CN114977313A - 一种光伏电能与铁路供电互为补偿的方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及铁路供电技术领域，具体公开了一种光伏电能与铁路供电互为补偿的方法。本发明实施例通过以铁路路基和护坡作为太阳能承载点，将太阳能光伏组件布置在铁路沿线路基、铁路桥梁侧面、干线护坡上，按照太阳能辐射量，进行相应的太阳能发电；以车站为发电单元，分别向牵引变电站提供电源，在配电室内安装一套站用电源和光伏电能切换装置；以车站为制氢单元，消纳光伏发电，制氢站存储氢气，采用输送管道将氢气送至就近氢气站。从而将分布式光伏发电引入铁路系统，充分利用铁路现有的土地资源，利用铁路路基和护坡作为太阳能承载点，车站为电站和制氢站，消纳分散式绿色电能，实现光伏电能与铁路供电互为补偿。

Description

一种光伏电能与铁路供电互为补偿的方法

技术领域

本发明属于铁路供电技术领域，尤其涉及一种光伏电能与铁路供电互为补偿的方法。

背景技术

目前电气化铁路均采用单边供电方式，即牵引变电所向接触网供电时，每一个供电臂的接触网只从一端的牵引变电所获得电能(从两边获得电能则为双边供电，可提高接触网末端网压，但由于其故障范围大、继电保护装置复杂等原因尚未有采用)。复线区段可通过分区亭将上下行接触网联接，实现“并联供电”，可适当提高末端网压。当牵引变电所发生故障时，相邻变电所通过分区亭实现“越区供电”，此时供电范围扩大，网压降低，通常应减少列车对数或牵引定数，以维持运行。

铁路是电力企业的大客户，电力企业每年向铁路提供海量的能源，以保证铁路安全运营的需要，但是同样也变相给环境带来不良影响，列车运营需要电能，车站也需要电能，而发电需要燃料，燃烧燃料就会向大自然排放碳化物，排放有害物质就会污染环境，如此可见，作为用电大户，铁路是环境污染的帮凶。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种光伏电能与铁路供电互为补偿的方法，旨在解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种光伏电能与铁路供电互为补偿的方法，所述方法具体包括以下步骤：

以铁路路基和护坡作为太阳能承载点，将太阳能光伏组件朝南成30°角度分别布置在铁路沿线路基、铁路桥梁侧面、干线护坡上，按照太阳能辐射量，进行相应的太阳能发电；

以车站为发电单元，分别向牵引变电站提供电源，在配电室内安装一套站用电源和光伏电能切换装置，在光伏电能低于额定电压正负5％时切换装置自动将系统切换到馈电系统；

以车站为制氢单元，消纳光伏发电，制氢站存储氢气，采用输送管道将氢气送至就近氢气站。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述太阳能发电采用太阳能光伏并网发电系统，利用分块发电、集中并网方案，将系统分成5个4兆瓦的光伏并网发电单元，分别经过变压配电装置并入电网，将整个光伏并网系统接入35KV中压交流电网进行并网发电，每个光伏并网发电单元的电池组件采用串并联的方式组成多个太阳能电池阵列，太阳能电池阵列输入光伏方阵防雷汇流箱后接入直流配电柜，然后经光伏并网逆变器和交流防雷配电柜并入0.4KV/35KV变压配电装置。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述太阳能光伏并网发电系统的总效率由光伏阵列的效率、逆变器效率、交流并网等三部分组成，并网光伏发电系统总效率为：

η总＝η1×η2×η3＝85％×95％×95％＝77％；

其中，光伏阵列效率η1，为光伏阵列在1000W/m2太阳辐射强度下,实际的直流输出功率与标称功率之比；逆变器转换效率η2，为逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比；交流并网效率η3，为从逆变器输出至高压电网的传输效率。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述太阳能光伏组件采用230Wp多晶硅太阳电池组件。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述太阳能辐射量的经验计算公式为：

Rβ＝S×[sin(α+β)/sinα]+D；

其中，Rβ为倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射量；S为水平面上太阳直接辐射量；D为散射辐射量；α为中午时分的太阳高度角；β为光伏阵列倾角。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述太阳能光伏组件的阵列间距不小于D：

