CN114362161B - 一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法 - Google Patents

一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114362161B
CN114362161B CN202210030491.9A CN202210030491A CN114362161B CN 114362161 B CN114362161 B CN 114362161B CN 202210030491 A CN202210030491 A CN 202210030491A CN 114362161 B CN114362161 B CN 114362161B
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy
power
cascade
control
traction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210030491.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114362161A (zh
Inventor
戴朝华
廉静如
姚志刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Jiaotong University
Original Assignee
Southwest Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Jiaotong University filed Critical Southwest Jiaotong University
Priority to CN202210030491.9A priority Critical patent/CN114362161B/zh
Publication of CN114362161A publication Critical patent/CN114362161A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114362161B publication Critical patent/CN114362161B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/001—Methods to deal with contingencies, e.g. abnormalities, faults or failures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M3/00—Feeding power to supply lines in contact with collector on vehicles; Arrangements for consuming regenerative power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00001—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by the display of information or by user interaction, e.g. supervisory control and data acquisition systems [SCADA] or graphical user interfaces [GUI]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00032—Systems characterised by the controlled or operated power network elements or equipment, the power network elements or equipment not otherwise provided for
    • H02J13/00036—Systems characterised by the controlled or operated power network elements or equipment, the power network elements or equipment not otherwise provided for the elements or equipment being or involving switches, relays or circuit breakers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/10—Power transmission or distribution systems management focussing at grid-level, e.g. load flow analysis, node profile computation, meshed network optimisation, active network management or spinning reserve management
