CN209823438U - 一种基于综合能源的复线全并联at牵引供电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于综合能源的复线全并联AT牵引供电系统，通过光伏、风电、燃料电池发电装置并联于直流母线上并结合电‑氢储能用来补充系统功率缺额，所构成的综合能源系统通过逆变器与光伏升压变压器接入复线全并联AT牵引供电系统。本实用新型提高新能源消纳量，降低碳排放量，有效改善环境质量；通过补充功率缺额，能够在很大程度上减轻综合能源接入牵引供电系统后对牵引网和电力系统的影响。
Description
技术领域
本实用新型属于新能源牵引供电技术领域，尤其涉及一种基于综合能源的复线全并联AT牵引供电系统。
背景技术
随着全球经济的发展，环境污染与能源紧缺问题日益严峻，世界能源加快向多元化、清洁化、低碳化转型。可再生能源的开发、先进高效的能源利用技术以及能源多元化战略己成为人类社会可持续发展的必然选择。其中，太阳能发电、风力发电、氢能发电等新能源发电技术凭借其清洁高效的优势已成为时代新宠。
近年来，我国铁路交通发展迅猛，路网运输能力和效率显著提升，铁路客运周转量、货运发送量、换算周转量、运输密度等主要运输经济指标稳居世界第一。截止到2018年底，全国铁路营业里程达到13.1万公里，其中，电气化里程9.2万公里，复线里程7.6万公里。国家铁路能源消耗折算标准煤1624.21万吨，化学需氧量排放量1878吨，二氧化硫排放量9836吨。
电气化铁路是电力系统中的主要用电大户之一，铁路网中约60％以上的耗电量和污染物排放由牵引供电系统造成，实现铁路低碳化运输的关键是在铁路牵引用能上。如果将综合能源(光伏、风能、燃料电池)接入铁路牵引供电系统，既可以优化牵引能耗结构、提升新能源消纳水平，又能够在一定程度上降低电气化铁路对电力系统的供电需求，且符合国家节能减排的发展方向。
然而，目前针对综合能源接入牵引供电系统及其能量管理方法的应用研究较少。由于光伏发电与风力发电具有间歇性、波动性和随机性，其输出功率波动较大，牵引负荷也具有波动性与移动性，使得“源-网-荷”三者之间交互作用，影响电力系统的运行调度和频率稳定。
实用新型内容
为了克服现有技术方法的不足，本实用新型的目的在于提出一种基于综合能源的复线全并联AT牵引供电系统，能够提高新能源消纳量，降低碳排放量，有效改善环境质量；通过补充功率缺额，能够在很大程度上减轻综合能源接入牵引供电系统后对牵引网和电力系统的影响。
为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种基于综合能源的复线全并联AT牵引供电系统包括复线全并联AT牵引供电系统和综合能源系统；
所述复线全并联AT牵引供电系统包括交流电网、V/X接线牵引变压器上行接触网、上行钢轨、上行正馈线、下行接触网、下行钢轨、下行正馈线、AT所和动车组；所述V/X接线牵引变压器的高压侧与交流电网连接，V/X接线牵引变压器的低压侧分别与两供电臂的上行接触网、上行正馈线、下行接触网和下行正馈线连接，且所述V/X接线牵引变压器低压侧的中点引出与上行钢轨和下行钢轨连接，实现三相交流电到两相的供电；所述AT所位于上行接触网、上行正馈线、下行接触网和下行正馈线之间，且所述AT所的中点引出与上行钢轨和下行钢轨连接；设置有多个AT所，且每个所述AT所相互并联；所述动车组连接于接触网与钢轨之间，牵引电流通过正馈线回流到牵引变电所；
所述综合能源系统包括光伏阵列、风力发电机组、蓄电池组、燃料电池、电解槽、储氢罐、光伏DC/DC变换器、燃料电池DC/DC变换器、电解槽DC/DC变换器、AC/DC转换器、双向DC/DC变换器、三相逆变器、光伏升压变压器和直流母线；所述光伏阵列与光伏DC/DC变换器连接，通过光伏DC/DC变换器稳压调压并进行最大功率点跟踪，将太阳能转换成所需的直流电能；所述风力发电机组与AC/DC转换器连接，将风力发电输出的交流电转换成所需的直流电能；所述蓄电池组与双向DC/DC变换器连接，对蓄电池组进行充放电控制；所述燃料电池与燃料电池DC/DC变换器连接，将化学能直接转化为所需的直流电能；所述电解槽与电解槽DC/DC变换器连接，通过电解水来制备氢气，并储存在储氢罐中，供给燃料电池使用；所述光伏DC/DC变换器、燃料电池DC/DC变换器、电解槽DC/DC变换器、AC/DC转换器和双向DC/DC变换器的输出端均并联于直流母线上；所述直流母线与三相逆变器直流侧连接，将直流电转换成交流电；所述三相逆变器交流侧与光伏升压变压器的低压侧连接，光伏升压变压器高压侧分别连接于两供电臂的上行接触网、上行正馈线、下行接触网和下行正馈线，光伏升压变压器高压侧的中点引出与上行钢轨和下行钢轨连接，实现交流电三相-两相的转换。