D＝0.707H/tan〔arcsin(0.648cosΦ-0.399sinΦ)〕；

其中，Φ为当地地理纬度；H为阵列前排最高点与后排组件最低位置的高度差。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述太阳能光伏并网发电系统中选用额定容量为250KW的并网逆变器，采用32位专用DSP控制芯片，主电路采用智能功率IPM模块组装，运用电流控制型PWM有源逆变技术和高效隔离变压器。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述并网逆变器的主电路采用拓扑结构，并网逆变电源通过三相半桥变换器，将光伏阵列的直流电压变换为高频的三相斩波电压，并通过滤波器滤波变成正弦波电压接着通过三相变压器隔离升压后并入电网发电；所述并网逆变器输出为三相0.4KV电压，采用35KV电压并网。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述制氢单元的制氢方式有：分散式新能源制氢；光伏电厂联网本地制氢；光伏电厂离网、场内交流制氢；光伏电厂离网、场内直流制氢方式。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述制氢站存储氢气，采用固体储氢。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明实施例通过以铁路路基和护坡作为太阳能承载点，将太阳能光伏组件布置在铁路沿线路基、铁路桥梁侧面、干线护坡上，按照太阳能辐射量，进行相应的太阳能发电；以车站为发电单元，分别向牵引变电站提供电源，在配电室内安装一套站用电源和光伏电能切换装置；以车站为制氢单元，消纳光伏发电，制氢站存储氢气，采用输送管道将氢气送至就近氢气站。从而将分布式光伏发电引入铁路系统，充分利用铁路现有的土地资源，利用铁路路基和护坡作为太阳能承载点，车站为电站和制氢站，消纳分散式绿色电能，实现光伏电能与铁路供电互为补偿。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1示出了本发明实施例提供的太阳能光伏组件布置的示意图。

图2示出了本发明实施例提供的制氢工作的流程图。

图3示出了本发明实施例提供的氢气储存工作的流程图。

图4示出了本发明实施例提供的并网逆变器主电路的拓扑结构电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

可以理解的是，在现有技术中，铁路是电力企业的大客户，电力企业每年向铁路提供海量的能源，以保证铁路安全运营的需要，但是同样也变相给环境带来不良影响，列车运营需要电能，车站也需要电能，而发电需要燃料，燃烧燃料就会向大自然排放碳化物，排放有害物质就会污染环境，如此可见，作为用电大户，铁路是环境污染的帮凶。

为解决上述问题，本发明实施例通过以铁路路基和护坡作为太阳能承载点，将太阳能光伏组件布置在铁路沿线路基、铁路桥梁侧面、干线护坡上，按照太阳能辐射量，进行相应的太阳能发电；以车站为发电单元，分别向牵引变电站提供电源，在配电室内安装一套站用电源和光伏电能切换装置；以车站为制氢单元，消纳光伏发电，制氢站存储氢气，采用输送管道将氢气送至就近氢气站。从而将分布式光伏发电引入铁路系统，充分利用铁路现有的土地资源，利用铁路路基和护坡作为太阳能承载点，车站为电站和制氢站，消纳分散式绿色电能，实现光伏电能与铁路供电互为补偿。

具体的，一种光伏电能与铁路供电互为补偿的方法，所述方法具体包括以下步骤：

以铁路路基和护坡作为太阳能承载点，将太阳能光伏组件朝南成30°角度分别布置在铁路沿线路基、铁路桥梁侧面、干线护坡上，按照太阳能辐射量，进行相应的太阳能发电。

以车站为发电单元，分别向牵引变电站提供电源，在配电室内安装一套站用电源和光伏电能切换装置，在光伏电能低于额定电压正负5％时切换装置自动将系统切换到馈电系统。

以车站为制氢单元，消纳光伏发电，制氢站存储氢气，采用输送管道将氢气送至就近氢气站。

在本发明实施例中：

在铁路干线的铁路沿线路基、铁路桥梁侧面、干线护坡上，采用分散式光伏发电制氢，规模约为N+20MWp分散式光伏电站，分别建立在铁路干线各车站内，在配电室内安装一套站用电源和光伏电能切换装置，使用光伏发电替代燃煤发电，在满足站内用电需求的同时余电外供；

20MWp的太阳能光伏并网发电系统采用分块发电、集中并网方案，将系统分成5个4兆瓦的光伏并网发电单元，分别经过变压配电装置并入电网，最终实现将整个光伏并网系统接入35KV中压交流电网进行并网发电，其中，每个1兆瓦的光伏并网发电单元，采用4台250KW并网逆变器，采用串并联的方式组成多个太阳能电池阵列，太阳能电池阵列输入光伏方阵防雷汇流箱后接入直流配电柜，然后经光伏并网逆变器和交流防雷配电柜并入0.4KV/35KV变压配电装置；

