CN114362162B - 一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法 - Google Patents

一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法，包括：能量管理层，用于全系统综合能量管理；基于实时运行数据，切换可再生能源铁路能量路由系统当前运行模式并将计算得到的各个子系统中背靠背变流器、储能系统的的补偿电流和/或功率指令下发给设备控制层；设备控制层，用于各个子系统中背靠背变流器、储能系统和光伏系统的协调控制，控制目标为在实现中间直流母线电压稳定的同时动态跟踪给定的补偿电流和/或功率指令。本发明能够有效回收列车再生制动能量，消纳光伏产生电量，兼顾改善牵引供电系统的电能质量问题；同时具有容错能力；有助于缓解高压大容量环境下对内部电力电子器件的耐受要求；有效提高系统利用率。

Description

一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法
技术领域
本发明属于电气化铁路技术领域，特别是涉及一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法。
背景技术
随着我国电气化铁路的飞速发展，铁路年耗电量高达900亿kWh之多，相当于每年消耗360亿公斤标准煤，二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物排放量巨大；为实现“碳达峰”、“碳中和”愿景，国内外学者积极推进新型供电模式。光伏发电因其具有清洁、无污染、无噪声、规模大等优点，成为人们关注的热点。
现有技术提出通过背靠背变流器设备直流侧集成光伏发电系统与储能系统的新型供电模式。该系统可用有效改善牵引供电系统无功、负序、谐波等电能质量，同时兼顾消纳光伏电能，回收再生制动能量。但是，目前的研究主要侧重于集中式的光伏储能背靠背变流器系统，既有系统容量较大，对系统内部电力电子器件的额定容量以及耐受水平等要求严苛；并且这种系统不具备局部容错能力，若外置设备中局部元件异常或者发生故障，整体设备需要切出运行状态。由此可见，现有技术无法充分发挥铁路能量路由器的功能，并且集中式光伏组件导致光伏系统利用率低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法，能够有效回收列车再生制动能量，消纳光伏产生电量，兼顾改善牵引供电系统的电能质量问题；同时具有容错能力，即使遭受外部扰动或者局部故障的情况下，也能保证系统正常运行；有助于缓解高压大容量环境下对内部电力电子器件的耐受要求；适用于各种电压等级，可以提高系统利用率；组串式光伏组件结构可有效提高系统利用率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法，运用于基于光伏储能系统的铁路能量路由系统，基于光伏储能系统的铁路能量路由系统连接至牵引网，基于光伏储能系统的铁路能量路由系统包含有多个光伏储能铁路能量路由器子系统，光伏储能铁路能量路由器子系统包含有背靠背变流器和光伏储能系统，包括：
能量管理层，用于全系统综合能量管理；基于实时运行数据，切换可再生能源铁路能量路由系统当前运行模式并将计算得到的各个子系统中背靠背变流器、储能系统的的补偿电流和/或功率指令下发给设备控制层；
设备控制层，用于各个子系统中背靠背变流器、储能系统和光伏系统的协调控制，控制目标为在实现中间直流母线电压稳定的同时动态跟踪给定的补偿电流和/或功率指令。
进一步的是，在所述能量管理层中，包括步骤：
S110，实时检测基于光伏储能系统的铁路能量路由系统的运行数据：当基于光伏储能系统的铁路能量路由系统投入运行时，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；检测光伏阵列输出电压UPV和电流IPV，检测储能装置的荷电状态SOC和劣化程度SOH；
S120，实时处理所述运行数据：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，计算光伏阵列输出功率PPV，计算两臂牵引负荷总有功功率PL＝PLα+PLβ；
S130，设置约束条件：根据牵引系统负荷功率的大小，设置牵引供电系统消耗三相电网有功功率的峰值Phigh和谷值Plow；根据储能装置的参数，设置初始荷电状态SOC0、荷电状态的最大值SOCmax及最小值SOCmin、n个储能系统总的最大充电功率PBMC、n个储能系统总的最大放电功率PBMD；
