB连接；发电母线EB上设有电压互感器PT2；新能源发电装置NES的交流输出端设有电流互感器CT2；电压互感器PT1的测量端和电流互感器CT1的测量端均与所述协调控制器CCS输入端连接，协调控制器CCS输出端经光纤对FO与新能源发电装置NES的控制端连接。

所述新能源发电装置NES包括新能源发电单元GB和变流器CVT，变流器CVT的交流端作为新能源发电装置NES的交流输出端与所述发电母线EB连接，变流器CVT的直流端与新能源发电单元GB的直流输出端连接。

所述新能源发电单元GB为风能发电单元、光伏发电单元、氢能发电单元和生物化学能发电单元中的一种或几种。

所述新能源发电单元GB与储能单元PB并联，所述储能单元PB的直流端与变流器CVT的直流端连接，储能单元PB为电化学储能、物理储能和电磁储能中的一种或几种。

所述牵引母线TB经供电线FW和发电母线EB为新能源发电装置NES的变流器CVT的交流端提供并网运行电压。

本发明的另一个目的在于提供一种基于上述同相牵引供电与异地发电并网系统的控制方法，所述方法包括：

获取电压互感器PT1测得的第一电压信息，获取电流互感器CT1测得的第一电流信息；

协调控制器CCS根据获得的第一电压信息和第一电流信息，计算得到馈线TF的有功功率P；判断馈线TF的有功功率P是否为牵引功率，如果是，根据馈线TF的有功功率P控制新能源发电装置NES发出的有功功率P1达到预设条件，否则，控制新能源发电装置NES发出的有功功率P1=0。

所述根据馈线TF的有功功率P控制新能源发电装置NES发出的有功功率P1达到的预设条件包括：

判断馈线TF的有功功率P是否大于新能源发电装置NES能够发出的最大有功功率Ps，如果是，控制新能源发电装置NES发出的有功功率P1=Ps，否则，控制新能源发电装置NES发出的有功功率P1=P。

所述方法还包括：

根据获得的第一电压信息和第一电流信息，计算得到所述馈线TF的无功功率Q和谐波畸变；

根据计算结果，控制变流器CVT发出感性无功功率和/或容性无功功率进行无功补偿，或发出谐波电流进行谐波治理。

进一步地，通过光纤对FO的发送光纤向新能源发电装置NES下传指令，所述指令用于控制新能源发电装置NES向牵引母线TB提供电能；

通过光纤对FO的接收光纤接收新能源发电装置NES回传的执行结果，其中，新能源发电装置NES通过分析第二电压互感器PT2测得的第二电压信息和第二电流互感器CT2测得的第二电流信息得到所述执行结果。

本发明的工作原理：在地面通过供电线将新能源发电装置与牵引供电系统连接起来，完成牵引供电系统对异地新能源的利用。牵引母线通过牵引变压器接入三相公共电网，牵引母线再经过供电线与新能源发电装置连接，可为新能源发电装置提供可靠、稳定、强大的电压支撑，并实现新能源发电装置与牵引供电系统的并网；考虑到铁路用户在没有取得发电资质时，采取对应措施，不向电网反馈电能，以免造成惩罚性收费和能源浪费；系统采用“电流控制电流源”运行方式，即根据馈线有功功率（视为电流源）控制新能源发电装置（作为电流源）输出特定的有功功率，实现大功率新能源异地发电控制、利用和消纳，并可以对牵引负荷进行削峰，避免负序等相关电能质量问题，还可带来额外的经济收入。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明另一种结构示意图。

图3为本发明另一种结构示意图。

图4为本发明的控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种同相牵引供电与异地发电并网系统，包括牵引变压器TT、牵引母线TB、馈线TF、协调控制器CCS和新能源发电装置NES，牵引变压器TT次边与所述牵引母线TB连接，所述同相牵引供电与异地发电并网系统还包括光纤对FO、供电线FW和发电母线EB，其中：

所述牵引母线TB上设置有电压互感器PT1；

所述馈线TF上设置有电流互感器CT1，所述馈线TF的首端与所述牵引母线TB连接，所述馈线TF的尾端连接接触网CW；

所述供电线FW的尾端与所述牵引母线TB连接，所述供电线FW的首端与所述发电母线EB连接；

所述新能源发电装置NES的交流输出端与所述发电母线EB连接。

所述发电母线EB上设置有电压互感器PT2；所述新能源发电装置NES的交流输出端设置有电流互感器CT2；

所述电压互感器PT1的测量端和电流互感器CT1的测量端均与协调控制器CCS输入端连接，所述协调控制器CCS输出端经光纤对FO与所述新能源发电装置NES的控制端连接。