太阳能电池组件，是太阳能发电系统的核心部件，其光电转换效率、各项参数指标的优劣直接影响整个光伏发电系统的发电性能，太阳能发电的太阳能光伏组件采用230Wp多晶硅太阳电池组件；

并网光伏发电系统的总效率由光伏阵列的效率、逆变器效率、交流并网等三部分组成，具体的：1、光伏阵列效率η1，为光伏阵列在1000W/m2太阳辐射强度下,实际的直流输出功率与标称功率之比，光伏阵列在能量转换过程中的损失包括组件的匹配损失、表面尘埃遮挡损失、不可利用的太阳辐射损失、温度影响、最大功率点跟踪精度和直流线路损失等，取效率85％计算；2、逆变器转换效率η2，为逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比，取逆变器效率95％计算；3、交流并网效率η3，为逆变器输出至高压电网的传输效率，其中主要是升压变压器的效率，取变压器效率95％计算；4、系统总效率为：η总＝η1×η2×η3＝85％×95％×95％＝77％；

对于倾斜面光伏阵列表面的太阳能辐射量计算：从气象站得到的资料，均为水平面上的太阳能辐射量，需要换算成光伏阵列倾斜面的辐射量才能进行发电量的计算，对于某一倾角固定安装的光伏阵列，所接受的太阳辐射能与倾角有关，辐射量计算经验公式为：Rβ＝S×[sin(α+β)/sinα]+D；其中，Rβ为倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射量；S为水平面上太阳直接辐射量；D为散射辐射量；α为中午时分的太阳高度角；β为光伏阵列倾角，根据当地气象局提供的太阳能辐射数据，按上述公式计算不同倾斜面的太阳辐射量；

对于光伏电池组件阵列间距，如图1示出了本发明实施例提供的太阳能光伏组件布置的示意图，具体的，为了避免阵列之间遮阴,光伏电池组件阵列间距应不小于D，其计算公式为：D＝0.707H/tan〔arcsin(0.648cosΦ-0.399sinΦ)〕，其中，Φ为当地地理纬度(在北半球为正，南半球为负)，H为阵列前排最高点与后排组件最低位置的高度差，能够计算得到D＝5025㎜，取光伏电池组件前后排阵列间距5.5米；

对于直流配电柜设计，每台直流配电柜按照250KWp的直流配电单元进行设计，1兆瓦光伏并网单元需要4台直流配电柜，每个直流配电单元可接入10路光伏方阵防雷汇流箱，20兆瓦光伏并网系统共需配置80台直流配电柜，每台直流配电柜分别接入1台250KW逆变器，每个1MW并网单元可另配备一套群控器，其功能如下：(1)适合大功率光伏阵列在多台逆变器公用可分断直流母线时使用，可以有效增加系统的总发电效率；(2)当太阳升起时，群控器控制所有的群控用直流接触器KM1～KM3闭合，并指定一台逆变器INV1首先工作，而其他逆变器处于待机状态。随着光伏阵列输出能量的不断增大，当INV1的功率达到80％以上时，控制直流接触器KM2断开，同时控制INV3进行工作。随着日照继续增大，将按上述顺序依次投入逆变器运行；太阳落山时，则按相反顺序依次断开逆变器。从而最大限度地减少每台逆变器在低负载、低效率状态下的运行时间，提高系统的整体发电效率；(3)群控器可以通过RS485总线获取各个逆变器的运行参数、故障状态和发电参数，以作出运行方式判断；(4)群控器同时提供友好的人机界面。用户可以直接通过LCD和按键实现运行参数察看、运行模式设定等功能；(5)用户可以通过手动方式解除群控运行模式；(6)群控器支持至少20台逆变器按照群控模式并联运行；