S140，多模式下控制模式选择：根据负荷总有功功率PL减去总的光伏输出功率PPV的差值与消耗三相电网功率的峰谷值Phigh、Plow之间的关系，判断系统所处运行工况模式，根据不同工况模式给出储能系统的运行状态及充放电功率；将控制信号下发到各光伏储能铁路能量路由器子系统中的光伏装置、储能装置以及两侧背靠背变流器，实现系统各部分协调控制，完成多模式下的能量交换；
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，所述多模式下控制模式选择，包括：
若PL-PPV≤-PBMC，进入模式1纯充电模式；所述模式1下，两臂牵引负荷整体呈制动状态，光伏系统产生的电能不再向两臂供电，满足SOC约束条件的储能系统均处于充电状态，回收两臂再生制动能量及无法消纳的光伏电能；
若-PBMC＜PL-PPV≤0，进入模式2混合充电模式；所述模式2下，两臂牵引负荷无法将光伏产生的电能完全消纳，多余的部分由储能系统回收，储能系统一部分处于充电状态，其余部分处于空闲状态；
若0＜PL-PPV≤Plow，进入模式3填谷模式；所述模式3下，两臂牵引负荷消纳完光伏产生的能量，消耗电网的能量小于设置的谷值Plow，SOC较大的储能系统处于放电状态，SOC较小的储能系统处于充电状态，整体呈充电状态；
若Plow＜PL-PPV≤Phigh，进入模式4功率传输模式；所述模式4下，两臂牵引负载消纳完光伏产生的能量，消耗电网的能量处于峰谷值之间，SOC较大的储能系统处于放电状态，SOC较小的储能系统处于充电状态，整体呈充放电功率为0；
若Phigh＜PL-PPV≤Phigh+PBMD，进入模式5混合放电模式；所述模式5下，两臂牵引负载消纳完光伏产生的能量，消耗电网的能量大于峰值Phigh，储能系统一部分处于放电状态，其余部分处于空闲状态；
若PL-PPV＞Phigh+PBMD，进入模式6纯放电模式；所述模式6下，两臂牵引负载消纳完光伏产生的能量，消耗电网的能量大于峰值Phigh与储能最大放电功率PBM之和，满足SOC约束条件的所有储能系统均处于放电状态。
进一步的是，在所述模式1纯充电模式中，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由小到大的结果为SOC1，SOC2，…，SOCn；逐个判断n个储能装置的SOC是否满足约束条件SOCmin≤SOCt≤SOCmax，其中满足SOC约束条件的有m个储能系统，这m个储能系统中第j个储能系统充电功率为其自身最大充电功率：-PBMCj，其余n-m个模块的输出功率为：0。
进一步的是，在所述模式2混合充电模式中，计算PESS＝PL-PPV，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由小到大结果为SOC1，SOC2，…，SOCn；逐个判断n个储能装置的SOC是否满足约束条件SOCmin≤SOCt≤SOCmax，根据
Figure BDA0003466222250000031
来确定投运的储能系统数目m，这m个储能系统中第j个储能系统充电功率为：
Figure BDA0003466222250000032
其余n-m个储能模块输出功率为0。
进一步的是，在所述模式3填谷模式中，计算PESS＝PL-PPV-Plow，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由小到大的结果为SOC1，SOC2，…，SOCn；高于SOC0的系储能统个数为x，低于SOC0的系储能统个数为y，设
Figure BDA0003466222250000041
Figure BDA0003466222250000042
x个储能系统中第j个储能系统放电功率为：
Figure BDA0003466222250000043
y个储能系统中第j个储能系统充电功率为：
Figure BDA0003466222250000044
其余n-x-y个模块输出功率为：0。
进一步的是，在所述模式4功率传输模式中，计算PESS＝0，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由小到大的结果为SOC1，SOC2，…，SOCn，高于SOC0的系储能统个数为x，低于SOC0的系储能统个数为y，x个储能系统中第j个储能系统放电功率为：
Figure BDA0003466222250000045
y个储能系统中第j个储能系统充电功率为：
Figure BDA0003466222250000046
其余n-x-y个模块输出功率为：0。
进一步的是，在所述模式5混合放电模式中，计算PESS＝PL-PPV-Phigh，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由大到小结果为SOC1，SOC2，…，SOCn，逐个判断n个储能装置的SOC是否满足约束条件SOCmin≤SOCt≤SOCmax，根据