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本发明公开一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法，包括：根据牵引侧供电臂负载功率和可再生能源发电装置输出功率的大小，划分储能装置的运行模式；检测各个模组实时运行状态，切除局部故障；然后根据运行模式，计算各个子模组和储能装置的补偿电流参考值和/或补偿功率参考值并下发给设备控制层；设备控制层，使各个级联式铁路能量路由器模组和直流源的协调控制，控制目标为在实现直流源中间直流母线电压稳定的同时，控制由于子模组故障带来的系统波动，平衡相内蓄电池均衡，抑制共模电流，平抑电池侧二倍频电流脉动，动态跟踪给定的补偿电流和/或功率指令，满足可再生能源的高效消纳、再生制动能量的有效利用和牵引供电系统电能质量要求。

Description

一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法
技术领域
本发明属于电气化铁路技术领域，特别是涉及一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法。
背景技术
截止2021年底我国高铁运营里程突破4万公里，全年运营总里程突破15万公里，电气化铁路系统仍旧是碳排放的重点领域之一。而动力机车在制动过程中产生了大量的再生制动能量，通常，再生制动能量被同臂牵引动车组和牵引供电设备消耗后，仍有50％的再生制动能量返送至外部电网；进而导致系统能效低，经济性差，并且加剧了电能质量问题。返送的再生制动能量三相不对称，引起电网网压波动、谐波、负序等问题。
同时，多地频繁出现弃风弃光现象，导致可再生能源利用率低下，与“碳中和”愿景相悖。兼顾消纳光伏和风电产生的电能以及回收再生制动能量，学者们提出采用将光伏、风电等可再生能源接入背靠背变流器中间直流侧的铁路能量路由器系统来实现，并有效改善三相电网电能质量问题。
但是，目前的研究主要侧重于集中式的拓扑调控，集中式铁路能量路由器容量大，对电力电子器件的额定容量以及耐受水平要求严苛；并且，集中式结构不具备局部容错能力，不利于工程应用，若有局部元件异常或者发生故障，整个装置均要切出运行。由此可见，现有技术无法充分发挥铁路能量路由器的功能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法，有效回收再利用列车再生制动能量；实现光伏和风电等可再生能源接入牵引供电系统，降低三相电网的能耗；可有效改善牵引供电系统的电能质量问题；模块化的结构可以降低电力电子器件的额定容量以及耐受水平；可以根据系统容量要求，灵活配置模块化数量，进而提高系统利用率，并且可以配置适量的冗余，提高系统容错能力；采用隔离变压器可以降低光伏、风电等可再生能源系统接入的电压水平。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法，基于接入直流源的隔离型级联并联式铁路能量路由器，隔离型级联并联式铁路能量路由器跨接在牵引变电所或者分区所的电臂之间；隔离型级联并联式铁路能量路由器包括多个隔离型级联式铁路能量路由器模组并联而成，各级联式铁路能量路由器模组均连接有具有可再生能源发电装置和储能装置的直流源，调控过程包括：
能量管理层，用于全系统综合能量管理；根据牵引侧供电臂负载功率和可再生能源发电装置输出功率的大小，划分储能装置的运行模式；检测各个模组实时运行状态，若有子模组发生故障，切除局部故障；然后根据运行模式，根据系统补偿原理，计算各个子模组和储能装置的补偿电流参考值和/或补偿功率参考值并下发给设备控制层；
设备控制层，用于各个级联式铁路能量路由器模组和直流源的协调控制，控制目标为在实现直流源中间直流母线电压稳定的同时，控制由于子模组故障带来的系统波动，平衡相内蓄电池均衡，抑制共模电流，平抑电池侧二倍频电流脉动，动态跟踪给定的补偿电流和/或功率指令，满足可再生能源的高效消纳、再生制动能量的有效利用和牵引供电系统电能质量要求。
进一步的是，所述隔离型级联式铁路能量路由模组包括多组嵌入式级联背靠背变流器子系统、每个嵌入式级联背靠背变流器子系统所配置的隔离变压器、和直流源；
每个嵌入式级联背靠背变流器子系统的一端或两端通过隔离变压器连接至牵引网；各个所述隔离变压器的原边绕组相互串联后连接至牵引网，每个隔离变压器的次边绕组与一组嵌入式级联背靠背变流器子系统一端相连；