实施本实施例时，牵引变压器TT的原边作为所述同相牵引供电与异地发电并网系统的输入端可以直接与三相公共电网PS连接。本实施例中，牵引母线TB通过牵引变压器TT接入三相公共电网PS，牵引母线TB再经过供电线FW与新能源发电装置NES连接，可为新能源发电装置NES提供可靠、稳定、强大的电压支撑，并实现新能源发电装置NES与牵引供电系统的并网；并网后，新能源发电装置NES采用“电流控制电流源”运行方式，即根据馈线TF有功功率（视为电流源）控制新能源发电装置NES（作为电流源）输出特定的有功功率P1，从而实现大功率新能源异地发电和利用。另外，通过协调控制器CCS来控制新能源发电装置NES向牵引母线TB提供电能，可以对牵引负荷进行削峰，不仅有利于新能源就近消纳，促进铁路系统的绿色发展，既避免了相关电能质量问题还可带来额外的经济收入。

新能源（可以为大功率新能源）可能远离铁路，为了减少运输费用，减少运输风险，需要大功率新能源异地发电并加以利用，因此本实施例通过设置供电线FW和发电母线EB使之与牵引母线TB连接加以实现。

还需要说明的是，本实施例将新能源发电装置NES接入同相牵引供电系统，可以分担牵引变压器TT的负荷量，负荷功率峰值时段，电压不平衡度（负序电流）表现最大，通过新能源发电装置NES “削峰”来平衡负荷，可降低电压不平衡度（负序电流），改善负序效果，因此，本实施例提供的同相牵引供电与异地发电并网系统可以取消牵引所出口处电分相，实现同相供电，原因主要在于，本实施例中牵引变压器TT承担的负荷减小，进而使三相公共电网PS的负序电流减小，电压不平衡度降低，即使取消牵引所出口处电分相，三相公共电网PS的电压不平衡度仍达到国标要求。

作为优选，所述新能源发电装置NES包括新能源发电单元GB和变流器CVT，所述变流器CVT的交流端作为所述新能源发电装置NES的交流输出端与所述发电母线EB连接，所述变流器CVT的直流端与所述新能源发电单元GB的直流输出端连接。

本实施例中，所述新能源发电单元GB可以为风能发电单元、光伏发电单元、氢能发电单元和生物化学能发电单元中的一种或几种。

作为优选，如图2所示，本实施例还可以包括与所述新能源发电单元GB并联的储能单元PB，所述储能单元PB的直流端与所述变流器CVT的直流端连接，所述储能单元PB为电化学储能、物理储能和电磁储能中的一种或几种。

本实施例增设储能单元PB，不仅可以实现“削峰”，还可以实现“填谷”。当新能源发电单元GB发出的电能不能满足牵引列车需要的牵引功率时，可以控制储能单元PB放电来进一步为牵引列车提供牵引功率，当制动列车产生的再生功率大于牵引列车所需的牵引功率时，可以控制储能单元PB吸收多余再生功率，具体实施时，储能单元PB的放电功率和充电功率根据实际情况控制。

如图3所示，以新能源发电单元GB为氢能发电单元、储能单元PB为物理储能为例，氢能发电单元包括氢能发电模块H₂和整流模块DC/DC，氢能发电模块H₂和整流模块DC/DC均受协调控制器CCS控制，储能单元PB包括超级电容CC和整流模块DC/DC，氢能发电单元中的超级电容CC和整流模块DC/DC均受协调控制器CCS控制，氢能发电单元中的整流模块DC/DC和储能单元PB中的整流模块DC/DC通过直流母线与变流器CVT的直流端连接，具体实施时，协调控制器CCS还可以控制变流器CVT。

实施例2

如图4所示，本实施例提供一种基于实施例1所提供同相牵引供电与异地发电并网系统的控制方法，应用于协调控制器CCS，所述方法包括：

S1：获取电压互感器PT1测得的第一电压信息，获取电流互感器CT1测得的第一电流信息；

S2：根据获得的第一电压信息和第一电流信息，计算得到馈线TF的有功功率P；

S3：判断所述馈线TF的有功功率P是否为牵引功率，如果是，根据所述馈线TF的有功功率P控制新能源发电装置NES发出的有功功率P1达到预设条件，否则，控制新能源发电装置NES发出的有功功率P1=0。

作为优选，所述方法还包括：

所述牵引母线TB经所述供电线FW和所述发电母线EB为所述新能源发电装置NES的变流器CVT的交流端提供并网运行电压。

作为优选，所述根据所述馈线TF的有功功率P控制新能源发电装置NES发出的有功功率P1达到预设条件，即步骤S4，包括：

判断所述馈线TF的有功功率P是否大于所述新能源发电装置NES能够发出的最大有功功率Ps，如果是，控制所述新能源发电装置NES发出的有功功率P1=Ps，否则，控制所述新能源发电装置NES发出的有功功率P1=P。