进一步的是，所述交流电网的供电电压等级为110kV或220kV；所述V/X接线牵引变压器低压侧额定电压为55kV；所述AT所额定电压为55kV；所述动车组额定供电电压为27.5kV。
进一步的是，所述光伏阵列由光伏电池组件通过串并联方式组成，光伏阵列的串并联电池数需根据牵引负荷功率需求、三相逆变器容量、光伏电池标称功率等因素来确定；所述风力发电机组由风轮和发电机组成，风轮中含叶片、轮毂、加固件等；风力发电机组采用变速恒频运行方式，风力机和发电机的转速可在很大范围内变化而不影响输出电能的频率，使风机系统以最佳效率运行。所述燃料电池为质子交换膜燃料电池。
进一步的是，所述光伏升压变压器为V/X牵引变压器的逆结构；根据通用端口变换理论，三相逆变器输出电压Ua、Ub、Uc与V/X接线牵引变压器高压侧三相电压UA、UB、UC为变比关系，各电压对应相位相同为三相逆变器交流侧提供正弦、稳定、对称的三相电压，以实现综合能源系统的有效接入。
采用本技术方案的有益效果：
本实用新型所提出的系统拓扑结构简单，光伏、风电、燃料电池并联于直流母线上并结合电-氢储能用来补充系统功率缺额，综合能源通过逆变器与光伏升压变压器接入复线全并联AT牵引供电系统，平抑了输出功率波动；能够在很大程度上减轻综合能源接入牵引供电系统后对牵引网和电力系统的影响，提高了综合能源系统的电能质量和供电可靠性，实现了综合能源接入复线全并联AT牵引供电系统的能量优化。提高新能源消纳量，降低碳排放量，有效改善环境质量，降低了电气化铁路对电力系统的供电需求。
附图说明
图1为本实用新型的一种基于综合能源的复线全并联AT牵引供电系统的结构示意图；
其中，100是复线全并联AT牵引供电系统，101是交流电网，102是V/X接线牵引变压器，103是上行接触网，104是上行钢轨，105是上行正馈线，106是下行接触网，107是下行钢轨，108是下行正馈线，109是AT所，110是动车组；200是综合能源系统，201是光伏阵列，202是风力发电机组，203是蓄电池组，204是燃料电池，205是电解槽，206是储氢罐，207是光伏DC/DC变换器，210是燃料电池DC/DC变换器，211是电解槽DC/DC变换器，208是AC/DC转换器，209是双向DC/DC变换器，212是三相逆变器，213是光伏升压变压器。
具体实施方式
为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。
在本实施例中，参见图1所示，一种基于综合能源的复线全并联AT牵引供电系统，包括复线全并联AT牵引供电系统100和综合能源系统200；
所述复线全并联AT牵引供电系统100包括交流电网101、V/X接线牵引变压器102、上行接触网103、上行钢轨104、上行正馈线105、下行接触网106、下行钢轨107、下行正馈线108、AT所109和动车组110；所述V/X接线牵引变压器102的高压侧与交流电网101连接，V/X接线牵引变压器102的低压侧分别与两供电臂的上行接触网103、上行正馈线105、下行接触网106和下行正馈线108连接，且所述V/X接线牵引变压器102低压侧的中点引出与上行钢轨104和下行钢轨107连接，实现三相交流电到两相的供电；所述AT所109位于上行接触网103、上行正馈线105、下行接触网106和下行正馈线108之间，且所述AT所109的中点引出与上行钢轨104和下行钢轨107连接；设置有多个AT所109，且每个所述AT所109相互并联；所述动车组110连接于接触网与钢轨之间，牵引电流通过正馈线回流到牵引变电所；
所述综合能源系统200包括光伏阵列201、风力发电机组202、蓄电池组203、燃料电池204、电解槽205、储氢罐206、光伏DC/DC变换器207、燃料电池DC/DC变换器210、电解槽DC/DC变换器211、AC/DC转换器208、双向DC/DC变换器209、三相逆变器212、光伏升压变压器213和直流母线；所述光伏阵列201与光伏DC/DC变换器207连接，通过光伏DC/DC变换器207稳压调压并进行最大功率点跟踪，将太阳能转换成所需的直流电能；所述风力发电机组202与AC/DC转换器208连接，将风力发电输出的交流电转换成所需的直流电能；所述蓄电池组203与双向DC/DC变换器209连接，对蓄电池组203进行充放电控制；所述燃料电池204与燃料电池DC/DC变换器210连接，将化学能直接转化为所需的直