在每个嵌入式级联背靠背变流器子系统上配置有直流源。
进一步的是，所述牵引网包括牵引变电所或者分区所的α供电臂、β供电臂和钢轨，多个隔离型级联式铁路能量路由模组并联后两端跨接在牵引变电所或者分区所的α供电臂、β供电臂与钢轨之间。
进一步的是，所述直流源包括但不仅限于光伏系统、风机系统和储能装置，光伏系统、风机系统和储能装置共同连接至直流母线。
进一步的是，在所述能量管理层中，包括步骤：
S110，实时检测系统运行数据：实时检测牵引供电系统两条供电臂电压、电流的幅值和相位，得到两供电臂的输出电压Uα和Uβ，两供电臂的输出电流Iα和Iβ，各个直流源中光伏系统输出电压UPV和IPV电流，风机系统输出电压UW和IW电流，储能装置的温度、荷电状态SOC和劣化程度SOH；
S120，处理实时运行数据：根据实时检测的运行数据，计算两供电臂等效负荷功率SLα＝Uα·Iα *＝PLα+jQLα和SLβ＝Uβ·Iβ *＝PLβ+jQLβ，计算所有光伏系统输出总功率PPV，计算风机系统输出总功率PW；
S130，局部故障切除；检测各个子模块实时运行状态，判断子模块是否故障，并且及时切除故障子模块；
S140，能量管理策略；基于能量传输模式及多重运行约束进行全系统综合能量管理，决定系统当前运行模式并将计算得到的储能装置总功率指令下发给设备控制层；
S150，判断是否达到结束条件；若是，结束运行，反之，跳转至步骤S110。
进一步的是，步骤S140中，所述能量管理策略包括步骤：
S141模式分类；基于处理后的牵引负荷、光伏系统、风电系统和储能系统实时运行数据，将牵引负荷消纳光伏系统和风电系统后的运行工况划分为整体呈牵引态、制动态和空载态；整体呈牵引态，即(PLα+PLβ)-(PPV+PW)＞0；整体呈制动态，即(PLα+PLβ)-(PPV+PW)＜0；整体呈空载态，即(PLα+PLβ)-(PPV+PW)＝0；
S142运行约束；当整体呈牵引态时，负荷功率缺额部分由储能系统补偿，储能系统整体呈放电态；当整体呈制动态时，多余的制动能量和/或可再生能源电量存储于储能系统，储能系统呈充电态；当整体呈空载态时，储能系统基于内部能量状态进行状态恢复或待机运行；
S143能量管理模型构建；全系统能量管理可独立或者组合式地以最大化利用牵引侧再生制动能量、最大化消纳可再生能源、牵引负荷削峰填谷、负序补偿、无功补偿、最大化经济效益、和/或其他运行调度指标最优为控制目标，结合约束条件，构建全系统综合能量管理策略。
进一步的是，在所述设备层中，包括步骤：
子模块故障控制、相内均衡控制、共模电流抑制、充放电电流平抑；
各个直流源的中间直流母线电压既由级联子系统中DC/AC变流器或者DC/DC变流器进行建立和稳定，或者由储能双向DC/DC进行建立和稳定；
DC/AC变流器采用电压电流双闭环控制策略、模型预测控制、滑膜变结构控制或其他控制策略中的一种或多种；
AC/DC整流器采用电压电流双闭环控制、下垂控制、模型预测控制或者其他控制策略中的一种或多种；
储能双向DC/DC变流器采用下垂控制、电压电流双闭环控制、功率外环电流内环控制或其他控制策略中的一种或多种；
光伏DC/DC变流器采用最大功率追踪控制或其他控制策略。
采用本技术方案的有益效果：
本发明所提控制方法分为能量管理层和设备控制层。能量管理层根据系统经济性最优，将系统划分成不同的运行模式，保证整个系统能够实现回收再生制动能量、消纳光伏、风电等可再生能源产生的电能，并且有效改善牵引供电系统的电能质量。设备控制层，采用共模电流抑制、相内均衡控制、充放电电流平抑、功率子模块故障控制等，保证了各个子模块能够较好的追踪能量管理层下发的功率或者电流指令，保证系统灵活稳定运行。
本发明采用若干个隔离变压器级联的结构，可以降低对单个变压器容量的要求，进而降低系统成本，同时也起到变压器隔离的作用；采用若干个背靠背变流器级联的结构，可以降低对电力电子器件额定容量和耐受水平的严苛要求；同时，高度模块化结构可以根据工程实际容量需求，灵活配置不同的数量，进而提高系统利用率；并且高度模块化结构不会因为局部元器件异常或者发生故障而导致整个装置切出运行，从而提高系统容错能力。
附图说明
图1为本发明的一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法流程示意图；
图2为本发明实施例中能量管理层中的处理流程示意图；
图3为本发明实施例中级联并联式铁路能量路由拓扑结构示意图；
图4为本发明实施例中第一种级联铁路能量路由模组拓扑结构图；
图5为本发明实施例中第二种级联铁路能量路由模组拓扑结构图；
图6为本发明实施例中第三种级联铁路能量路由模组拓扑结构图。
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，本发明提出了一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法，如图3所示，基于接入直流源的隔离型级联并联式铁路能量路由器2，隔离型级联并联式铁路能量路由器2跨接在牵引变电所或者分区所的电臂之间；隔离型级联并联式铁路能量路由器2包括多个隔离型级联式铁路能量路由器模组并联而成，各级联式铁路能量路由器模组均连接有具有可再生能源发电装置和储能装置的直流源，调控过程包括：
