[發明專利]一種鐵路直流源雙級聯接入能量路由調控方法

有效

• 申請號: 202210030491.9
• 申請日: 2022-01-12
• 公開（公告）號: CN114362161B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 戴朝華;廉靜如;姚志剛
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/06;H02J3/28;H02J3/32;H02J7/00;H02J7/34;H02J1/10;H02J13/00;B60M3/00
• 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

本發明公開一種鐵路直流源雙級聯接入能量路由調控方法，包括：根據牽引側供電臂負載功率和可再生能源發電裝置輸出功率的大小，劃分儲能裝置的運行模式；檢測各個模組實時運行狀態，切除局部故障；然后根據運行模式，計算各個子模組和儲能裝置的補償電流參考值和/或補償功率參考值并下發給設備控制層；設備控制層，使各個級聯式鐵路能量路由器模組和直流源的協調控制，控制目標為在實現直流源中間直流母線電壓穩定的同時，控制由于子模組故障帶來的系統波動，平衡相內蓄電池均衡，抑制共模電流，平抑電池側二倍頻電流脈動，動態跟蹤給定的補償電流和/或功率指令，滿足可再生能源的高效消納、再生制動能量的有效利用和牽引供電系統電能質量要求。

技術領域

本發明屬于電氣化鐵路技術領域，特別是涉及一種鐵路直流源雙級聯接入能量路由調控方法。

背景技術

截止2021年底我國高鐵運營里程突破4萬公里，全年運營總里程突破15萬公里，電氣化鐵路系統仍舊是碳排放的重點領域之一。而動力機車在制動過程中產生了大量的再生制動能量，通常，再生制動能量被同臂牽引動車組和牽引供電設備消耗后，仍有50％的再生制動能量返送至外部電網；進而導致系統能效低，經濟性差，并且加劇了電能質量問題。返送的再生制動能量三相不對稱，引起電網網壓波動、諧波、負序等問題。

同時，多地頻繁出現棄風棄光現象，導致可再生能源利用率低下，與“碳中和”愿景相悖。兼顧消納光伏和風電產生的電能以及回收再生制動能量，學者們提出采用將光伏、風電等可再生能源接入背靠背變流器中間直流側的鐵路能量路由器系統來實現，并有效改善三相電網電能質量問題。

但是，目前的研究主要側重于集中式的拓撲調控，集中式鐵路能量路由器容量大，對電力電子器件的額定容量以及耐受水平要求嚴苛；并且，集中式結構不具備局部容錯能力，不利于工程應用，若有局部元件異常或者發生故障，整個裝置均要切出運行。由此可見，現有技術無法充分發揮鐵路能量路由器的功能。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種鐵路直流源雙級聯接入能量路由調控方法，有效回收再利用列車再生制動能量；實現光伏和風電等可再生能源接入牽引供電系統，降低三相電網的能耗；可有效改善牽引供電系統的電能質量問題；模塊化的結構可以降低電力電子器件的額定容量以及耐受水平；可以根據系統容量要求，靈活配置模塊化數量，進而提高系統利用率，并且可以配置適量的冗余，提高系統容錯能力；采用隔離變壓器可以降低光伏、風電等可再生能源系統接入的電壓水平。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種鐵路直流源雙級聯接入能量路由調控方法，基于接入直流源的隔離型級聯并聯式鐵路能量路由器，隔離型級聯并聯式鐵路能量路由器跨接在牽引變電所或者分區所的電臂之間；隔離型級聯并聯式鐵路能量路由器包括多個隔離型級聯式鐵路能量路由器模組并聯而成，各級聯式鐵路能量路由器模組均連接有具有可再生能源發電裝置和儲能裝置的直流源，調控過程包括：

能量管理層，用于全系統綜合能量管理；根據牽引側供電臂負載功率和可再生能源發電裝置輸出功率的大小，劃分儲能裝置的運行模式；檢測各個模組實時運行狀態，若有子模組發生故障，切除局部故障；然后根據運行模式，根據系統補償原理，計算各個子模組和儲能裝置的補償電流參考值和/或補償功率參考值并下發給設備控制層；

設備控制層，用于各個級聯式鐵路能量路由器模組和直流源的協調控制，控制目標為在實現直流源中間直流母線電壓穩定的同時，控制由于子模組故障帶來的系統波動，平衡相內蓄電池均衡，抑制共模電流，平抑電池側二倍頻電流脈動，動態跟蹤給定的補償電流和/或功率指令，滿足可再生能源的高效消納、再生制動能量的有效利用和牽引供電系統電能質量要求。

進一步的是，所述隔離型級聯式鐵路能量路由模組包括多組嵌入式級聯背靠背變流器子系統、每個嵌入式級聯背靠背變流器子系統所配置的隔離變壓器、和直流源；