太阳能光伏并网发电系统设计为5个4兆瓦的光伏并网发电单元，每个并网发电单元需要16台功率为250KW的逆变器，整个系统配置20台此种型号的光伏并网逆变器，组成20兆瓦并网发电系统。选用性能可靠、效率高、可进行多机并联的逆变设备，选用光伏并网逆变器采用32位专用DSP(LF2407A)控制芯片，主电路采用智能功率IPM模块组装，运用电流控制型PWM有源逆变技术和优质进口高效隔离变压器，可靠性高，保护功能齐全，且具有电网侧高功率因数正弦波电流、无谐波污染供电等特点，具体的技术性能特点如下：(1)采用32位DSP芯片进行控制；(2)采用智能功率模块(IPM)；(3)太阳电池组件最大功率跟踪技术(MPPT)；(4)50Hz工频隔离变压器，实现光伏阵列和电网之间的相互隔离；(5)具有直流输入手动分断开关，交流电网手动分断开关，紧急停机操作开关；(6)有先进的孤岛效应检测方案；(7)有过载、短路、电网异常等故障保护及告警功能；(8)直流输入电压范围(450V～880V)，整机效率高达94％；(9)人性化的LCD液晶界面，通过按键操作，液晶显示屏(LCD)，可清晰显示实时各项运行数据，实时故障数据，历史故障数据，总发电量数据，历史发电量数据；(10)逆变器支持按照群控模式运行，并具有完善的监控功能；(11)可提供包括RS485或Ethernet(以太网)远程通讯接口。其中RS485遵循Modbus通讯协议；Ethernet(以太网)接口支持TCP/IP协议，支持动态(DHCP)或静态获取IP地址；

对于网逆变器主电路的拓扑结构的电路结构，如图4示出了本发明实施例提供的并网逆变器主电路的拓扑结构电路图，并网逆变电源通过三相半桥变换器，将光伏阵列的直流电压变换为高频的三相斩波电压，并通过滤波器滤波变成正弦波电压接着通过三相变压器隔离升压后并入电网发电；

对于交流防雷配电柜设计，按照2个250KWp的并网单元配置1台交流防雷配电柜进行设计，即每台交流配电柜可接入2台250KW逆变器的交流防雷配电及计量装置，共需配置200台交流防雷配电柜，每台逆变器的交流输出接入交流配电柜，经交流断路器接入升压变压器的0.4KV侧，并配有逆变器的发电计量表，每台交流配电柜装有交流电网电压表和输出电流表，可以直观地显示电网侧电压及发电电流；

对于交流升压变压器，并网逆变器输出为三相0.4KV电压，考虑到各地电网情况，需要采用35KV电压并网。由于低压侧电流大，考虑线路的综合排部，选用50台S9系列(0.4)KV/(35-38.5)KV,额定容量2500KVA升压变压器分支路升压；

太阳能光伏并网发电系统，由5个4兆瓦的光伏单元组成，总装机20兆瓦，太阳能光伏并网发电系统接入35KV/50Hz的中压交流电网，按照2兆瓦并网单元配置1套35KV/0.4KV的变压及配电系统进行设计，即系统需要配置10套35KV/0.4KV的变压及配电系统；

太阳能光伏并网发电系统中，还设置有一些重要装置，主要包括：(1)35KV/0.4KV配电变压器的保护，设置有35KV/0.4KV配电变压器的保护，35KV/0.4KV配电变压器的保护配置采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的保护配置，既可提供额定负荷电流，又可断开短路电流，并具备开合空载变压器的性能，能有效保护配电变压器，采用的负荷开关,通常为具有接通、隔断和接地功能的三工位负荷开关，变压器馈线间隔还增加高遮断容量后备式限流熔断器来提供保护；(2)高遮断容量后备式限流熔断器，由于光伏并网发电系统的造价昂贵，在发生线路故障时，要求线路切断时间短，以保护设备，熔断器的特性要求具有精确的时间-电流特性；有良好的抗老化能力；达到熔断值时能够快速熔断；要有良好的切断故障电流能力，可有效切断故障电流，因此，可以把该熔断器作为线路保护，和并网逆变器以及整个光伏并网系统的保护使用，并通过选择合适的熔丝曲线和配合，实现上级熔断器与下级熔断器及熔断器与变电站保护之间的配合；(3)中压防雷保护单元，选用复合式过电压保护器，可有效限制大气过电压及各种真空断路器引起的操作过电压，对相间和相对地的过电压均能起到可靠的限制作用，不但能保护截流过电压、多次重燃过电压及三相同时开断过电压，而且能保护雷电过电压，另外，该防雷单元可增设自动控制设备，如放电记录器，清晰掌控工作动作状况，可以配置自动脱离装置，当设备过压或处于故障时，脱离开电网，确保正常运行；(4)中压电能计量表，中压电能计量表是真正反应整个光伏并网发电系统发电量的计量装置，其准确度和稳定性十分重要。采用性能优良的高精度电能计量表至关重要；(5)监控装置，采用高性能工业控制PC机作为系统的监控主机，可以每天24小时不间断对所有的并网逆变器进行运行数据的监测，监测软件使用大型光伏并网系统专用网络版监测软件SPS-PVNET(Ver2.0)，可连续记录运行数据和故障数据；(6)系统防雷接地装置，为了保证光伏并网发电系统安全可靠，防止因雷击、浪涌等外在因素导致系统器件的损坏等情况发生，系统的防雷接地装置必不可少，地线是避雷、防雷的关键，在进行配电室基础建设和太阳电池方阵基础建设的同时，选择电厂附近土层较厚、潮湿的地点，挖1～2米深地线坑，采用40扁钢，添加降阻剂并引出地线，引出线采用35mm2铜芯电缆，接地电阻应小于4欧姆，电池支架应保证良好的接地，太阳能电池阵列连接电缆接入光伏阵列防雷汇流箱，汇流箱内含高压防雷器保护装置，电池阵列汇流后再接入直流防雷配电柜，经过多级防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏，每台逆变器的交流输出经交流防雷柜接入电网，可有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏，所有的机柜要有良好的接地；