所述隔离型级联式铁路能量路由模组包括多组嵌入式级联背靠背变流器子系统21、每个嵌入式级联背靠背变流器子系统21所配置的隔离变压器、和直流源；
每个嵌入式级联背靠背变流器子系统21的一端或两端通过隔离变压器连接至牵引网；各个所述隔离变压器的原边绕组相互串联后连接至牵引网，每个隔离变压器的次边绕组与一组嵌入式级联背靠背变流器子系统21一端相连；
在每个嵌入式级联背靠背变流器子系统21上配置有直流源。
所述牵引网包括牵引变电所或者分区所的α供电臂1、β供电臂3和钢轨4，多个隔离型级联式铁路能量路由模组并联后两端跨接在牵引变电所或者分区所的α供电臂1、β供电臂3与钢轨4之间。
优选的，如图4所示，本发明具体提供了一种隔离型级联并联式铁路能量路由器系统的技术实现方案，所述隔离型级联式铁路能量路由模组包括若干(假设为n)个嵌入式级联背靠背变流器子系统21、α侧n个隔离变压22，以及β侧n个隔离变压23；所述α侧n个隔离变压器22的原边绕组相互串联后分别连接至α供电臂1与钢轨4之间，每个隔离变压器22的次边绕组与一组嵌入式级联背靠背变流器子系统21一端的变流器211相连；所述β侧n个隔离变压器23的原边绕组相互串联后分别连接至β供电臂3与钢轨4之间，每个隔离变压器23的次边绕组与一组嵌入式级联背靠背变流器子系统21另一端的变流器212相连。
优选的，如图5所示，本发明具体提供了第二种隔离型级联并联式铁路能量路由器系统的技术实现方案，所述隔离型级联式铁路能量路由模组包括若干(假设为n)个嵌入式级联背靠背变流器子系统21、以及α侧n个隔离变压22；所述α侧n个隔离变压器22的原边绕组相互串联后分别连接至α供电臂1与钢轨4之间，每个隔离变压器22的次边绕组与一组嵌入式级联背靠背变流器子系统21一端的变流器211相连；各组嵌入式级联背靠背变流器子系统21另一端的变流器212的交流侧相互串联后连接至β供电臂3与钢轨4之间。
优选的，如图6所示，本发明具体提供了第三种隔离型级联并联式铁路能量路由器系统的技术实现方案，所述隔离型级联式铁路能量路由模组包括若干(假设为n)个嵌入式级联背靠背变流器子系统21、以及α侧n个三绕组隔离变压24；所述α侧n个三绕组隔离变压器24的原边绕组相互串联后分别连接至α供电臂1与钢轨4之间，每个隔离变压器24的第一次边绕组与一组嵌入式级联背靠背变流器子系统21一端的变流器211相连，第二次边绕组通过AC/DC变流器216与直流源I6相连接；各组嵌入式级联背靠背变流器子系统21另一端的变流器212的交流侧相互串联后连接至β供电臂3与钢轨4之间。
作为上述实施例的一种优化方案，所述嵌入式级联背靠背变流器子系统21包括若干(假设为ni)组单相背靠背变流器，每组单相背靠背变流器α侧通过一端变流器211串联，β侧通过另一端变流器212串联，构成嵌入式级联背靠背变流器子系统；所述单相背靠背变流器的中间直流回路的直流源和公用电容215，以及并联在α侧变流器211的旁路开关213和并联在β侧变流器212的旁路开关214组成。中央控制器5用于实时检测α供电臂1和β供电臂3的电压/电流数据、光伏系统的电压/电流/温度数据、风电系统的风速/电压/电流数据、储能系统实时荷电状态/电压/电流/温度数据，并计算牵引负荷功率、光伏输出总功率、风电系统输出总功率，根据计算结果选择运行模式；所述中央控制器5根据不同模式为各个断路器、背靠背变流器、可再生能源系统和储能系统分配功率和/或电流，实现系统协调控制。
如图1所示，基于隔离型级联并联式铁路能量路由器2，一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法，包括：
能量管理层，用于全系统综合能量管理；根据牵引侧供电臂负载功率和可再生能源发电装置输出功率的大小，划分储能装置的运行模式；检测各个模组实时运行状态，若有子模组发生故障，切除局部故障；然后根据运行模式，根据系统补偿原理，计算各个子模组和储能装置的补偿电流参考值和/或补偿功率参考值并下发给设备控制层；
设备控制层，用于各个级联式铁路能量路由器模组和直流源的协调控制，控制目标为在实现直流源中间直流母线电压稳定的同时，控制由于子模组故障带来的系统波动，平衡相内蓄电池均衡，抑制共模电流，平抑电池侧二倍频电流脉动，动态跟踪给定的补偿电流和/或功率指令，满足可再生能源的高效消纳、再生制动能量的有效利用和牵引供电系统电能质量要求。
作为上述实施例的优化方案，如图2所示，在所述能量管理层中，包括步骤：
S110，实时检测系统运行数据：实时检测牵引供电系统两条供电臂电压、电流的幅值和相位，得到两供电臂的输出电压Uα和Uβ，两供电臂的输出电流Iα和Iβ，各个直流源中光伏系统输出电压UPV和IPV电流，风机系统输出电压UW和IW电流，储能装置的温度、荷电状态SOC和劣化程度SOH；