Figure BDA0003466222250000047
来确定投运的储能系统数目m，这m个储能系统中第j个储能系统放电功率为：
Figure BDA0003466222250000048
其余n-m个储能模块输出功率为0。
进一步的是，在所述模式6纯放电模式中，计算PESS＝PL-PPV-Phigh，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由大到小结果为SOC1，SOC2，…，SOCn；逐个判断n个储能装置的SOC是否满足约束条件SOCmin≤SOCt≤SOCmax，满足SOC约束条件的储能系统个数为m，这m个储能系统中第j个储能系统放电功率为其自身最大放电功率为：-PBMDj，其余n-m个模块的输出功率为：0。
进一步的是，所述设备控制层，包括：
各子系统间的中间直流母线电压既可由背靠背变流器进行建立和稳定，也可以由双向DC/DC进行建立和稳定；
背靠背变流器可以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；
储能双向DC/DC变流器采用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；
光伏DC/DC变流器采用最大功率追踪控制或其他控制策略。
进一步的是，所述牵引网包括α供电臂、β供电臂、牵引负荷和钢轨；α供电臂、β供电臂分别与钢轨构成回路；牵引负荷连接至α/β相供电臂和钢轨之间；
所述基于光伏储能系统的铁路能量路由系统包括若干个光伏储能铁路能量路由器子系统、α相多绕组变压器、β相多绕组变压器和中央控制系统；所述光伏储能铁路能量路由器子系统两侧分别连接至α相多绕组变压器副边和β相多绕组变压器副边，通过α相多绕组变压器和β相多绕组变压器分别与牵引网中α供电臂、β供电臂和钢轨连接；所述中央控制系统通过通信信道与牵引网和组串式光伏储能铁路能量路由器子系统进行信息交互。
采用本技术方案的有益效果：
本发明实时检测可再生能源铁路能量路由系统的运行数据并对采集数据进行实时处理，根据两供电臂、光伏阵列和两臂牵引负荷总有功功率；在设置的约束条件下，通过多模式下控制模式选择，根据负荷总有功功率减去总的光伏输出功率的差值与消耗三相电网功率的峰谷值之间的关系，判断系统所处运行工况模式，根据不同工况模式给出储能系统的运行状态及充放电功率；将控制信号下发到各光伏储能铁路能量路由器子系统中的光伏装置、储能装置以及两侧背靠背变流器，实现系统各部分协调控制，完成多模式下的能量交换；能够有效改善牵引供电系统负序、无功、谐波、牵引网网压波动等电能质量问题，同时兼顾就地消纳光伏产生的电量，有效回收列车再生制动产生的能量；能够保证所提系统的灵活稳定运行，可以实现不同运行模式间的无缝切换、协调管理再生制动能量和光伏能量的多向转移，动态控制变流器进行电能质量综合补偿。
本发明采用基于光伏储能系统的铁路能量路由系统结合控制方法，能够提高系统的容错能力，即使在遭受到外部扰动或者发生局部故障的情况下，仍能够保证系统连续运行；高度模块化可以降低由于高压大容量环境下对系统电力电子器件性能的要求；高度模块化的装置适用于各种容量要求的系统，提高系统的利用率；组串式的结构可有效提高光伏系统的利用率。采用模块化组串式结构，可以有效提高系统的容错能力，当发生局部故障时，可断开两侧断路器，将故障切除，仍能够保证系统连续运行；多模块组串式结构可以降低由于高压大容量环境下对系统电力电子器件性能的要求；高度模块化的装置，可以根据不同场景容量的需求，计算出投入使用的模块化个数，进而适用于各种容量要求的系统，提高系统的利用率；组串式的结构相对于集中式结构更利于避开阴影对光伏的影响，可有效提高光伏系统的利用率。
附图说明
图1为本发明的一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中能量管理层的方法流程图；
图3为本发明实施例中基于光伏储能系统的铁路能量路由系统的结构示意图。
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，本发明提出了一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法，运用于基于光伏储能系统的铁路能量路由系统，基于光伏储能系统的铁路能量路由系统连接至牵引网，基于光伏储能系统的铁路能量路由系统包含有多个光伏储能铁路能量路由器子系统，光伏储能铁路能量路由器子系统包含有背靠背变流器和光伏储能系统。