作为优选，所述方法还包括：

根据获得的第一电压信息和第一电流信息，计算得到所述馈线TF的无功功率Q和谐波畸变；

根据计算结果，控制变流器CVT发出感性无功功率和/或容性无功功率进行无功补偿，或发出谐波电流进行谐波治理。

作为优选，所述方法还包括：

通过光纤对FO的发送光纤向新能源发电装置NES下传指令，所述指令用于控制新能源发电装置NES向牵引母线TB提供电能；

通过光纤对FO的接收光纤接收新能源发电装置NES回传的执行结果，其中，新能源发电装置NES通过分析第二电压互感器PT2测得的第二电压信息和第二电流互感器CT2测得的第二电流信息得到所述执行结果。

本实施例中，控制所述新能源发电装置NES向牵引母线TB提供电能，可以减小牵引变压器TT承担的负荷，从而使牵引变压器TT的负序电流达到预设要求。考虑到铁路用户在没有取得发电资质情况下，不应向电网反馈电能，以免造成惩罚性收费和能源浪费，故采取了根据牵引功率大小控制新能源发电装置出力以及增加储能单元等措施。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种同相牵引供电与异地发电并网系统，包括牵引变压器TT、牵引母线TB、馈线TF；牵引变压器TT次边与牵引母线TB连接 ；牵引母线TB上设置有电压互感器PT1；馈线TF上设置有电流互感器CT1；馈线TF的首端与牵引母线TB连接，馈线TF的尾端连接接触网CW；其特征在于：牵引母线TB通过牵引变压器TT接入三相公共电网，牵引母线TB再经过供电线FW与新能源发电装置NES连接，所述牵引母线TB经供电线FW和发电母线EB为新能源发电装置NES的变流器CVT的交流端提供并网运行电压；所述供电线FW的尾端与牵引母线TB连接，供电线FW的首端与发电母线EB连接；新能源发电装置NES的交流输出端与发电母线EB连接；发电母线EB上设有电压互感器PT2；新能源发电装置NES的交流输出端设有电流互感器CT2；电压互感器PT1的测量端和电流互感器CT1的测量端均与协调控制器CCS输入端连接，协调控制器CCS输出端经光纤对FO与新能源发电装置NES的控制端连接，通过协调控制器CCS来控制新能源发电装置NES向牵引母线TB提供电能。

2.根据权利要求1所述的一种同相牵引供电与异地发电并网系统，其特征在于：所述新能源发电装置NES包括新能源发电单元GB和变流器CVT，变流器CVT的交流端作为新能源发电装置NES的交流输出端与所述发电母线EB连接，变流器CVT的直流端与新能源发电单元GB的直流输出端连接。

3.根据权利要求2所述的一种同相牵引供电与异地发电并网系统，其特征在于：所述新能源发电单元GB为风能发电单元、光伏发电单元、氢能发电单元和生物化学能发电单元中的一种或几种。

4.根据权利要求2所述的一种同相牵引供电与异地发电并网系统，其特征在于：所述新能源发电单元GB与储能单元PB并联，所述储能单元PB的直流端与变流器CVT的直流端连接，储能单元PB为电化学储能、物理储能和电磁储能中的一种或几种。

5.一种基于权利要求2—4任意一项所述同相牵引供电与异地发电并网系统的控制方法，其特征在于：所述方法包括：获取电压互感器PT1测得的第一电压信息，获取电流互感器CT1测得的第一电流信息；

协调控制器CCS根据获得的第一电压信息和第一电流信息，计算得到馈线TF的有功功率P；判断馈线TF的有功功率P是否为牵引功率，如果是，则根据馈线TF的有功功率P控制新能源发电装置NES发出的有功功率P1达到预设条件，如果不是，则控制新能源发电装置NES发出有功功率P1为0；根据获得的第一电压信息和第一电流信息，计算得到所述馈线TF的无功功率Q和谐波畸变；

根据计算结果，控制变流器CVT发出感性无功功率和/或容性无功功率进行无功补偿，或发出谐波电流进行谐波治理；

通过光纤对FO的发送光纤向新能源发电装置NES下传指令，所述指令用于控制新能源发电装置NES向牵引母线TB提供电能；

通过光纤对FO的接收光纤接收新能源发电装置NES回传的执行结果，其中，新能源发电装置NES通过分析第二电压互感器PT2测得的第二电压信息和第二电流互感器CT2测得的第二电流信息得到所述执行结果。

6.根据权利要求5所述的一种控制方法，其特征在于，所述根据馈线TF的有功功率P控制新能源发电装置NES发出的有功功率P1达到的预设条件包括：

判断馈线TF的有功功率P是否大于新能源发电装置NES能够发出的最大有功功率Ps，如果是，控制新能源发电装置NES发出的有功功率P1=Ps，否则，控制新能源发电装置NES发出的有功功率P1=P。

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