S120，处理实时运行数据：根据实时检测的运行数据，计算两供电臂等效负荷功率SLα＝Uα·Iα *＝PLα+jQLα和SLβ＝Uβ·Iβ *＝PLβ+jQLβ，计算所有光伏系统输出总功率PPV，计算风机系统输出总功率PW；
S130，局部故障切除；检测各个子模块实时运行状态，判断子模块是否故障，并且及时切除故障子模块；
S140，能量管理策略；基于处理后的牵引负荷、光伏系统、风电系统和储能系统实时运行数据，将牵引负荷消纳光伏系统和风电系统后的运行工况划分为整体呈牵引态(即(PLα+PLβ)-(PPV+PW)＞0)、制动态(即(PLα+PLβ)-(PPV+PW)＜0)和空载态(即(PLα+PLβ)-(PPV+PW)＝0)；当整体呈牵引态时，负荷功率缺额部分由储能系统补偿，储能系统整体呈放电态；当整体呈制动态时，多余的制动能量和/或可再生能源电量存储于储能系统，储能系统呈充电态；当整体呈空载态时，储能系统基于内部能量状态进行状态恢复或待机运行；
全系统能量管理可独立或者组合式地以最大化利用牵引侧再生制动能量、最大化消纳可再生能源、牵引负荷削峰填谷、负序补偿、无功补偿、最大化经济效益、和/或其他运行调度指标最优为控制目标，结合约束条件，构建全系统综合能量管理策略。
S150，判断是否达到结束条件；若是，结束运行，反之，跳转至步骤S110。
其中，设备控制层，包括：
子模块故障控制、相内均衡控制、共模电流抑制、充放电电流平抑；
各个直流源的中间直流母线电压既可由级联子系统中DC/AC变流器或者DC/DC变流器进行建立和稳定，也可以由储能双向DC/DC进行建立和稳定；
DC/AC变流器可选择采用电压电流双闭环控制策略、模型预测控制、滑膜变结构控制或其他控制策略中的一种或多种；
AC/DC整流器可采用电压电流双闭环控制、下垂控制、模型预测控制或者其他控制策略中的一种或多种；
储能双向DC/DC变流器可选择采用下垂控制、电压电流双闭环控制、功率外环电流内环控制或其他控制策略中的一种或多种；
光伏DC/DC变流器采用最大功率追踪控制或其他控制策略。
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 (5)

1.一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法，其特征在于，基于接入直流源的隔离型级联并联式铁路能量路由器，隔离型级联并联式铁路能量路由器跨接在牵引变电所或者分区所的电臂之间；隔离型级联并联式铁路能量路由器包括多个隔离型级联式铁路能量路由器模组并联而成，各级联式铁路能量路由器模组均连接有具有可再生能源发电装置和储能装置的直流源，调控过程包括：
能量管理层，用于全系统综合能量管理；根据牵引侧供电臂负载功率和可再生能源发电装置输出功率的大小，划分储能装置的运行模式；检测各个模组实时运行状态，若有子模组发生故障，切除局部故障；然后根据运行模式，根据系统补偿原理，计算各个子模组和储能装置的补偿电流参考值和/或补偿功率参考值并下发给设备控制层；
在所述能量管理层中，包括步骤：
S110，实时检测系统运行数据：实时检测牵引供电系统两条供电臂电压、电流的幅值和相位，得到两供电臂的输出电压Uα和Uβ，两供电臂的输出电流Iα和Iβ，各个直流源中光伏系统输出电压UPV和IPV电流，风机系统输出电压UW和IW电流，储能装置的温度、荷电状态SOC和劣化程度SOH；
S120，处理实时运行数据：根据实时检测的运行数据，计算两供电臂等效负荷功率SLα＝Uα·Iα *＝PLα+jQLα和SLβ＝Uβ·Iβ *＝PLβ+jQLβ，计算所有光伏系统输出总功率PPV，计算风机系统输出总功率PW；
S130，局部故障切除；检测各个子模块实时运行状态，判断子模块是否故障，并且及时切除故障子模块；
S140，能量管理策略；基于能量传输模式及多重运行约束进行全系统综合能量管理，决定系统当前运行模式并将计算得到的储能装置总功率指令下发给设备控制层；步骤S140中，所述能量管理策略包括步骤：
S141模式分类；基于处理后的牵引负荷、光伏系统、风电系统和储能系统实时运行数据，将牵引负荷消纳光伏系统和风电系统后的运行工况划分为整体呈牵引态、制动态和空载态；整体呈牵引态，即(PLα+PLβ)-(PPV+PW)＞0；整体呈制动态，即(PLα+PLβ)-(PPV+PW)＜0；整体呈空载态，即(PLα+PLβ)-(PPV+PW)＝0；
S142运行约束；当整体呈牵引态时，负荷功率缺额部分由储能系统补偿，储能系统整体呈放电态；当整体呈制动态时，多余的制动能量和/或可再生能源电量存储于储能系统，储能系统呈充电态；当整体呈空载态时，储能系统基于内部能量状态进行状态恢复或待机运行；
S143能量管理模型构建；全系统能量管理可独立或者组合式地以最大化利用牵引侧再生制动能量、最大化消纳可再生能源、牵引负荷削峰填谷、负序补偿、无功补偿、最大化经济效益最优为控制目标，结合约束条件，构建全系统综合能量管理策略；