光伏电池组件将太阳能转化为电能，光伏逆变器一方面通过控制，追踪光伏电池的最佳功率点，一方面作为电流源，跟踪电网50Hz交流电频率，把能量通过电流方式输岀到电网，对于新能源电厂，可以釆用如下四种方式制氢：分散式新能源制氢；光伏电厂联网本地制氢；光伏电厂离网、场内交流制氢；光伏电厂离网、场内直流制氢方式，具体的：(1)分散式新能源制氢，在这种模式下，分散式光伏电厂作为发电资源，发出的电能在HOkV电网内进行消纳，制氢站作为用电设备，消纳分散式绿色电能；(2)光伏电厂联网本地制氢，光伏电厂发电，直接在光伏电厂内制氢，在电网调度不限制新能源发电情况下，光伏电厂满负荷运行，在电网调度限制新能源发电情况下；风电场和光伏设备在电场/制氢协同控制系统控制下，最大化绿氢的制备，还要保证向电网输岀的功率恒定；在电网调度禁止新能源发电情况下，电场/制氢协同控制系统要保证电厂出口功率为零，高效协同发电和制氢设备，保证场内电网稳定；(3)光伏电厂离网、场内交流制氢，发电与制氢设备直接相连，场内电网与外电网隔离，完全用新能源电能制氢；(4)光伏电厂离网，场内直流制氢，发电与制氢设备直接相连，完全用新能源电能制氢。与第三种模式的区别是，发电和电解用直流母线直接联通；

如图2示出了本发明实施例提供的制氢工作的流程图，电解制出的氢气经由电解槽—氢分离器—氢洗涤器—气水分离器—氢气干燥器A—氢冷却器—氢气干燥器B—氢过滤器—汇流排—储氢罐—汇流排—发电机，或不经过储氢罐直接由汇流排补充入发电机内，电解所得氧气经由电解槽—氧分离器—大气排空，太阳能制氢，实现了清洁能源生产清洁能源，并可以有效地消纳光伏发电，可以实现两种重要新能源之间的有效结合应用；

如图3示出了本发明实施例提供的氢气储存工作的流程图，目前常用的氢气存储方式有高压气态、低温液态和固态储氢3种。虽然3种方式各有优缺点，但利用储氢材料与氢气发生物理或化学作用将氢气存储于固体材料中的固态储氢方式比较好，不仅能有效克服气、液两种存储方式的不足，而且储氢体积密度大、安全度高、运输方便、操作容易。因此，可以通过计算机控制太阳能光伏水制氢及储能发电系统中，氢气的储存就采用固体储氢。