如图3所示，所述基于光伏储能系统的铁路能量路由系统2包括若干(假设为n)个组串式光伏储能铁路能量路由器子系统21/24、α相多绕组变压器22、β相多绕组变压器23、中央控制系统25；所述n个组串式光伏储能铁路能量路由器子系统21/24两侧分别连接至α相多绕组变压器22副边和β相多绕组变压器23副边，通过α相多绕组变压器22和β相多绕组变压器23分别与牵引网1中α供电臂11、β供电臂12和钢轨14连接。所述中央控制系统25通过通信信道与牵引网1和组串式光伏储能铁路能量路由器子系统21/24进行信息交互。
所述牵引网1包括α供电臂11、β供电臂12、牵引负荷13、钢轨14；α供电臂11、β供电臂12分别与钢轨14构成回路；牵引负荷13连接至α/β相供电臂11/12和钢轨14之间。
所述组串式光伏储能铁路能量路由器子系统21包括背靠背变流器系统211、可选的储能系统212、可选的光伏系统213或其它可再生能源发电系统、α相断路器214、β相断路器215；所述储能系统212和/或光伏系统213和/或其它可再生能源发电系统并联接至背靠背变流器系统211直流侧；所述背靠背变流器系统211两交流侧分别与α相断路器214和β相断路器215连接；α相断路器214连接至α相多绕组变压器22副边，β相断路器215连接至β相多绕组变压器23副边。
运用于上述基于光伏储能系统的铁路能量路由系统，一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法，如图1所示，包括：
能量管理层，用于全系统综合能量管理；基于实时运行数据，切换可再生能源铁路能量路由系统当前运行模式并将计算得到的各个子系统中背靠背变流器、储能系统的的补偿电流和/或功率指令下发给设备控制层；
设备控制层，用于各个子系统中背靠背变流器、储能系统和光伏系统的协调控制，控制目标为在实现中间直流母线电压稳定的同时动态跟踪给定的补偿电流和/或功率指令。
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，实时检测基于光伏储能系统的铁路能量路由系统的运行数据：当基于光伏储能系统的铁路能量路由系统投入运行时，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；检测光伏阵列输出电压UPV和电流IPV，检测储能装置的荷电状态SOC和劣化程度SOH；
S120，实时处理所述运行数据：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，计算光伏阵列输出功率PPV，计算两臂牵引负荷总有功功率PL＝PLα+PLβ；
S130，设置约束条件：根据牵引系统负荷功率的大小，设置牵引供电系统消耗三相电网有功功率的峰值Phigh和谷值Plow；根据储能装置的参数，设置初始荷电状态SOC0、荷电状态的最大值SOCmax及最小值SOCmin、n个储能系统总的最大充电功率PBMC、n个储能系统总的最大放电功率PBMD；
S140，多模式下控制模式选择：根据负荷总有功功率PL减去总的光伏输出功率PPV的差值与消耗三相电网功率的峰谷值Phigh、Plow之间的关系，判断系统所处运行工况模式，根据不同工况模式给出储能系统的运行状态及充放电功率；将控制信号下发到各光伏储能铁路能量路由器子系统中的光伏装置、储能装置以及两侧背靠背变流器，实现系统各部分协调控制，完成多模式下的能量交换；
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，所述多模式下控制模式选择，包括：
若PL-PPV≤-PBMC，进入模式1纯充电模式；所述模式1下，两臂牵引负荷整体呈制动状态，光伏系统产生的电能不再向两臂供电，满足SOC约束条件的储能系统均处于充电状态，回收两臂再生制动能量及无法消纳的光伏电能；
若-PBMC＜PL-PPV≤0，进入模式2混合充电模式；所述模式2下，两臂牵引负荷无法将光伏产生的电能完全消纳，多余的部分由储能系统回收，储能系统一部分处于充电状态，其余部分处于空闲状态；
若0＜PL-PPV≤Plow，进入模式3填谷模式；所述模式3下，两臂牵引负荷消纳完光伏产生的能量，消耗电网的能量小于设置的谷值Plow，SOC较大的储能系统处于放电状态，SOC较小的储能系统处于充电状态，整体呈充电状态；
若Plow＜PL-PPV≤Phigh，进入模式4功率传输模式；所述模式4下，两臂牵引负载消纳完光伏产生的能量，消耗电网的能量处于峰谷值之间，SOC较大的储能系统处于放电状态，SOC较小的储能系统处于充电状态，整体呈充放电功率为0；
若Phigh＜PL-PPV≤Phigh+PBMD，进入模式5混合放电模式；所述模式5下，两臂牵引负载消纳完光伏产生的能量，消耗电网的能量大于峰值Phigh，储能系统一部分处于放电状态，其余部分处于空闲状态；