S150，判断是否达到结束条件；若是，结束运行，反之，跳转至步骤S110；
设备控制层，用于各个级联式铁路能量路由器模组和直流源的协调控制，控制目标为在实现直流源中间直流母线电压稳定的同时，控制由于子模组故障带来的系统波动，平衡相内蓄电池均衡，抑制共模电流，平抑电池侧二倍频电流脉动，动态跟踪给定的补偿电流和/或功率指令，满足可再生能源的高效消纳、再生制动能量的有效利用和牵引供电系统电能质量要求。
2.根据权利要求1所述的一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法，其特征在于，所述隔离型级联式铁路能量路由器模组包括多组嵌入式级联背靠背变流器子系统、每个嵌入式级联背靠背变流器子系统所配置的隔离变压器和直流源；
每个嵌入式级联背靠背变流器子系统的一端或两端通过隔离变压器连接至牵引网；各个所述隔离变压器的原边绕组相互串联后连接至牵引网，每个隔离变压器的次边绕组与一组嵌入式级联背靠背变流器子系统一端相连；
在每个嵌入式级联背靠背变流器子系统上配置有直流源。
3.根据权利要求2所述的一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法，其特征在于，所述牵引网包括牵引变电所或者分区所的α供电臂、β供电臂和钢轨，多个隔离型级联式铁路能量路由模组并联后两端跨接在牵引变电所或者分区所的α供电臂、β供电臂与钢轨之间。
4.根据权利要求2或3所述的一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法，其特征在于，所述直流源包括但不仅限于光伏系统、风机系统和储能装置，光伏系统、风机系统和储能装置共同连接至直流母线。
5.根据权利要求1所述的一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法，其特征在于，在所述设备控制层中，包括步骤：
子模块故障控制、相内均衡控制、共模电流抑制、充放电电流平抑；
各个直流源的中间直流母线电压由级联子系统中DC/AC变流器或者DC/DC变流器进行建立和稳定，或者由储能双向DC/DC进行建立和稳定；
DC/AC变流器采用电压电流双闭环控制策略、模型预测控制、滑膜变结构控制中的一种或多种；
AC/DC整流器采用电压电流双闭环控制、下垂控制、模型预测控制中的一种或多种；
储能双向DC/DC变流器采用下垂控制、电压电流双闭环控制、功率外环电流内环控制中的一种或多种；
光伏DC/DC变流器采用最大功率追踪控制。
CN202210030491.9A 2022-01-12 2022-01-12 一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法 Active CN114362161B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210030491.9A CN114362161B (zh) 2022-01-12 2022-01-12 一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210030491.9A CN114362161B (zh) 2022-01-12 2022-01-12 一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114362161A CN114362161A (zh) 2022-04-15
CN114362161B true CN114362161B (zh) 2023-04-25

Family

ID=81109747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210030491.9A Active CN114362161B (zh) 2022-01-12 2022-01-12 一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114362161B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017158356A (ja) * 2016-03-03 2017-09-07 株式会社東芝 電力供給システム
CN108365634A (zh) * 2018-04-23 2018-08-03 西南交通大学 一种再生制动能量回收的铁路光伏储能系统及控制方法
CN208158134U (zh) * 2018-04-23 2018-11-27 西南交通大学 一种再生制动能量回收的铁路光伏储能系统
