[發明專利]一種電氣化鐵路儲能供電裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201710542158.5
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107294102B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 趙藝;李子晗;李群湛;解紹鋒;郭鍇;黃小紅
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J3/06
• 分類號: H02J3/06;H02J3/32
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

本發明提供一種電氣化鐵路儲能供電裝置及其控制方法，涉及電氣化鐵路牽引供電領域。牽引進線連接牽引母線；牽引母線經饋線連接牽引網給列車供電；耦合變壓器原邊連接牽引母線和地，次邊連接交直變流器交流端口；交直變流器直流端口與儲能器連接；測控單元連接電壓互感器、電流互感器的測量端和交直變流器的控制端。以負荷削峰為目標，選擇基準值≥負荷均值；儲能器的最大功率＝往日峰的最大值，儲能器的容量＝往日面積最大的峰的面積；當牽引負荷功率＜基準值時，令交直變流器處于整流工況、給儲能器充電；當牽引負荷功率＞基準值時，令交直變流器處于逆變工況、使儲能器放電，將逆變后的交流電饋入牽引母線。用于電氣化鐵路削峰供電和治理負序。

技術領域

本發明涉及電氣化鐵路牽引供電領域，尤其涉及電氣化鐵路牽引負荷削峰填谷的管理與控制技術。

背景技術

削峰填谷是電力系統負荷管理的重要舉措，對于電網而言，削峰有利于提高發輸變電設備利用率，節省設備擴容、更新費用，降低供電成本，對于一般用戶而言，可以利用峰谷差價取得降低電費的經濟效益。儲能系統具備電能儲存和釋放的雙重功能，即具有對負荷削峰和填谷的雙重作用，其中電池儲能系統、超級電容儲能系統及其混合儲能系統有著獨到的優勢，在實際應用中發揮著不可替代的、巨大作用，并在發揮著越來越大的作用。

電氣化鐵路屬于大宗工業用戶，且有鮮明特點，如牽引負荷波動劇烈，牽引負荷功率峰值是個關鍵：它不僅在技術上引起以負序為主的電能質量問題，還在經濟上直接關乎用戶效益，因為負荷峰值與兩部制電價中主變壓器容量計費和最大需量計費密切相關，鐵路用戶將付出額外代價。因此削峰—降低負荷峰值具有技術經濟兼優的機會：既可以治理負序、降低不良影響，又可以在執行兩部制電價中取得效益，即或者降低最大需量取得效益，或者降低主變壓器容量進而降低固定容量收費來取得效益。

中國專利公開了“電氣化鐵路牽引供電儲能裝置及其方法(201410002241.X)”，其目的是“充分回收機車制動回饋電能，提供牽引供電系統的能量利用率，并降低牽引變壓器的安裝容量和計費容量，節約成本。”但是，該技術方案存在的問題是：(1)在有功電流Ip＜0時進行儲能(見其權利要求5和附圖5)的判據存在不正確的情形。因為列車電氣制動不是每個供電臂都發生的。如京滬高鐵，全線1318km，24個車站，27個變電所(54個供電臂)，平均站間距(約為55km)遠大于平均供電臂的長度(約為24.4km)，由于正常情況下列車(電氣)制動發生在車站停靠情形，顯然，因為沒有車站的供電臂的概率很大，那么，不發生電氣制動的概率很高，或者即使發生制動但其再生功率被同行牽引列車吸收而等效表現為牽引工況，如固鎮變電所就沒有制動再生情形發生，此時該例判據就不會發生；進一步說，即使電氣制動功率沒有被同行列車吸收，將其返回電網不用增加任何設備，是最直接的、最經濟的，也是節能減排被國家所提倡鼓勵的(就像家庭光伏發電一樣)，該專利專門設置儲能裝置在功電流Ip＜0時進行儲能也是沒有必要的。(2)該專利使用“總電流I_s＞所連接供電臂的額定電流I_e”(見其權利要求7)的判據方法也是不正確的。再以京滬高鐵為例，每個牽引變電所的運行主變壓器(額定)容量為100(2×50)MVA，而最大功率只有不足70MVA，依該專利判據就只有谷沒有峰，削峰工況永遠不會出現，其儲能裝置就永遠不可能工作。即使其他線路上，同樣因為存在不發生電氣制動的供電臂，那么，此時因“有功電流Ip＜0”判據得到的儲能＝0，如果發生了“總電流I_s＞所連接供電臂的額定電流I_e”的情況，也沒有可以用于削峰的電力。實際上，對應供電臂的額定電流I_e的牽引變壓器的安裝容量是設計階段確定的，一經確定，即與實際牽引負荷無關了，即牽引變壓器或者欠負荷，或者過負荷，已于事無補了。因此所述“總電流I_s＞所連接供電臂的額定電流I_e”不可取。總之，該技術方案存在儲能與削峰工作失效情形，此時“降低牽引變壓器的安裝容量和計費容量，節約成本”也就無從談起，更不能實現全工況的、實時的削峰填谷最優化。