流电能；所述电解槽205与电解槽DC/DC变换器211连接，通过电解水来制备氢气，并储存在储氢罐206中，供给燃料电池使用；所述光伏DC/DC变换器207、燃料电池DC/DC变换器210、电解槽DC/DC变换器211、AC/DC转换器208和双向DC/DC变换器209的输出端均并联于直流母线上；所述直流母线与三相逆变器212直流侧连接，将直流电转换成交流电；所述三相逆变器212交流侧与光伏升压变压器213的低压侧连接，光伏升压变压器213高压侧分别连接于两供电臂的上行接触网103、上行正馈线105、下行接触网106和下行正馈线108，光伏升压变压器213高压侧的中点引出与上行钢轨104和下行钢轨107连接，实现交流电三相-两相的转换。
作为上述实施例的优化方案，V/X接线牵引变压器102的高压侧与交流电网101连接，V/X接线牵引变压器102的低压侧分别与两供电臂上行接触网103、下行接触网106和上行正馈线105、下行正馈线108连接，其中点引出与上行钢轨104、下行钢轨107连接，实现三相交流电到两相的供电；AT所109并联于上行接触网103、下行接触网106和上行正馈线105、下行正馈线108之间，其中点引出与上行钢轨104、下行钢轨107连接；动车组110连接于接触网与钢轨之间，牵引电流通过正馈线回流到牵引变电所。
作为上述实施例的优化方案，光伏阵列201与光伏DC/DC变换器207连接，其输出直流电压与电流，通过光伏DC/DC变换器207稳压调压，并实现最大功率点跟踪功能；风力发电机组202与AC/DC转换器208连接，将风力发电输出的交流电转换成直流；蓄电池组203与双向DC/DC变换器209连接，变换器对蓄电池组203进行充放电控制；燃料电池204与燃料电池DC/DC变换器210连接，将化学能直接转化为电能，电解槽205与电解槽DC/DC变换器211连接，通过电解水来制备氢气，并储存在储氢罐206中，供给燃料电池使用。光伏DC/DC变换器、燃料电池DC/DC变换器210、电解槽DC/DC变换器211输出端、AC/DC转换器208输出端及双向DC/DC变换器209输出端均并联于直流母线上；直流母线与三相逆变器212直流侧连接，将直流电转换成交流电；三相逆变器212交流侧与光伏升压变压器213的低压侧连接，其高压侧分别连接于两供电臂上行接触网103、下行接触网106和上行正馈线105、下行正馈线108，其中点引出与上行钢轨104、下行钢轨107连接，实现交流电三相-两相的转换。
作为上述实施例的优化方案，所述交流电网101的供电电压等级为110kV或220kV；所述V/X接线牵引变压器102低压侧额定电压为55kV；所述AT所109额定电压为55kV；所述动车组110额定供电电压为27.5kV。
作为上述实施例的优化方案，所述光伏阵列201包括多组光伏电池组件通过串并联方式构成，所述光伏阵列201的串并联电池组件数根据牵引负荷功率需求、三相逆变器容量和光伏电池标称功率因素确定；所述风力发电机组202包括风轮和发电机，风力发电机组202采用变速恒频运行方式，风轮和发电机的转速可在很大范围内变化而不影响输出电能的频率，使风机系统以最佳效率运行；所述燃料电池203为质子交换膜燃料电池，具有能量转换效率高、无污染、启动快、电池寿命长等优点。
作为上述实施例的优化方案，所述光伏升压变压器213为V/X牵引变压器的逆结构；根据通用端口变换理论，三相逆变器212输出电压Ua、Ub、Uc与V/X接线牵引变压器102高压侧三相电压UA、UB、UC为变比关系，各电压对应相位相同为三相逆变器212交流侧提供正弦、稳定、对称的三相电压，以实现综合能源系统的有效接入。
为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述：
通过光伏、风电、燃料电池发电装置并联于直流母线上并结合电-氢储能用来补充系统功率缺额，所构成的综合能源系统通过逆变器与光伏升压变压器接入复线全并联AT牵引供电系统，同时通过对复线全并联AT牵引供电系统的设计能够有效配合综合能源系统的接入，能够在很大程度上减轻综合能源接入牵引供电系统后对牵引网和电力系统的影响，提高了综合能源系统的电能质量和供电可靠性。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种基于综合能源的复线全并联AT牵引供电系统，其特征在于，包括复线全并联AT牵引供电系统(100)和综合能源系统(200)；
