[發明專利]一種用于牽引供電的風光互補供電系統

有效

• 申請號: 201110195598.0
• 申請日: 2011-07-13
• 公開（公告）號: CN102280923A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 譚永東;王硯帛;楊佳;李聰;覃六生;魯小兵;李中西;馬天虎;褚召偉;段晚晴
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J9/00
• 分類號: H02J9/00;H02J7/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明涉及牽引供電系統，尤其是采用風能、光能互補發電直接用于牽引供電的技術領域。

背景技術

隨著電氣化鐵路的快速發展，2010年我國鐵路電氣化率已達45％。在我國北方地區，鐵路時常穿越戈壁、沙漠等無人區，沿線車站及通訊中繼站無電源可供接引，偏遠地區電網電壓等級難以滿足電氣化鐵路的運行需求，遠距離輸電方式供電能力較弱且耗資較多。其次，由于牽引負荷的不對稱性，大量牽引負荷接入電力系統會引起電力系統的三相不平衡，嚴重影響電力系統的電能質量。因此，偏遠地區的電氣化鐵路不僅要解決牽引供電電源的接引問題，同時也需要解決負序問題帶來的電力系統電能質量問題。

我國北方地區尤其是西北地區具有風能資源豐富、日照時間長等特點，國家已建立和擬建立多處風電場和太陽能發電站用以大規模開發利用風能資源和太陽能資源。目前，由于北方地區高耗能負荷較少、風電配套輸電工程滯后，已建立的風電場運行時間短，產生了較嚴重的風電資源浪費現象。

如果利用風能資源和太陽能資源建立風光互補型發電系統直接為電氣化鐵路供電，不僅能為牽引供電系統提供連續穩定的電能，解決偏遠地區特定區段電氣化鐵路的供電問題，對構建節能、環保型牽引供電系統有重要的作用，同時也可以加快北方風電資源的就地消納，緩解電力輸出能力不足對風電行業發展的制約。

發明內容

鑒于以上陳述的牽引供電系統存在的問題以及電氣化鐵路的節能需求，本發明旨在提供一種以風光互補系統為主電源、蓄電池組為備用電源直接為電氣化鐵路供電的方法，并設計了整套供電方案。使之能夠解決偏遠地區特定區段電氣化鐵路供電電源的接引問題，抑制電氣化鐵路產生的負序問題對電力系統的影響，解決電氣化鐵路的過分相問題，同時有助于促進新能源在牽引供電中的應用。

本發明的目的通過如下手段來實現。

一種用于牽引供電的風光互補供電系統，由風力發電機組、光伏電池陣列、蓄電池組、牽引變電所單相變壓器構成，其特征在于，所述風光互補發電系統采用如下工作方式：風電機組發出額定電壓為690V的三相交流電經整流電路和Boost電路變換為直流1200V；光伏電池發出的直流電經Boost電路變換為直流1200V；1200V直流電經逆變單元逆變為單相50Hz交流電，由單相變壓器升壓至35KV，直接供給牽引變電所作為牽引供電電源；在風力發電機組及光伏電池陣列的電力輸出側與牽引變電所之間設置有采集單相逆變器輸出側電壓和電流并根據供電區段的牽引負荷進行計算、分析并發出控制指令，調節風電機組、光伏電池、蓄電池組的有功輸出的能量管理單元，所述能量管理單元根據實際運行情況將用于牽引供電的風光互補發電系統控制在以下四種工況下運行：

1).當P₁＞0且P₁≥P_L時，即風速傳感器檢測風速大于啟動風速，且風電機組有功輸出可以滿足Δt時段供電臂負荷運行時，風光互補型牽引供電電源在工況1模式下運行，即僅由風力發電機組供電，蓄電池組充電至額定容量的90％；

2).當P₁＞0且P₁＜P_L時，即風速傳感器檢測風速大于啟動風速，但風電機組有功輸出不能滿足牽引供電臂負荷運行時，風光互補型牽引供電電源在工況2模式下運行，即啟動混合發電模式，由風電機組和光伏電池互補發電；

3).當P₁＝0但P₂＞0，即風速傳感器檢測風速小于啟動風速，風電機組處于停機狀態時，但光伏發電有功輸出可以滿足牽引供電臂負荷運行時，風光互補型牽引供電電源在工況3模式下運行，即由光伏電池供電，蓄電池組互補供電；

4).當P₁＝0且P₂＝0時，即風光互補型牽引供電電源處于無風無光的特殊氣象條件時，蓄電池組放電至額定容量的20％或啟動備用電源，以滿足牽引供電臂負荷運行需求。

采用本發明的牽引供電系統，具有如下優點：

(1)本發明提出的用于牽引供電的風光互補發電系統不并網運行，輸出為單相工頻交流電，可直接作為牽引供電電源，該供電方式可以有效避免電氣化鐵路產生的負序問題對電力系統的影響。

(2)本發明提出的用于牽引供電的風光互補發電系統輸出為單相50Hz交流，直接作為單相電源接入牽引變電所，變電所采用單相變壓器為牽引負荷供電，有效解決了傳統電氣化鐵路產生的過分相問題。