[發明專利]一種基于分布式電源的直流牽引供電系統

有效

• 申請號: 201310322813.8
• 申請日: 2013-07-29
• 公開（公告）號: CN103419680A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 孟明;劉劍;王喜平;胡大龍;蔣理;宋穎巍;劉巖;寧遼逸
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）;國家電網公司;國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院
• 主分類號: B60M3/00
• 分類號: B60M3/00;H02J7/34;H02J7/35
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發明涉及一種直流牽引供電系統。特別是涉及一種用于城市電氣化交通車輛供電的具有高電能質量的基于分布式電源的直流牽引供電系統。

背景技術

隨著經濟和城市化進程的快速發展，能源危機、環境污染和交通擁堵已成為當今世界所面臨的嚴重問題。城市電氣化交通車輛（地鐵、有軌電車和無軌電車）和電動汽車可以緩解城市日益嚴重的交通擁堵，降低有限的化石燃料的消耗，減少空氣污染，實現節能減排和城市的可持續發展，是未來城市大力發展的主要交通工具。

電動汽車的發展需要相對應的充電系統，常用的充電模式有常規充電、快速充電和動力電池組快速更換系統（簡稱換電）三種。對于城市公共交通電動車輛，換電是一種很好的充電模式。電動汽車充電系統不僅需要巨大的建設成本，而且會對電力系統產生許多不良影響。同時，電動汽車動力電池也是一個容量巨大的儲能設備。

傳統的直流牽引供電系統通常采用二極管整流器供電，牽引變電站向接觸網供電的方式有單邊供電和雙邊供電。我國國標規定的直流供電的電壓等級有750V和1500V兩種。電力機車的制動能量通常消耗在制動電阻上，這不僅造成了能量的浪費，而且還會導致隧道溫度的升高，增加溫控系統的負擔，進一步導致能源的浪費。電力機車制動能量的回收利用是牽引供電系統未來發展的方向。

如圖1所示，現有的直流牽引供電系統包括有：一個或兩個以上的用于向電力機車2提供直流電能的牽引變電站1，該牽引變電站1是采用傳統的二極管整流直流牽引供電系統。每一個牽引變電站1都是由變壓器11、整流器12、直流母線13、接觸網14、鋼軌15和分區所16構成。其中，變壓器11可以是雙繞組變壓器、三繞組變壓器或原邊采用延邊三角形連接的移相±7.5°的三繞組變壓器。整流器12可以是六脈波整流器、12脈波整流器或24脈波整流器。

在電力機車運行低谷和停運期間，交流側主變電站的功率因數很低，需要采取無功補償措施。

經濟的迅猛發展促進了電力需求的快速增長，傳統的集中式大電網成本高、運行難度大，難以滿足用戶越來越高的安全性和可靠性的要求。分布式發電與集中式發電相比，具有污染少、能源利用率高、安裝地點靈活等優點，節省了輸配電資源和運行費用，減少了集中輸電的線路損耗，減少了電網總容量，改善了電網峰谷性能，提高了可靠性，是大電網的有力補充和有效支撐，是電力系統的發展趨勢之一。

分布式電源包括太陽能光伏電池、風力發電機、微型燃氣輪機、燃料電池和生物質能發電等。

分布式電源單機接入成本高、控制困難。它相對于大電網來說是一個不可控源，因此大電網往往采取限制、隔離的方式來處置分布式電源，以期減小其對大電網的沖擊，這就大大限制了分布式電源的利用。

充分利用城市電氣化公交線路的空間可以發展利用諸如太陽能光伏電池、微型燃氣輪機和燃料電池等分布式電源。

微電網是一種由負荷、微電源（即微電網中的分布式電源，如光伏發電、風力發電等）、儲能裝置和電力電子功率變換裝置共同組成的有機系統；微電網內部的電源主要由電力電子器件負責能量的轉換，并提供必需的控制；微電網可以有效解決上述分布式電源接入大電網的問題，協調大電網和分布式電源之間的矛盾。

微電網可分為交流微電網、直流微電網、高頻微電網和交直流混合微電網。因為分布式電源中的太陽能光伏電池和燃料電池本身為直流，而風力發電機、微型燃氣輪機和生物質能發電等雖然為頻率不同的交流，但可以經過一次整流變換為直流。直流微電網具有無集膚效應、損耗小、效率高、無需無功補償、不存在交流供電系統固有的穩定問題、輸送距離和功率也不受電力系統同步運行穩定性的限制以及易于控制等優點，在電力系統中具有廣闊的發展和應用前景。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種基于分布式電源的直流牽引供電系統，能夠實現分布式電源的有效利用和電力機車制動能量的回收，減小現有直流牽引供電系統直流電壓的波動范圍，提高直流牽引供電系統低負荷和空載時交流側主變電站的功率因數，提高直流牽引供電系統的可靠性，減少電動汽車充電系統的建設成本。