若PL-PPV＞Phigh+PBMD，进入模式6纯放电模式；所述模式6下，两臂牵引负载消纳完光伏产生的能量，消耗电网的能量大于峰值Phigh与储能最大放电功率PBM之和，满足SOC约束条件的所有储能系统均处于放电状态。
在所述模式1纯充电模式中，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由小到大的结果为SOC1，SOC2，…，SOCn；逐个判断n个储能装置的SOC是否满足约束条件SOCmin≤SOCt≤SOCmax，其中满足SOC约束条件的有m个储能系统，这m个储能系统中第j个储能系统充电功率为其自身最大充电功率：-PBMCj，其余n-m个模块的输出功率为：0。
在所述模式2混合充电模式中，计算PESS＝PL-PPV，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由小到大结果为SOC1，SOC2，…，SOCn；逐个判断n个储能装置的SOC是否满足约束条件SOCmin≤SOCt≤SOCmax，根据
Figure BDA0003466222250000091
来确定投运的储能系统数目m，这m个储能系统中第j个储能系统充电功率为：
Figure BDA0003466222250000092
其余n-m个储能模块输出功率为0。
在所述模式3填谷模式中，计算PESS＝PL-PPV-Plow，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由小到大的结果为SOC1，SOC2，…，SOCn；高于SOC0的系储能统个数为x，低于SOC0的系储能统个数为y，设
Figure BDA0003466222250000093
x个储能系统中第j个储能系统放电功率为：
Figure BDA0003466222250000094
y个储能系统中第j个储能系统充电功率为：
Figure BDA0003466222250000095
其余n-x-y个模块输出功率为：0。
在所述模式4功率传输模式中，计算PESS＝0，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由小到大的结果为SOC1，SOC2，…，SOCn，高于SOC0的系储能统个数为x，低于SOC0的系储能统个数为y，x个储能系统中第j个储能系统放电功率为：
Figure BDA0003466222250000096
y个储能系统中第j个储能系统充电功率为：
Figure BDA0003466222250000097
其余n-x-y个模块输出功率为：0。
在所述模式5混合放电模式中，计算PESS＝PL-PPV-Phigh，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由大到小结果为SOC1，SOC2，…，SOCn，逐个判断n个储能装置的SOC是否满足约束条件SOCmin≤SOCt≤SOCmax，根据
Figure BDA0003466222250000098
来确定投运的储能系统数目m，这m个储能系统中第j个储能系统放电功率为：
Figure BDA0003466222250000099
其余n-m个储能模块输出功率为0。
在所述模式6纯放电模式中，计算PESS＝PL-PPV-Phigh，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由大到小结果为SOC1，SOC2，…，SOCn；逐个判断n个储能装置的SOC是否满足约束条件SOCmin≤SOCt≤SOCmax，满足SOC约束条件的储能系统个数为m，这m个储能系统中第j个储能系统放电功率为其自身最大放电功率为：-PBMDj，其余n-m个模块的输出功率为：0。
所述设备控制层，包括：
各子系统间的中间直流母线电压既可由背靠背变流器进行建立和稳定，也可以由双向DC/DC进行建立和稳定；
背靠背变流器可以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；
储能双向DC/DC变流器采用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；
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 (9)

1.一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法，其特征在于，运用于基于光伏储能系统的铁路能量路由系统，基于光伏储能系统的铁路能量路由系统连接至牵引网，基于光伏储能系统的铁路能量路由系统包含有多个光伏储能铁路能量路由器子系统，光伏储能铁路能量路由器子系统包含有背靠背变流器和光伏储能系统，包括：