综上所述，本发明实施例通过以铁路路基和护坡作为太阳能承载点，将太阳能光伏组件布置在铁路沿线路基、铁路桥梁侧面、干线护坡上，按照太阳能辐射量，进行相应的太阳能发电；以车站为发电单元，分别向牵引变电站提供电源，在配电室内安装一套站用电源和光伏电能切换装置；以车站为制氢单元，消纳光伏发电，制氢站存储氢气，采用输送管道将氢气送至就近氢气站。从而将分布式光伏发电引入铁路系统，充分利用铁路现有的土地资源，利用铁路路基和护坡作为太阳能承载点，车站为电站和制氢站，消纳分散式绿色电能，实现光伏电能与铁路供电互为补偿。

应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏电能与铁路供电互为补偿的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

以铁路路基和护坡作为太阳能承载点，将太阳能光伏组件朝南成30°角度分别布置在铁路沿线路基、铁路桥梁侧面、干线护坡上，按照太阳能辐射量，进行相应的太阳能发电；

以车站为发电单元，分别向牵引变电站提供电源，在配电室内安装一套站用电源和光伏电能切换装置，在光伏电能低于额定电压正负5％时切换装置自动将系统切换到馈电系统；

以车站为制氢单元，消纳光伏发电，制氢站存储氢气，采用输送管道将氢气送至就近氢气站。

2.根据权利要求1所述的光伏电能与铁路供电互为补偿的方法，其特征在于，所述太阳能发电采用太阳能光伏并网发电系统，利用分块发电、集中并网方案，将系统分成5个4兆瓦的光伏并网发电单元，分别经过变压配电装置并入电网，将整个光伏并网系统接入35KV中压交流电网进行并网发电，每个光伏并网发电单元的电池组件采用串并联的方式组成多个太阳能电池阵列，太阳能电池阵列输入光伏方阵防雷汇流箱后接入直流配电柜，然后经光伏并网逆变器和交流防雷配电柜并入0.4KV/35KV变压配电装置。

3.根据权利要求2所述的光伏电能与铁路供电互为补偿的方法，其特征在于，所述太阳能光伏并网发电系统的总效率由光伏阵列的效率、逆变器效率、交流并网等三部分组成，并网光伏发电系统总效率为：

η总＝η1×η2×η3＝85％×95％×95％＝77％；

其中，光伏阵列效率η1，为光伏阵列在1000W/m2太阳辐射强度下,实际的直流输出功率与标称功率之比；逆变器转换效率η2，为逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比；交流并网效率η3，为从逆变器输出至高压电网的传输效率。

4.根据权利要求1所述的光伏电能与铁路供电互为补偿的方法，其特征在于，所述太阳能光伏组件采用230Wp多晶硅太阳电池组件。

5.根据权利要求1所述的光伏电能与铁路供电互为补偿的方法，其特征在于，所述太阳能辐射量的经验计算公式为：

Rβ＝S×[sin(α+β)/sinα]+D；

其中，Rβ为倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射量；S为水平面上太阳直接辐射量；D为散射辐射量；α为中午时分的太阳高度角；β为光伏阵列倾角。

6.根据权利要求1所述的光伏电能与铁路供电互为补偿的方法，其特征在于，所述太阳能光伏组件的阵列间距不小于D：

D＝0.707H/tan〔arcsin(0.648cosΦ-0.399sinΦ)〕；

其中，Φ为当地地理纬度；H为阵列前排最高点与后排组件最低位置的高度差。

7.根据权利要求2所述的光伏电能与铁路供电互为补偿的方法，其特征在于，所述太阳能光伏并网发电系统中选用额定容量为250KW的并网逆变器，采用32位专用DSP控制芯片，主电路采用智能功率IPM模块组装，运用电流控制型PWM有源逆变技术和高效隔离变压器。

8.根据权利要求7所述的光伏电能与铁路供电互为补偿的方法，其特征在于，所述并网逆变器的主电路采用拓扑结构，并网逆变电源通过三相半桥变换器，将光伏阵列的直流电压变换为高频的三相斩波电压，并通过滤波器滤波变成正弦波电压接着通过三相变压器隔离升压后并入电网发电；所述并网逆变器输出为三相0.4KV电压，采用35KV电压并网。

9.根据权利要求1所述的光伏电能与铁路供电互为补偿的方法，其特征在于，所述制氢单元的制氢方式有：分散式新能源制氢；光伏电厂联网本地制氢；光伏电厂离网、场内交流制氢；光伏电厂离网、场内直流制氢方式。

10.根据权利要求9所述的光伏电能与铁路供电互为补偿的方法，其特征在于，所述制氢站存储氢气，采用固体储氢。

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