[發明專利]一種電氣化鐵路多場景自洽能源系統

在審

• 申請號: 202110768240.6
• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113659599A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 戴朝華;鄧文麗
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32;H02J3/38
• 代理公司: 成都帝鵬知識產權代理事務所(普通合伙) 51265
• 代理人: 李華

本發明公開一種電氣化鐵路多場景自洽能源系統，包括分相牽引供電系統和中央控制器，還包括所內自洽能源系統、所間自洽能源系統和/或區間自洽能源系統；所內自洽能源系統設置在變電所電分相處，所間自洽能源系統設置在分區所電分相處，區間自洽能源系統設置在供電臂上，中央控制器與所內自洽能源系統、所間自洽能源系統、區間自洽能源系統通信連接。本發明能夠因地制宜、因網制宜、因荷制宜的選取可再生能源與鐵路系統的融合發展形式，利于實現鐵路供能的多元綠色化、用能管理的彈性化，同時在不改變原始牽引供電系統結構的前提下，能夠有效改善牽引供電系統電能質量并提高系統供電可靠性。

技術領域

本發明屬于電氣化鐵路新能源技術領域，特別是涉及一種電氣化鐵路多場景自洽能源系統。

背景技術

截至2020年底，我國電氣化鐵路營業里程已超10萬公里，作為特殊的大宗工業用戶，其快速發展的同時也伴隨著巨大的能耗問題。據統計僅2020年全國電氣化鐵路用電量已高達900億千瓦時，相當于每年消耗110.7億公斤標準煤，排放約897.3億公斤二氧化碳、27億公斤二氧化硫、13.5億公斤氮氧化物，其中牽引用能部分占到了鐵路總能耗的60％以上。如何實現鐵路系統的節能減排引起了社會各界的廣泛關注，尤其是對鐵路系統提出了綠色化、高效能、高彈性的發展新要求。因此，研究可再生能源與鐵路系統融合發展形式是當前國家形勢所趨，尤其是在能耗占比更高的牽引領域。

由于能源網與交通網地理空間上存在天然交集，鐵路沿線常伴隨著豐富的可再生能源，例如西南沿線富含水力資源、西部地區富含光伏資源、東南沿海等地富含風力資源等。而鐵路自身不僅存在大量可供開發利用的土地資源，也具有廣闊的電能消納空間，這為鐵路資產能源化提供了有效途徑。但由于應用環境的特殊性，在研究過程中仍需重點關注以下問題：(1)對于鐵路可再生能源應用形式，一方面，可基于鐵路自有土地資源新建新能源發電系統接入；另一方面，可基于沿線既有的新能源并網發電系統或微電網群直接接入，達到在增加既有系統電能消納率的同時，降低鐵路新能源系統的投資成本。因此，需探討如何因地制宜的開發建設鐵路新能源系統，保證鐵路供能的自洽(自給自足)多元化發展。(2)既有電氣化鐵路牽引供電系統多采用分相供電制，這種特殊性迫使牽引網各區段間形成了線性化供電孤島，因此，需探討如何因網制宜的接入新能源系統，通過全局/局域線路柔性互聯，實現特定區段能量路由及提高系統供電可靠性。(3)牽引負荷不同于常規用電負荷，除了產生無功、負序、諧波、網壓波動等電能質量問題，在制動過程中還會產生兆瓦級再生制動能量，若不加以回收利用將造成了能量的極大浪費。因此，在實現新能源系統有效接入的前提下，還需探討如何因荷制宜的提高牽引供電系統供電質量及用能能效。

現有技術中，新能源接入電氣化鐵路牽引供電系統的方案均基于新建系統接入，鮮少因地制宜的考慮融合沿線既有新能源系統，即在減少棄風棄光棄水等的同時降低系統建設成本；其次，既有技術方案中新能源系統接入點多位于牽引變電所處，而對于具有寬區域跨度和分段供電特性的牽引網，分區所及獨立供電區間同樣是重要的可選接入點，尤其對于實現多站能量路由及功率融通；此外，針對未消納的新能源電能及再生制動能量，既有方案多采用單站儲能直接存儲或回饋至配電網，能源利用形式還可綜合不同應用場景進行適配性選擇，如多站協同用能、外置充電樁、電-氣轉換等。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種電氣化鐵路多場景自洽能源系統，能夠因地制宜、因網制宜、因荷制宜的選取可再生能源與鐵路系統的融合發展形式，利于實現鐵路供能的多元綠色化、用能管理的彈性化，同時在不改變原始牽引供電系統結構的前提下，能夠有效改善牽引供電系統電能質量并提高系統供電可靠性。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種電氣化鐵路多場景自洽能源系統，包括分相牽引供電系統和中央控制器，還包括所內自洽能源系統、所間自洽能源系統和/或區間自洽能源系統，所內自洽能源系統、所間自洽能源系統和/或區間自洽能源系統獨立或組合式設置；