能量管理层，用于全系统综合能量管理；基于实时运行数据，切换可再生能源铁路能量路由系统当前运行模式并将计算得到的各个子系统中背靠背变流器、储能系统的补偿电流和/或功率指令下发给设备控制层；包括步骤：
S110，实时检测基于光伏储能系统的铁路能量路由系统的运行数据：当基于光伏储能系统的铁路能量路由系统投入运行时，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；检测光伏阵列输出电压UPV和电流IPV，检测储能装置的荷电状态SOC和劣化程度SOH；
S120，实时处理所述运行数据：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，计算光伏阵列输出功率PPV，计算两臂牵引负荷总有功功率PL＝PLα+PLβ；
S130，设置约束条件：根据牵引系统负荷功率的大小，设置牵引供电系统消耗三相电网有功功率的峰值Phigh和谷值Plow；根据储能装置的参数，设置初始荷电状态SOC0、荷电状态的最大值SOCmax及最小值SOCmin、n个储能系统总的最大充电功率PBMC、n个储能系统总的最大放电功率PBMD；
S140，多模式下控制模式选择：根据负荷总有功功率PL减去总的光伏输出功率PPV的差值与消耗三相电网功率的峰谷值Phigh、Plow之间的关系，判断系统所处运行工况模式，根据不同工况模式给出储能系统的运行状态及充放电功率；将控制信号下发到各光伏储能铁路能量路由器子系统中的光伏装置、储能装置以及两侧背靠背变流器，实现系统各部分协调控制，完成多模式下的能量交换；
所述多模式下控制模式选择，包括：
若PL-PPV≤-PBMC，进入模式1纯充电模式；所述模式1下，两臂牵引负荷整体呈制动状态，光伏系统产生的电能不再向两臂供电，满足SOC约束条件的储能系统均处于充电状态，回收两臂再生制动能量及无法消纳的光伏电能；
若-PBMC＜PL-PPV≤0，进入模式2混合充电模式；所述模式2下，两臂牵引负荷无法将光伏产生的电能完全消纳，多余的部分由储能系统回收，储能系统一部分处于充电状态，其余部分处于空闲状态；
若0＜PL-PPV≤Plow，进入模式3填谷模式；所述模式3下，两臂牵引负荷消纳完光伏产生的能量，消耗电网的能量小于设置的谷值Plow，SOC较大的储能系统处于放电状态，SOC较小的储能系统处于充电状态，整体呈充电状态；
若Plow＜PL-PPV≤Phigh，进入模式4功率传输模式；所述模式4下，两臂牵引负载消纳完光伏产生的能量，消耗电网的能量处于峰谷值之间，SOC较大的储能系统处于放电状态，SOC较小的储能系统处于充电状态，整体呈充放电功率为0；
若Phigh＜PL-PPV≤Phigh+PBMD，进入模式5混合放电模式；所述模式5下，两臂牵引负载消纳完光伏产生的能量，消耗电网的能量大于峰值Phigh，储能系统一部分处于放电状态，其余部分处于空闲状态；
若PL-PPV＞Phigh+PBMD，进入模式6纯放电模式；所述模式6下，两臂牵引负载消纳完光伏产生的能量，消耗电网的能量大于峰值Phigh与储能最大放电功率PBMD之和，满足SOC约束条件的所有储能系统均处于放电状态；
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，用于各个子系统中背靠背变流器、储能系统和光伏系统的协调控制，控制目标为在实现中间直流母线电压稳定的同时动态跟踪给定的补偿电流和/或功率指令。
2.根据权利要求1所述的一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法，其特征在于，在所述模式1纯充电模式中，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由小到大的结果为SOC1，SOC2，…，SOCn；逐个判断n个储能装置的SOC是否满足约束条件SOCmin≤SOCt≤SOCmax，其中满足SOC约束条件的有m个储能系统，这m个储能系统中第j个储能系统充电功率为其自身最大充电功率：PBMCj，其余n-m个模块的输出功率为：0。
3.根据权利要求1所述的一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法，其特征在于，在所述模式2混合充电模式中，计算PESS＝PL-PPV，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由小到大结果为SOC1，SOC2，…，SOCn；逐个判断n个储能装置的SOC是否满足约束条件SOCmin≤SOCt≤SOCmax，根据
Figure FDA0004111446420000021
来确定投运的储能系统数目m，这m个储能系统中第j个储能系统充电功率为：
Figure FDA0004111446420000031
