CN112895986B - 一种新能源发电单元接入的牵引供电系统 - Google Patents

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    • B60M3/00—Feeding power to supply lines in contact with collector on vehicles; Arrangements for consuming regenerative power

Abstract

本发明提供一种新能源发电单元接入的牵引供电系统，涉及电气化铁路牵引供电领域。新能源发电单元两个端口分别接于牵引供电系统分区所两侧供电臂，与供电臂负荷并联。测控单元连接电压互感器、电流互感器的测量端和新能源发电系统的控制端。新能源发电单元和牵引变电所共同向牵引负荷输出功率。以新能源发电单元最大程度输出功率供给铁路负荷为目标，设定新能源发电单元发电容量为基准值，在负荷功率≤基准值时，新能源发电单元按需输出功率，当牵引负荷功率＞基准值时，新能源发电单元和牵引变电所同时向牵引负荷输出功率，实现新能源发电控制、利用和消纳，可以对牵引负荷削峰，抑制负序等电能质量问题。

Description

一种新能源发电单元接入的牵引供电系统
技术领域
本发明属于电气化铁路牵引供电技术领域，具体涉及一种新能源发电单元接入的牵引供电系统。
背景技术
目前牵引供电系统所使用的电能基本来自于三相电网，每年铁路部门要向电力部门缴纳大量电费，若牵引供电系统能自发利用当地能源发电用于牵引网供电，则每年可节约大量电费，实现新能源发电控制、利用和消纳，提升绿色能源在牵引供电系统能源消耗所占比例，节能减排。
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。
我国铁路采用的工频单相27.5kV交流电，牵引变电所处的电能通过接触网给列车供电，为了保证供电的可靠性，铁路沿线站段数量庞大，用能相对集中，方便规模化使用新能源和可再生能源等各种能源形式。推进新能源和可再生能源在铁路行业的利用，可以充分挖掘铁路节能减排空间，有利于促进铁路运营更加低碳化，并有可能在局部区域率先实现大范围无碳化运输。
发明内容
本发明的目的是提供一种新能源发电单元接入的牵引供电系统，能合理利用绿色能源发电给牵引网补充电能，提升绿色能源在牵引供电系统能源消耗所占比例，实现节能减排。
本发明的技术方案为：
一种新能源发电单元接入的牵引供电系统，其特征在于，包括新能源发电单元、第一牵引变电所、第二牵引变电所、分区所、测控单元、第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2、第三电流互感器CT3、第四电流互感器CT4、第一电压互感器VT1、第二电压互感器VT2、第三电压互感器VT3、第四电压互感器VT4；分区所设置在第一牵引变电所和第二牵引变电所之间，分区所分别连接第一牵引变电所的第一供电臂和第二牵引变电所的第二供电臂，在分区所处设置新能源发电单元，第一牵引变电所的第一供电臂与新能源发电单元的第一输出端口连接，第二牵引变电所的第二供电臂与新能源发电单元的第二输出端口连接；第一牵引变电所的第一供电臂的首端馈线处设置有第一电流互感器CT1和第一电压互感器VT1，第二牵引变电所的第二供电臂的首端馈线处设置有第二电流互感器CT2和第二电压互感器VT2；新能源发电单元的第一输出端口出口处设置有第三电流互感器CT3和第三电压互感器VT3，新能源发电单元的第二输出端口出口处设置有第四电流互感器CT4和第四电压互感器VT4；测控单元的输入端口分别连接第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2、第三电流互感器CT3、第四电流互感器CT4、第一电压互感器VT1、第二电压互感器VT2、第三电压互感器VT3、第四电压互感器VT4，测控单元的输出端连接新能源发电单元的控制端；