CN113629734A (zh) * 2021-07-16 2021-11-09 西南交通大学 一种电气化铁路多功能储能系统的分层优化控制方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6054122B2 (ja) * 2012-09-28 2016-12-27 株式会社東芝 鉄道電力管理装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017158356A (ja) * 2016-03-03 2017-09-07 株式会社東芝 電力供給システム
CN108365634A (zh) * 2018-04-23 2018-08-03 西南交通大学 一种再生制动能量回收的铁路光伏储能系统及控制方法
CN208158134U (zh) * 2018-04-23 2018-11-27 西南交通大学 一种再生制动能量回收的铁路光伏储能系统
CN113629734A (zh) * 2021-07-16 2021-11-09 西南交通大学 一种电气化铁路多功能储能系统的分层优化控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114362161A (zh) 2022-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107612051B (zh) 一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统
Cheng et al. Overview of resilient traction power supply systems in railways with interconnected microgrid
CN111775782B (zh) 一种电气化铁路牵引应急保障供电系统及控制方法
WO2015014249A1 (zh) 一种基于新能源的混合双向互动式直流牵引供电系统
EP4369549A1 (en) Flexible direct-current traction power supply system connected with distributed external power supplies, and operating method therefor
CN111016742B (zh) 基于混合储能的电气化铁路牵引供电系统及方法
CN111137180A (zh) 一种电气化铁路牵引供电系统及方法
CN114362163B (zh) 一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法
Yu et al. A novel renewable microgrid-enabled metro traction power system—concepts, framework, and operation strategy
CN114362161B (zh) 一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法
CN114362164B (zh) 一种级联并联式铁路能量路由调控方法
CN115224704B (zh) 基于混合储能构建的分时复用调峰调频电站及控制方法
Kamel et al. Smart SOP architectures and power control managements between light DC railway and LV distribution network
Liu et al. A novel architecture of urban rail transit based on hybrid energy storage systems using droop control
CN216959346U (zh) 针对综合能源站的交直流微网路由器系统
Li et al. Application of energy storage system in rail transit: A review
Yu et al. A novel DC microgrid-enabled metro traction power system
CN116022036A (zh) 轨道交通应用氢能、综合能源融合轨道交通供电的方法、设备和仿真
CN209823438U (zh) 一种基于综合能源的复线全并联at牵引供电系统
CN114362162B (zh) 一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法
CN216959329U (zh) 一种铁路直流源双级联接入系统
CN216672604U (zh) 一种级联并联式铁路能量路由系统
CN216959333U (zh) 一种可再生能源微网供电的铁路能量路由系统
CN115000995B (zh) 一种牵引供电有功功率融通系统及其控制方法
CN116388143B (zh) 基于能量路由器的柔性直流牵引供电系统及其控制架构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant