[發明專利]一種應用于鐵路牽引供電的超導磁儲能太陽能供電方案

在審

• 申請號: 201510816766.1
• 申請日: 2015-11-19
• 公開（公告）號: CN105281416A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: 董亮;徐清穎;廖驍勇;江明陽;王豫
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J7/35
• 分類號: H02J7/35
• 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

本發明屬于鐵路牽引供電技術領域，尤其是一種將帶有超導磁儲能裝置的太陽能發電應用于為電力機車提供牽引動力的系統。

背景技術

一年中太陽輻射到地球表面的能量，相當于人類現有各種能源在同時期內所提供能量的上萬倍，成為最具應用潛力的可再生能源。我國太陽能資源主要分布在北緯22°至35°，青藏高原為資源最高值中心，同時西藏地區鐵路分布稀疏，列車次數相對較少，架設長距離的牽引供電系統耗材耗力，同時沒有有效利用當地豐富的太陽能源。因此，建設一個應用于鐵路牽引供電的帶有超導磁儲能裝置的太陽能發電系統具有廣闊的發展前景。

太陽能電池是一種通過光射入半導體時所引起的光電效應而直接把光能轉化成直流形式電能的器件，目前,單晶硅光伏電池的光能到電能的平均轉換效率可達到25％上下。隨著太陽能電池的發展，太陽能電池產業在快速增長，發電成本逐漸減小。但是，目前太陽能電池的轉換效率仍然較低，常規儲能的損耗又相對較大，因此可引入超導利用其零電阻特性制成超導儲能裝置在超導體線圈內無損耗地儲存電能。超導儲能裝置可以長期無損耗地循環儲能,轉換效率高達95％，儲能線圈通過電力電子變流器接入系統,響應返度快,可以快速充、放電,并能夠獨立地提供有功和無功功率,裝置體積小,重量輕,建造不受地點限制,儲能密度大。由于以上優點，超導儲能在整個系統中具有重要的作用。

對變流器的控制是超導磁儲能的核心問題。90年代初期，Lassesteer和Jalali提出了兩種組合式變流器拓撲結構方案，即電流源變流器和電壓源變流器。其中，采用電流源變流器，有功功率和無功功率的控制可以通過控制橋的不對稱觸發進行，但存在無功功率的調節范圍窄以及諧波問題。由于超導線圈可以等效為一個電流源，引入直流斬波器即可構成電壓源變流器，直流斬波器的控制決定電流的直流側電壓，變壓器的控制側決定輸出交流電壓的相位角。因此，這種電壓源變流器系統可以實現較寬范圍的獨立有功功率和無功功率的控制。

牽引供電系統是指從電力系統或一次供電系統接受電能，通過變壓、變相或換流后，向電力機車負荷提供所需電流制式的電能，并完成牽引電能傳輸、配電等全部功能的完整系統。我國電氣化鐵路采用單向工頻25kV交流制。牽引供電方式主要有直接供電方式、BT供電方式、AT供電方式、直供加回流線供電方式、同軸電力電纜供電方式等。其中，直接供電方式是指牽引變電所與接觸網間不設置任何防干擾設備。這種供電方式的饋電回路結構簡單、造價低。目前，直接供電方式下已不設分區亭，而用兩個分相絕緣器和一臺隔離開關來代替。由于我國鐵路沿線每兩個牽引變電所之間的距離為40～60KM，為了讓接觸網末端的電壓不低于工作電壓，要求牽引變電所饋出的母線上的額定電壓為27.5kV。由此可見這種供電方式其損耗相對較高，因此可以考慮利用分布式發電系統來近距離為列車提供能量。

供電方面，以CRH1型動車組為例，CRH1型動車組采用交-直-交傳動，即牽引電源經過單向定頻交流電壓-固定直流-三相變壓變頻交流電壓的轉換后，供應交流牽引電動機并驅動列車運行。首先，后電工通過接觸網接入25000V(50Hz)的高壓交流電，輸送給牽引變壓器，降壓成單向902V(50Hz)的交流電。降壓后的交流電在輸入整流器，2臺并聯的四象限脈沖整流器模塊(LCM)將輸入的交流電整流成兩路1650V直流電，其中一臺直流電再經過2臺IGBT牽引逆變器模塊(MCM)你變成電壓和頻率均可控的三相交流電，輸送給牽引電動機牽引列車。

發明內容

為了克服現有技術的以上不足，本發明的目的是提供一種應用于鐵路牽引供電的超導磁儲能太陽能供電方案。

本發明的目的是這樣實現的：

一種應用于鐵路牽引供電的超導磁儲能太陽能供電方案,在由太陽能電池組件、超導儲能裝置和電力輸送裝置三部分構成分布式太陽能供電鐵路牽引供電系統中，利用超導磁儲能裝置儲存的由可再生能源產生電能直接為電力機車提供牽引動力，采用如下的工作方式:

由太陽能電池板產生電能，利用串聯充電將產生的電能存儲于一定容量的多個超導磁儲能裝置中；當容量達到一定值，超導磁儲能裝置進入儲能模式；當列車到達該區段則啟動超導磁儲能裝置進入并聯放電運行模式，這時電能將經過帶有一定控制策略的變流器完成超導磁體的受控放電過程，釋放三相交流電；由超導磁儲能體釋放的電能經過三相牽引變壓器變為列車可使用的902V工頻單相交流電輸入接觸線，經過四象限脈沖整流器、直流濾波電容器、逆變器為車載電動機供電；列車駛離該供電區段，整個裝置停止輸電，進入充電運行模式。