所述复线全并联AT牵引供电系统(100)包括交流电网(101)、V/X接线牵引变压器(102)、上行接触网(103)、上行钢轨(104)、上行正馈线(105)、下行接触网(106)、下行钢轨(107)、下行正馈线(108)、AT所(109)和动车组(110)；所述V/X接线牵引变压器(102)的高压侧与交流电网(101)连接，V/X接线牵引变压器(102)的低压侧分别与两供电臂的上行接触网(103)、上行正馈线(105)、下行接触网(106)和下行正馈线(108)连接，且所述V/X接线牵引变压器(102)低压侧的中点引出与上行钢轨(104)和下行钢轨(107)连接，实现三相交流电到两相的供电；所述AT所(109)位于上行接触网(103)、上行正馈线(105)、下行接触网(106)和下行正馈线(108)之间，且所述AT所(109)的中点引出与上行钢轨(104)和下行钢轨(107)连接；设置有多个AT所(109)，且每个所述AT所(109)相互并联；所述动车组(110)连接于接触网与钢轨之间，牵引电流通过正馈线回流到牵引变电所；
所述综合能源系统(200)包括光伏阵列(201)、风力发电机组(202)、蓄电池组(203)、燃料电池(204)、电解槽(205)、储氢罐(206)、光伏DC/DC变换器(207)、燃料电池DC/DC变换器(210)、电解槽DC/DC变换器(211)、AC/DC转换器(208)、双向DC/DC变换器(209)、三相逆变器(212)、光伏升压变压器(213)和直流母线；所述光伏阵列(201)与光伏DC/DC变换器(207)连接，通过光伏DC/DC变换器(207)稳压调压并进行最大功率点跟踪，将太阳能转换成所需的直流电能；所述风力发电机组(202)与AC/DC转换器(208)连接，将风力发电输出的交流电转换成所需的直流电能；所述蓄电池组(203)与双向DC/DC变换器(209)连接，对蓄电池组(203)进行充放电控制；所述燃料电池(204)与燃料电池DC/DC变换器(210)连接，将化学能直接转化为所需的直流电能；所述电解槽(205)与电解槽DC/DC变换器(211)连接，通过电解水来制备氢气，并储存在储氢罐(206)中，供给燃料电池使用；所述光伏DC/DC变换器(207)、燃料电池DC/DC变换器(210)、电解槽DC/DC变换器(211)、AC/DC转换器(208)和双向DC/DC变换器(209)的输出端均并联于直流母线上；所述直流母线与三相逆变器(212)直流侧连接，将直流电转换成交流电；所述三相逆变器(212)交流侧与光伏升压变压器(213)的低压侧连接，光伏升压变压器(213)高压侧分别连接于两供电臂的上行接触网(103)、上行正馈线(105)、下行接触网(106)和下行正馈线(108)，光伏升压变压器(213)高压侧的中点引出与上行钢轨(104)和下行钢轨(107)连接，实现交流电三相-两相的转换。
2.根据权利要求1所述的一种基于综合能源的复线全并联AT牵引供电系统，其特征在于，所述交流电网(101)的供电电压等级为110kV或220kV；所述V/X接线牵引变压器(102)低压侧额定电压为55kV；所述AT所(109)额定电压为55kV；所述动车组(110)额定供电电压为27.5kV。
3.根据权利要求1所述的一种基于综合能源的复线全并联AT牵引供电系统，其特征在于，所述光伏阵列(201)包括多组光伏电池组件通过串并联方式构成，所述光伏阵列(201)的串并联电池组件数根据牵引负荷功率需求、三相逆变器容量和光伏电池标称功率因素确定；所述风力发电机组(202)包括风轮和发电机，风力发电机组(202)采用变速恒频运行方式；所述燃料电池(204)为质子交换膜燃料电池。
4.根据权利要求1所述的一种基于综合能源的复线全并联AT牵引供电系统，其特征在于，所述光伏升压变压器(213)为V/X牵引变压器的逆结构。
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| CN111725822A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-09-29 | 华北电力大学 | 用于供电系统光伏发电分相控制方法及光伏牵引供电系统 |
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| CN111725822B (zh) * | 2020-07-17 | 2022-02-08 | 华北电力大学 | 用于供电系统光伏发电分相控制方法及光伏牵引供电系统 |
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