CN114362163B - 一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法 - Google Patents
一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114362163B CN114362163B CN202210030553.6A CN202210030553A CN114362163B CN 114362163 B CN114362163 B CN 114362163B CN 202210030553 A CN202210030553 A CN 202210030553A CN 114362163 B CN114362163 B CN 114362163B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- energy
- power
- current
- traction
- routing
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 105
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 23
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 claims description 12
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 12
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 9
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 claims description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000025518 detection of mechanical stimulus involved in sensory perception of wind Effects 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 230000036541 health Effects 0.000 claims description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 3
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 claims description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 3
- 210000001258 synovial membrane Anatomy 0.000 claims description 3
- 238000007665 sagging Methods 0.000 claims 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 38
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
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
- H02J3/007—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources
- H02J3/0073—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources for providing alternative feeding paths between load and source when the main path fails, e.g. transformers, busbars
-
- 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
-
- 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
- H02J1/14—Balancing the load in a network
-
- 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
- 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
- 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)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
本发明公开一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法,包括能量管理层,基于实时运行数据,切换系统当前运行模式并将计算得到各路由子系统补偿的电流和/或功率指令;区域决策层,用于分配各个路由子系统参考功率和/或参考电流;设备控制层,用于各路由子系统和直流微网的协调控制。本发明能够有效回收再利用列车再生制动能量;实现可再生能源接入牵引供电系统,降低三相电网的能耗;在牵引网发生短时故障时,能够保证一定时间的供电能力;具有容错能力;可有效改善牵引供电系统的电能质量问题;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。
Description
技术领域
本发明属于电气化铁路技术领域,特别是涉及一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法。
背景技术
当前世界能源日趋紧张,节能降耗已成为世界性的研究课题,而能量的回收再利用是节能降耗的有效手段,同样可再生能源的有效利用也是节能降耗的研究热点。
随着轨道交通的快速发展,铁路电气化占比越来越高,列车产生的再生制动能量越来越多。制动或者下坡恒速时,能量从电机往牵引网流动,如果回馈的能量没有被完全吸收,则有可能造成牵引网压上升而引起牵引系统保护。同时,当铁路沿线电网薄弱,供电困难时,能源问题成为制约铁路发展的首要原因。而我国太阳能、风能资源丰富,具有取之不尽用之不竭的特点,是当今可再生能源中发展速度最快的能源。但是光伏发电和风力发电受环境影响较大,波动性强,直接接入牵引供电系统,会给铁路系统运行稳定性带来威胁。另外,在高海拔山脉列车运行过程中,由于各种原因出现供电故障时,若列车停靠于隧道内将会大大增加救援难度,且等待救援的时间也很难把控。
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和风电电能,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,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;并且既有系统容量较大,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。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,本发明提出了一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法,能够有效回收再利用列车再生制动能量;实现光伏和风电接入牵引供电系统,降低三相电网的能耗;在牵引网发生短时故障时,能够保证一定时间的供电能力;具有容错能力,即使遭受外部扰动或者局部故障情况下,也能保证系统正常运行;可有效改善牵引供电系统的电能质量问题;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。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法,运用于可再生能源微网供电的铁路能量路由系统,可再生能源微网供电的铁路能量路由系统连接至牵引网,可再生能源微网供电的铁路能量路由系统包含有多个路由子系统和直流微网,直流微网中包含有储能系统和可再生能源发电系统,包括:
能量管理层,用于可再生能源微网供电的铁路能量路由系统综合能量管理;基于实时运行数据,切换系统当前运行模式并将计算得到各路由子系统补偿的电流和/或功率指令下发给区域决策层;将计算得到的储能系统的补偿电流和/或功率指令下发给设备控制层;
区域决策层,用于分配n个路由子系统参考功率和/或参考电流,并将指令下发给设备控制层;
设备控制层,用于n个路由子系统和直流微网的协调控制,控制目标为在实现直流微网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,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,所述可再生能源发电系统包括但不仅限于光伏系统和风电系统,在所述能量管理层中,包括步骤:
S110,实时检测可再生能源微网供电的铁路能量路由系统的运行数据:当可再生能源微网供电的铁路能量路由系统投入运行时,实时检测牵引网两条供电臂电压、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,检测光伏系统输出电压UPV和IPV电流,检测风电系统输出电压UW和电流IW以及其他可再生能源系统输出电压和电流,检测储能系统的温度、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,计算光伏系统输出功率PPV,计算风电系统输出功率PW以及其他可再生能源系统输出功率PREN;
S130,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;
S140,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,步骤所述S130中,能量管理策略包括步骤:
S131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+PREN)>0;整体呈制动态,即(PLα+PLβ)-(PPV+PW+PREN)<0;整体呈空载态,即(PLα+PLβ)-(PPV+PW+PREN)=0;
S132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;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;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;约束条件还包括充放电功率约束、荷电状态约束、储能系统/变流器容量约束及其他电气量平衡约束;
S133能量管理模型构建;全系统能量管理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,结合步骤S131和步骤S132的约束条件,构建全系统综合能量管理模型。
进一步的是,所述区域决策层,包括步骤:
S210,根据补偿原理,计算出n个路由子系统的参考功率和/或电流:
S220,采用功率和/或电流分配方法,给n个路由子系统分配参考功率和/或电流,然后将n路由子系统的参考功率和/或电流下发给设备控制层中各个路由子系统。
进一步的是,所述功率和/或电流分配方法,包括:
平均功率和/或电流分配法,包括直接按子模块数功率分配方法和/或按载荷率平均分配策略;
按比例功率和/或电流分配法,包括按容量比例或按健康状态比例分配方法;
基于状态功率和/或电流分配法,根据状态和/或效率确定子系统运行的优先级,若子系统优先级相同,则随机排序,然后先投入一个,功率和/或电流达到最大值后,再投入下一个,直至满足功率和/或电流要求;功率下降时,先投的先退;
基于系统效率最大化原则功率和/或电流分配法,以效率最大化为目标函数,温度和容量不超过阈值为约束条件,进行优化分配。
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;
光伏DC/DC变流器采用最大功率追踪控制或其他控制策略;
风电系统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。
进一步的是,所述可再生能源微网供电的铁路能量路由系统通过多绕组降压变压器原边连接至牵引网;所述可再生能源微网供电的铁路能量路由系统通过多绕组降压变压器原边连接至牵引网;所述可再生能源微网供电的铁路能量路由系统通过各个路由子系统直流侧与直流微网的直流母线连接;所述中央集中控制系统通过通信信道与牵引网、直流微网和背靠背变流器系统进行信息交互;
所述牵引网包括α相供电臂、β相供电臂、钢轨、牵引负荷;所述α相供电臂和β相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;
所述可再生能源微网供电的铁路能量路由系统包括多个具有背靠背变流器的路由子系统、α相多绕组降压变压器和β相多绕组降压变压器;背靠背变流器两交流侧分别接至α相多绕组降压变压器副边和β相多绕组降压变压器副边,α相多绕组降压变压器和β相多绕组降压变压器分别与牵引网中α供电臂、β供电臂和钢轨连接。
采用本技术方案的有益效果:
本发明所提为两侧供电臂提供了能量流通渠道,以及接入光伏系统、风电系统等可再生能源系统和储能系统的渠道,结合系统补偿原理和控制策略,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,同时兼顾消纳光伏和风电等可再生能源产生的电量,有效回收列车再生制动产生的能量。本发明所提控制方法具有三层结构。能量管理层基于实时运行数据,结合补偿原理,可以使得整个系统达到回收再生制动能量,消纳光伏和风电等可再生能源电量,并且兼顾改善牵引供电系统电能质量问题。区域决策层,根据各个子模块的运行状况,实时消除局部故障,保证整个系统连续运行;采用系统效率最大化分配方法,可以提高背靠背变流器利用效率。设备控制层,采用先进的控制理论,能够较好的追踪参考电流和功率,快速响应上层功率或者电流指令,实现系统灵活稳定运行。
本发明使得每个子模块承受的容量减小,因此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;可以在子模块发生局部故障的情况下及时切除运行状态,不影响整个系统的运行,有效提高牵引系统的供电可靠性,提高系统的容错能力;可以根据应用场景的容量需求,自由组织需要组串的子模块个数,因此提供系统利用率。
附图说明
图1为本发明的一种可再生能源微网供电的铁路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的处理方法流程图;
图3为本发明实施例中可再生能源微网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,本发明提出了一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法,运用于可再生能源微网供电的铁路能量路由系统,可再生能源微网供电的铁路能量路由系统连接至牵引网,可再生能源微网供电的铁路能量路由系统包含有多个路由子系统和直流微网,直流微网中包含有储能系统和可再生能源发电系统。
如图3所示,可再生能源微网供电的铁路能量路由系统2通过多绕组降压变压器原边连接至牵引网1;所述可再生能源微网供电的铁路能量路由系统2通过组串式背靠背变流器系统21直流侧与直流微网3的直流母线31连接;所述中央集中控制系统4通过通信信道42与牵引网1、直流微网3和组串式背靠背变流器系统21进行信息交互。
所述牵引网1包括α相供电臂11、β相供电臂12、钢轨13、牵引负荷14;所述α相供电臂11和β相供电臂12分别与钢轨13构成回路,牵引负荷14连接至α/β相供电臂11/12和钢轨13之间。
可再生能源微网供电的铁路能量路由系统2包括组串式背靠背变流器系统21、α相多绕组降压变压器22、β相多绕组降压变压器23;所述组串式背靠背变流器系统21的直流侧与直流微网3的直流母线31连接;组串式背靠背变流器系统21两交流侧分别接至α相多绕组降压变压器22副边和β相多绕组降压变压器23副边。
所述组串式背靠背变流器系统21包括若干(假设为n)个背靠背变流器子系统211并联,通过多绕组降压变压器接至牵引供电臂11/12与钢轨13;每个背靠背变流器子系统211通过α相断路器2114和β相断路器2115分别连接至α相多绕组降压变压器22和β相多绕组降压变压器23副边。
所述直流微网3包括但不限于直流母线31、可选的储能系统32、可选的光伏系统33、可选的风电系统34和/或其它电源或负荷;所述直流母线31一侧连接至组串式背靠背变流器系统直流侧,另一侧并联接入可选的储能系统32、可选的光伏系统33、可选的风电系统34和/或其它电源或负荷。
如图1所示,运用于可再生能源微网的铁路能量路由系统,一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法包括:
能量管理层,用于可再生能源微网供电的铁路能量路由系统综合能量管理;基于实时运行数据,切换系统当前运行模式并将计算得到各路由子系统补偿的电流和/或功率指令下发给区域决策层;将计算得到的储能系统的补偿电流和/或功率指令下发给设备控制层;
区域决策层,用于分配n个路由子系统参考功率和/或参考电流,并将指令下发给设备控制层;
设备控制层,用于n个路由子系统和直流微网的协调控制,控制目标为在实现直流微网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,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,所述可再生能源发电系统包括有光伏系统和风电系统,在所述能量管理层中,包括步骤:
S110,实时检测可再生能源微网供电的铁路能量路由系统的运行数据:当可再生能源微网供电的铁路能量路由系统投入运行时,实时检测牵引网两条供电臂电压、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,检测光伏系统输出电压UPV和IPV电流,检测风电系统输出电压UW和电流IW以及其他可再生能源系统输出电压和电流,检测储能系统的温度、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,计算光伏系统输出功率PPV,计算风电系统输出功率PW以及其他可再生能源系统输出功率PREN;
S130,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;
S140,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,步骤所述S130中,能量管理策略包括步骤:
S131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+PREN)>0;整体呈制动态,即(PLα+PLβ)-(PPV+PW+PREN)<0;整体呈空载态,即(PLα+PLβ)-(PPV+PW+PREN)=0;
S132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;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;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;约束条件还包括充放电功率约束、荷电状态约束、储能系统/变流器容量约束及其他电气量平衡约束;
S133能量管理模型构建;全系统能量管理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,结合步骤S131和步骤S132的约束条件,构建全系统综合能量管理模型。
优选的,在所述步骤S133能量管理模型构建中,包括步骤:
S1331,能量转移:①根据牵引变电站内α供电臂牵引功率和β供电臂牵引功率进行站内供电臂之间功率转移得到两臂等效牵引功率和②根据上一步求得的第i个牵引变电站α供电臂等效牵引功率和第i-1个牵引变电站β供电臂等效功率第i个牵引变电站β供电臂等效牵引功率和第i+1个牵引变电站α供电臂等效功率进行站间功率转移,得到两臂等效牵引功率和③根据上一步求得的两臂等效牵引功率和进行站内可再生能源功率分配,得到两臂等效牵引功率和站内未消纳的可再生能源功率为④根据上一步求得的两臂等效牵引功率和进行站间可再生能源功率分配,得到两臂等效牵引功率和站间未消纳的可再生能源功率被分区所铁路能量路由器系统的储能系统吸收;
优选的,所述步骤S1332中能量分配,包括:
若1)如果牵引变电站内储能系统SOCt≤SOCtmax,牵引变电站内储能系统处于充电状态,充电功率如果前后两侧分区所的储能系统在吸收了自身未消纳的可再生能源电量后均有多余容量,则两侧分区所的储能系统根据SOC实际情况按比例出力;如果前侧分区所的储能系统在吸收了自身未消纳的可再生能源电量后有多余容量而后侧无,则前侧分区所的储能系统再吸收一部分站内电量;如果后侧分区所的储能系统在吸收了自身未消纳的可再生能源电量后有多余容量而前侧无,则后侧分区所的储能系统再吸收一部分站内电量;如果前后侧分区所的储能系统在吸收了自身未消纳的可再生能源电量后均无多余容量,则前后分区所的储能系统均不再吸收站内多余电量;最后,剩余的电量返回牵引变电站三相电网;2)如果牵引变电站内储能系统SOCt>SOCtmax,牵引变电站内储能系统充电功率如果前后两侧分区所的储能系统在吸收了自身未消纳的可再生能源电量后均有多余容量,则两侧分区所的储能系统再根据SOC实际情况按比例出力;如果前侧分区所的储能系统在吸收了自身未消纳的可再生能源电量后有多余容量而后侧无,则前侧分区所的储能系统再吸收一部分站内电量;如果后侧分区所的储能系统在吸收了自身未消纳的可再生能源电量后有多余容量而前侧无,则后侧分区所的储能系统再吸收一部分站内电量;如果前后侧分区所的储能系统在吸收了自身未消纳的可再生能源电量后均无多余容量,则前后分区所的储能系统均不再吸收站内多余电量;最后,剩余的电量返回牵引变电站三相电网;
若1)如果牵引变电站内储能系统SOCt≤SOCtmax,牵引变电站内储能系统处于充电状态,充电功率此时前后侧分区所储能系统只根据自身容量吸收未消纳的可再生能源电量;2)如果牵引变电站内储能系统SOCt>SOCtmax,牵引变电站内储能系统充电功率如果前后两侧分区所的储能系统在吸收了自身未消纳的可再生能源电量后均有多余容量,则两侧分区所的储能系统根据SOC实际情况按比例出力;如果前侧分区所的储能系统在吸收了自身未消纳的可再生能源电量后有多余容量而后侧无,则前侧分区所的储能系统再吸收一部分站内电量;如果后侧分区所的储能系统在吸收了自身未消纳的可再生能源电量后有多余容量而前侧无,则后侧分区所的储能系统再吸收一部分站内电量;如果前后侧分区所的储能系统在吸收了自身未消纳的可再生能源电量后均无多余容量,则前后分区所的储能系统均不再吸收站内多余电量;最后,剩余的电量返回牵引变电站三相电网。
②若进入模式2:填谷模式:如果牵引变电站内储能系统SOCt<SOCt0,牵引变电站内储能系统充电功率如果SOCt≥SOCt0,牵引变电站内储能系统处于空闲且充电功率前后分区所储能系统系统只吸收自身未消纳的可再生能源电量。
若1)如果牵引变电站内储能系统SOCt≥SOCtmin,牵引变电站内储能系统放电功率前后分区所储能系统系统只吸收自身未消纳的可再生能源电量;2)如果牵引变电站内储能系统SOCt<SOCtmin,牵引变电站内储能系统放电功率若前后分区所储能系统均有多余的电量,则根据SOC按比例给牵引变电站供电臂提供一部分电量;若前分区所储能系统有多余电量而后侧无,则前侧分区所储能系统给牵引变电站供电臂提供一部分能量;如果后侧分区所储能系统有多余电量而前侧无,则后侧分区所储能系统给牵引变电站供电臂提供一部分电量;如果前后侧分区所储能均无多余的电量,则分区所储能系统不工作。
若1)如果牵引变电站内储能系统SOCt≥SOCtmin,牵引变电站内储能系统放电功率若前后分区所储能系统均有多余的电量,则根据SOC按比例给牵引变电站供电臂提供一部分能量;若前分区所储能系统有多余电量而后侧无,则前侧分区所储能系统给牵引变电站供电臂提供一部分能量;如果后侧分区所储能系统有多余电量而前侧无,则后侧分区所储能系统给牵引变电站供电臂提供一部分电量;如果前后侧分区所储能均无多余的电量,则分区所储能系统不工作;2)如果牵引变电站内储能系统SOCt<SOCtmin,牵引变电站内储能系统放电功率若前后分区所储能系统均有多余的电量,则根据SOC按比例给牵引变电站供电臂提供一部分能量;若前分区所储能系统有多余电量而后侧无,则前侧分区所储能系统给牵引变电站供电臂提供一部分能量;如果后侧分区所储能系统有多余电量而前侧无,则后侧分区所储能系统给牵引变电站供电臂提供一部分电量;如果前后侧分区所储能均无多余的电量,则分区所储能系统不工作。
优选的,步骤S132中,牵引变电站内功率转移具体情况如下:
优选的,步骤S132中,牵引变电站间功率转移具体情况如下:
优选的,步骤S132中,牵引变电站内可再生能源功率分配具体情况如下:
优选的,步骤S132中,牵引变电站间可再生能源功率分配具体情况如下:
作为上述实施例的优化方案,所述区域决策层,包括步骤:
S210,根据补偿原理,计算出各个路由子系统的参考功率和/或电流:
S220,采用功率和/或电流分配方法,给n个各个路由子系统分配参考功率和/或电流,然后将各个各个路由子系统的参考功率和/或电流下发给设备控制层中各个路由子系统。
所述功率和/或电流分配方法,包括:
平均功率和/或电流分配法,包括直接按子模块数功率分配方法和/或按载荷率平均分配策略;
按比例功率和/或电流分配法,包括按容量比例或按健康状态比例分配方法;
基于状态功率和/或电流分配法,根据状态和/或效率确定子系统运行的优先级,若子系统优先级相同,则随机排序,然后先投入一个,功率和/或电流达到最大值后,再投入下一个,直至满足功率和/或电流要求;功率下降时,先投的先退;
或基于系统效率最大化原则功率和/或电流分配法,以效率最大化为目标函数,温度和容量不超过阈值为约束条件,进行优化分配。
优选的,在所述设备控制层中:
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;
光伏DC/DC变流器采用最大功率追踪控制或其他控制策略;
风电系统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。
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)
1.一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法,其特征在于,运用于可再生能源微网的铁路能量路由系统,可再生能源微网供电的铁路能量路由系统连接至牵引网,可再生能源微网供电的铁路能量路由系统包含有多个路由子系统n个和直流微网,直流微网中包含有储能系统和可再生能源发电系统,包括:
能量管理层,用于可再生能源微网供电的铁路能量路由系统综合能量管理;基于实时运行数据,切换系统当前运行模式并将计算得到各路由子系统补偿的电流和/或功率指令下发给区域决策层;将计算得到的储能系统的补偿电流和/或功率指令下发给设备控制层;
区域决策层,用于分配n个路由子系统参考功率和/或参考电流,并将指令下发给设备控制层;
设备控制层,用于n个路由子系统和直流微网的协调控制,控制目标为在实现直流微网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,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;
所述可再生能源发电系统包括但不仅限于光伏系统和风电系统,在所述能量管理层中,包括步骤:
S110,实时检测可再生能源微网供电的铁路能量路由系统的运行数据:当可再生能源微网供电的铁路能量路由系统投入运行时,实时检测牵引网两条供电臂电压、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,检测光伏系统输出电压UPV和IPV电流,检测风电系统输出电压UW和电流IW以及其他可再生能源系统输出电压和电流,检测储能系统的温度、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,计算光伏系统输出功率PPV,计算风电系统输出功率PW以及其他可再生能源系统输出功率PREN;
S130,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;能量管理策略包括步骤:
S131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+PREN)>0;整体呈制动态,即(PLα+PLβ)-(PPV+PW+PREN)<0;整体呈空载态,即(PLα+PLβ)-(PPV+PW+PREN)=0;
S132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;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;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;约束条件还包括充放电功率约束、荷电状态约束、储能系统/变流器容量约束及其他电气量平衡约束;
S133能量管理模型构建;全系统能量管理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,结合步骤S131和步骤S132的约束条件,构建全系统综合能量管理模型;
S140,判断是否达到结束条件;若是,结束运行,反之,跳转至步骤S110。
2.根据权利要求1所述的一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法,其特征在于,所述区域决策层,包括步骤:
S210,根据补偿原理,计算出n个路由子系统的参考功率和/或电流:
S220,采用功率和/或电流分配方法,给n个路由子系统分配参考功率和/或电流,然后将n路由子系统的参考功率和/或电流下发给设备控制层中各个路由子系统。
3.根据权利要求2所述的一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法,其特征在于,所述功率和/或电流分配方法,包括:
平均功率和/或电流分配法,包括直接按子模块数功率分配方法和/或按载荷率平均分配策略;
按比例功率和/或电流分配法,包括按容量比例或按健康状态比例分配方法;
基于状态功率和/或电流分配法,根据状态和/或效率确定子系统运行的优先级,若子系统优先级相同,则随机排序,然后先投入一个,功率和/或电流达到最大值后,再投入下一个,直至满足功率和/或电流要求;功率下降时,先投的先退;
基于系统效率最大化原则功率和/或电流分配法,以效率最大化为目标函数,温度和容量不超过阈值为约束条件,进行优化分配。
4.根据权利要求1所述的一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法,其特征在于,所述设备控制层,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,或者由双向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、模型预测控制或滑膜变结构控制;
储能双向DC/DC变流器采用下垂控制、电压电流双闭环控制或功率外环电流内环控制;
光伏DC/DC变流器采用最大功率追踪控制;
风电系统AC/DC整流器采用电压电流双闭环控制、下垂控制或模型预测控制。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法,其特征在于,所述可再生能源微网供电的铁路能量路由系统通过多绕组降压变压器原边连接至牵引网;所述可再生能源微网供电的铁路能量路由系统通过各个路由子系统直流侧与直流微网的直流母线连接;中央集中控制系统通过通信信道与牵引网、直流微网和背靠背变流器系统进行信息交互;
所述牵引网包括α相供电臂、β相供电臂、钢轨、牵引负荷;所述α相供电臂和β相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;
所述可再生能源微网供电的铁路能量路由系统包括多个具有背靠背变流器的路由子系统、α相多绕组降压变压器和β相多绕组降压变压器;背靠背变流器两交流侧分别接至α相多绕组降压变压器副边和β相多绕组降压变压器副边,α相多绕组降压变压器和β相多绕组降压变压器分别与牵引网中α供电臂、β供电臂和钢轨连接。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210030553.6A CN114362163B (zh) | 2022-01-12 | 2022-01-12 | 一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210030553.6A CN114362163B (zh) | 2022-01-12 | 2022-01-12 | 一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114362163A CN114362163A (zh) | 2022-04-15 |
CN114362163B true CN114362163B (zh) | 2023-05-12 |
Family
ID=81108262
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210030553.6A Active CN114362163B (zh) | 2022-01-12 | 2022-01-12 | 一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114362163B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114475264B (zh) * | 2022-04-18 | 2022-06-21 | 中国铁路设计集团有限公司 | 一种动车组制动能量自适应回收装置及回收方法 |
CN116388143B (zh) * | 2023-06-06 | 2023-09-05 | 清华大学 | 基于能量路由器的柔性直流牵引供电系统及其控制架构 |
CN118017524B (zh) * | 2024-04-10 | 2024-07-02 | 湖南大学 | 面向贯通型牵引供电系统的实时高效能量管控方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107749637A (zh) * | 2017-10-17 | 2018-03-02 | 西南交通大学 | 一种应用于电气化铁路的多能互补并网系统及控制方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106786740B (zh) * | 2016-12-26 | 2023-03-17 | 西南交通大学 | 一种牵引供电系统光伏储能并网装置及控制方法 |
CN108390412B (zh) * | 2018-04-23 | 2023-07-28 | 西南交通大学 | 一种制动能量回收的牵引光伏发电系统及控制方法 |
CN108365634B (zh) * | 2018-04-23 | 2023-07-28 | 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 |
CN110654241B (zh) * | 2018-06-29 | 2023-03-21 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 优化的城市轨道列车能源互联系统 |
CN109572491B (zh) * | 2019-01-23 | 2023-11-24 | 西南交通大学 | 一种电气化铁路牵引网供电构造及其控制方法 |
CN111137180B (zh) * | 2019-12-31 | 2024-05-28 | 青海能高新能源有限公司微电网储能技术分公司 | 一种电气化铁路牵引供电系统及方法 |
CN111775782B (zh) * | 2020-07-22 | 2022-05-20 | 西南交通大学 | 一种电气化铁路牵引应急保障供电系统及控制方法 |
CN113629734B (zh) * | 2021-07-16 | 2022-08-09 | 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 |
-
2022
- 2022-01-12 CN CN202210030553.6A patent/CN114362163B/zh active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107749637A (zh) * | 2017-10-17 | 2018-03-02 | 西南交通大学 | 一种应用于电气化铁路的多能互补并网系统及控制方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114362163A (zh) | 2022-04-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN114362163B (zh) | 一种可再生能源微网供电的铁路能量路由调控方法 | |
CN108365634B (zh) | 一种再生制动能量回收的铁路光伏储能系统及控制方法 | |
Cheng et al. | Overview of resilient traction power supply systems in railways with interconnected microgrid | |
WO2020000843A1 (zh) | 优化的城市轨道列车能源互联系统 | |
CN109572491B (zh) | 一种电气化铁路牵引网供电构造及其控制方法 | |
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 | |
CN105245018A (zh) | 一种提高光伏电站置信容量的分布式储能系统 | |
CN111355259A (zh) | 一种光储充电站的能量协调控制方法 | |
CN102361334A (zh) | 光伏储能电动汽车充电站系统及储能系统状态切换方法 | |
CN115102153B (zh) | 一种变电站站用电光氢储微电网及其控制方法 | |
WO2011113191A1 (zh) | 制动能量管理系统及其控制方法 | |
CN111016742A (zh) | 基于混合储能的电气化铁路牵引供电系统及方法 | |
Yuan et al. | Recent research progress and application of energy storage system in electrified railway | |
CN117335459A (zh) | 高海拔地铁储能与融冰功能一体化的装置及其控制方法 | |
Lianfu et al. | Research on the integrated braking energy recovery strategy based on super-capacitor energy storage | |
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 | |
CN114498714B (zh) | 分散接入柔性牵引变压器的新能源储能系统及控制方法 | |
Kamel et al. | Smart SOP architectures and power control managements between light DC railway and LV distribution network | |
Kumar et al. | Investigation on recuperation of regenerative braking energy using ESS in (urban) rail transit system | |
Yu et al. | A novel DC microgrid-enabled metro traction power system | |
CN114362162B (zh) | 一种基于光伏储能系统的铁路能量路由调控方法 | |
CN113725885A (zh) | 城市轨道交通牵引错峰填谷稳定回收储能供电量控制方法 | |
CN209823438U (zh) | 一种基于综合能源的复线全并联at牵引供电系统 | |
CN114362164B (zh) | 一种级联并联式铁路能量路由调控方法 |
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 |