所述测控单元用于，根据从第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2、第三电流互感器CT3、第四电流互感器CT4、第一电压互感器VT1、第二电压互感器VT2、第三电压互感器VT3、第四电压互感器VT4获得的电流和电压信息，得到第一牵引变电所输出给第一供电臂的功率Ssa、第二牵引变电所输出给第二供电臂的功率Ssb和新能源发电单元第一输出端口的功率Sha、新能源发电单元第二输出端口的功率Shb；根据功率Sha和功率Ssa求和得到第一牵引变电所的第一供电臂负荷功率Sa,根据功率Shb和功率Ssb求和得到第二牵引变电所的第二供电臂负荷功率Sb；根据获得的电流和电压信息计算第一牵引变电所的第一供电臂和第二牵引变电所的第二供电臂的有功功率Pa和Pb，判断是否为牵引功率，如果牵引负荷处于牵引工况，通过控制信号控制新能源发电单元发电；根据获得的供电臂电压和电流信息，计算得到第一牵引变电所的第一供电臂、第二牵引变电所的第二供电臂的无功功率和谐波畸变，通过控制信号控制新能源发电单元发出无功功率进行无功补偿，或补偿谐波。
上述方案中，测控单元对于新能源发电单元的控制方法为，选取新能源发电单元发电容量作为基准值Pt，存在以下4种情况：
(A)当供电臂a有负荷，供电臂b无负荷时，新能源发电单元端口a发出有功功率，端口b待机。若负荷所需功率Pa≤基准值Pt时，端口a发出功率Pha＝Pa；若负荷所需功率Pa＞基准值Pt时，端口a发出功率Pha＝Pt；
(B)当供电臂b有负荷，供电臂a无负荷时，新能源发电单元端口b发出有功功率，端口a待机。若负荷所需功率Pb≤基准值Pt时，端口b发出功率Phb＝Pb；若负荷所需功率Pb＞基准值Pt时，端口b发出功率Phb＝Pt；
(C)当供电臂a、b均有负荷时，新能源发电单元端口a、b分别发出有功功率。若负荷所需功率Pa+Pb≤基准值Pt时，端口a发出功率Pha＝Pa，端口b发出功率Phb＝Pb；若负荷所需功率Pa+Pb＞基准值Pt时，新能源发电单元GU全部容量分配给两个端口，以达到最大限度减小变电所处电压三相不平衡的目标；
(D)当供电臂a、b均无负荷时，新能源发电单元GU处于待机状态。
进一步的，所述新能源发电单元GU为氢能发电单元、光伏发电单元、风力发电单元中的一种或几种，输出电压变换为牵引网27.5kV单相交流电。
本发明的有益效果为：提供了一种新能源发电在牵引变电所处接入牵引供电系统的拓扑，给牵引网辅助供电，减少向三相电网的取电，对牵引负荷进行削峰，可以降低牵引变压器安装容量，减少牵引用电电费；实现新能源发电控制、利用和消纳，提升绿色能源在牵引供电系统能源消耗所占比例，节能减排。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例的氢能发电单元示意图。
图3是本发明实施例的光伏发电单元示意图。
图4是本发明实施例的风力发电单元示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
实施例
如图1所示，本例具体包括新能源发电单元GU、牵引变电所SS1和SS2、分区所SP、测控单元CD、电流互感器CT1、CT2、CT3和CT4、电压互感器VT1、VT2、VT3和VT4。在牵引变电所SS1供电臂a的首端馈线处设置电流互感器CT1和电压互感器VT1。相邻牵引变电所SS2供电臂b的首端馈线处设置电流互感器CT2和电压互感器VT2。供电臂a和供电臂b之间设置分区所SP，分区所SP处设置新能源发电，其有两个供电端口，供电端口a接供电臂a，供电端口b接供电臂b。供电端口a出口处设置电流互感器CT3和电压互感器VT3，供电端口b出口处设置电流互感器CT4和电压互感器VT4。电压互感器VT1、VT2、VT3、VT4和电流互感器CT1、CT2、CT3、CT4的输出传输至测控单元CD的输入端，测控单元输出端口与新能源发电单元GU相连。
图2示出氢能发电单元可采用的发电方式1：燃料电池发电。燃料电池发出直流电分通过端口a和端口b的逆变器给牵引变电所两侧供电臂输送功率。氢能发电单元可采用的发电方式2：氢燃料燃气轮机发电。氢气在燃气轮机燃烧后化学能转化为热能和机械能，机械能通过发电机转化为高频交流电，再通过整流器转化为直流电，最后分别通过端口a和端口b的逆变器给牵引变电所两侧供电臂输送功率。
图3示出光伏发电系统利用太阳能，通过光伏组件产生直流电，最后分别通过端口a和端口b的逆变器给牵引变电所两侧供电臂输送功率。
图4示出风力发电系统利用风能，把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，利用风力带动风车叶片旋转，再将旋转的速度提升，带动发电机发电，最后分别通过端口a和端口b的逆变器给牵引变电所两侧供电臂输送功率。

Claims (2)

1.一种新能源发电单元接入牵引供电系统，其特征在于，包括新能源发电单元、第一牵引变电所、第二牵引变电所、分区所、测控单元、第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2、第三电流互感器CT3、第四电流互感器CT4、第一电压互感器VT1、第二电压互感器VT2、第三电压互感器VT3、第四电压互感器VT4；分区所设置在第一牵引变电所和第二牵引变电所之间，分区所分别连接第一牵引变电所的第一供电臂和第二牵引变电所的第二供电臂，在分区所处设置新能源发电单元，第一牵引变电所的第一供电臂与新能源发电单元的第一输出端口连接，第二牵引变电所的第二供电臂与新能源发电单元的第二输出端口连接；第一牵引变电所的第一供电臂的首端馈线处设置有第一电流互感器CT1和第一电压互感器VT1，第二牵引变电所的第二供电臂的首端馈线处设置有第二电流互感器CT2和第二电压互感器VT2；新能源发电单元的第一输出端口出口处设置有第三电流互感器CT3和第三电压互感器VT3，新能源发电单元的第二输出端口出口处设置有第四电流互感器CT4和第四电压互感器VT4；测控单元的输入端口分别连接第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2、第三电流互感器CT3、第四电流互感器CT4、第一电压互感器VT1、第二电压互感器VT2、第三电压互感器VT3、第四电压互感器VT4，测控单元的输出端连接新能源发电单元的控制端；
所述测控单元用于，根据从第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2、第三电流互感器CT3、第四电流互感器CT4、第一电压互感器VT1、第二电压互感器VT2、第三电压互感器VT3、第四电压互感器VT4获得的电流和电压信息，得到第一牵引变电所输出给第一供电臂的功率Ssa、第二牵引变电所输出给第二供电臂的功率Ssb和新能源发电单元第一输出端口的功率Sha、新能源发电单元第二输出端口的功率Shb；根据功率Sha和功率Ssa求和得到第一牵引变电所的第一供电臂负荷功率Sa,根据功率Shb和功率Ssb求和得到第二牵引变电所的第二供电臂负荷功率Sb；根据获得的电流和电压信息计算第一牵引变电所的第一供电臂和第二牵引变电所的第二供电臂的有功功率Pa和Pb，判断是否为牵引功率，如果牵引负荷处于牵引工况，通过控制信号控制新能源发电单元发电；根据获得的供电臂电压和电流信息，计算得到第一牵引变电所的第一供电臂、第二牵引变电所的第二供电臂的无功功率和谐波畸变，通过控制信号控制新能源发电单元发出无功功率进行无功补偿，或补偿谐波；
测控单元对于新能源发电单元的控制方法为，选取新能源发电单元发电容量作为基准值Pt，存在以下4种情况：
(A)当第一供电臂a有负荷，第二供电臂b无负荷时，新能源发电单元第一输出端口a发出有功功率，第二输出端口b待机；若负荷所需功率Pa≤基准值Pt时，第一输出端口a发出功率Pha＝Pa；若负荷所需功率Pa＞基准值Pt时，第一输出端口a发出功率Pha＝Pt；
(B)当第二供电臂b有负荷，第一供电臂a无负荷时，新能源发电单元第二输出端口b发出有功功率，第一输出端口a待机；若负荷所需功率Pb≤基准值Pt时，第二输出端口b发出功率Phb＝Pb；若负荷所需功率Pb＞基准值Pt时，第二输出端口b发出功率Phb＝Pt；
(C)当第一供电臂a、第二供电臂b均有负荷时，新能源发电单元第一输出端口a、第二输出端口b分别发出有功功率；若负荷所需功率Pa+Pb≤基准值Pt时，第一输出端口a发出功率Pha＝Pa，第二输出端口b发出功率Phb＝Pb；若负荷所需功率Pa+Pb＞基准值Pt时，新能源发电单元GU全部容量分配给两个端口，以达到最大限度减小变电所处电压三相不平衡的目标；
(D)当第一供电臂a、第二供电臂b均无负荷时，新能源发电单元GU处于待机状态。
2.根据权利要求1所述的一种新能源发电单元接入牵引供电系统，其特征在于，所述新能源发电单元为氢能发电单元、光伏发电单元、风力发电单元中的一种或几种，输出电压变换为牵引网27.5kV单相交流电。
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