其余n-m个储能模块输出功率为0。
4.根据权利要求1所述的一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法，其特征在于，在所述模式3填谷模式中，计算PESS＝PL-PPV-Plow，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由小到大的结果为SOC1，SOC2，…，SOCn；高于SOC0的储能系统个数为x，低于SOC0的储能系统个数为y，设
Figure FDA0004111446420000032
Figure FDA0004111446420000033
x个储能系统中第j个储能系统放电功率为：
Figure FDA0004111446420000034
y个储能系统中第j个储能系统充电功率为：
Figure FDA0004111446420000035
其余n-x-y个模块输出功率为：0。
5.根据权利要求1所述的一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法，其特征在于，在所述模式4功率传输模式中，计算PESS＝0，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由小到大的结果为SOC1，SOC2，…，SOCn，高于SOC0的储能系统个数为x，低于SOC0的储能系统个数为y，x个储能系统中第j个储能系统放电功率为：
Figure FDA0004111446420000036
y个储能系统中第j个储能系统充电功率为：
Figure FDA0004111446420000037
其余n-x-y个模块输出功率为：0。
6.根据权利要求1所述的一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法，其特征在于，在所述模式5混合放电模式中，计算PESS＝PL-PPV-Phigh，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由大到小结果为SOC1，SOC2，…，SOCn，逐个判断n个储能装置的SOC是否满足约束条件SOCmin≤SOCt≤SOCmax，根据
Figure FDA0004111446420000038
来确定投运的储能系统数目m，这m个储能系统中第j个储能系统放电功率为：
Figure FDA0004111446420000039
其余n-m个储能模块输出功率为0。
7.根据权利要求1所述的一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法，其特征在于，在所述模式6纯放电模式中，计算PESS＝PL-PPV-Phigh，对n个子系统中的储能装置SOCt进行排序，由大到小结果为SOC1，SOC2，…，SOCn；逐个判断n个储能装置的SOC是否满足约束条件SOCmin≤SOCt≤SOCmax，满足SOC约束条件的储能系统个数为m，这m个储能系统中第j个储能系统放电功率为其自身最大放电功率为：PBMDj，其余n-m个模块的输出功率为：0。
8.根据权利要求1所述的一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法，其特征在于，设备控制层，包括：
各子系统间的中间直流母线电压既由背靠背变流器进行建立和稳定，或由双向DC/DC进行建立和稳定；
背靠背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；
储能双向DC/DC变流器采用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；
光伏DC/DC变流器采用最大功率追踪控制或其他控制策略。
9.根据权利要求1所述的一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法，其特征在于，所述牵引网包括α供电臂、β供电臂、牵引负荷和钢轨；α供电臂、β供电臂分别与钢轨构成回路；牵引负荷连接至α/β相供电臂和钢轨之间；
所述基于光伏储能系统的铁路能量路由系统包括若干个光伏储能铁路能量路由器子系统、α相多绕组变压器、β相多绕组变压器和中央控制系统；所述光伏储能铁路能量路由器子系统两侧分别连接至α相多绕组变压器副边和β相多绕组变压器副边，通过α相多绕组变压器和β相多绕组变压器分别与牵引网中α供电臂、β供电臂和钢轨连接；所述中央控制系统通过通信信道与牵引网和组串式光伏储能铁路能量路由器子系统进行信息交互。
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