一种分布式光伏电源的高速铁路牵引供电系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种分布式光伏电源的高速铁路牵引供电系统及控制方法。光伏阵列经过光伏逆变器实现最大功率跟踪、升压以及逆变，单相光伏逆变器输出的电压等级较低的交流电能经过光伏升压变压器升压后并入牵引供电系统；光伏升压变压器的高压侧与自耦变压器的接触网输出端口以及中点相连；由于采用了单相并网技术，能够有助于改善高速铁路牵引供电系统的电能质量；分布式光伏电源所发的电能首先满足牵引负荷需求，当有多余电能时向电力系统反送，在不影响高速铁路牵引供电系统自身工作的前提下，实现了光伏电能的并网；此外，高速铁路行车密度大，且其运营时间区间与分布式光伏电源的发电高峰时间区间吻合度较高，解决了光伏电能的消纳问题。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式光伏电源的高速铁路牵引供电系统及控制方法
本专利技术涉及牵引供电
，尤其涉及一种分布式光伏电源的高速铁路牵引供电系统及控制方法。
技术介绍
铁路和光伏发电是我国目前正在大力发展的两大领域。截至2015年底，我国铁路营业里程达到了12.1万公里，其中高速铁路达到了1.9万公里。根据国家发改委印发的《中长期铁路网规划》，我国的铁路网将在2020年达到15万公里，覆盖80％以上的大城市，其中高速铁路3万公里；2025年铁路网规模达到17.5万公里，其中高速铁路3.8万公里。根据2007年我国制定的《可再生能源中长期发展规划》，到2020年我国的太阳能发电总容量将达到180万kWp，而随着今年来光伏发电技术的快速发展，这一数字有望达到10万MWp。铁路和光伏的快速发展，为将光伏应用于铁路领域提供了契机，不仅有利于提高我国消耗能源中新能源的占比，同时有助于铁路领域的节能减排和可再生能源利用，具有良好的经济价值和社会价值。我国的铁路有普速铁路和高速铁路之分，其中高速铁路有运行速度高、运输能力大、能耗低、污染小、经济效益好的优势，是未来发展的主流。我国的高速铁路牵引供电系统采用AT供电的方式，有利于提高接触网的输电距离、降低牵引供电系统的电压电能损失、减少电分相。在我国现有的高速铁路牵引供电系统中，牵引变压器常采用V/x接线形式；但是现有的将光伏发电引入高速铁路牵引供电中的系统，由于光伏发电的引入，对原有牵引供电系统影响较大，使原有系统无法正常工作；此外，高速铁路行车密度大，现有的系统无法解决光伏电能的消纳问题。
技术实现思路
为使光伏发电系统适应高速铁路牵引供电系统，本专利技术提出了一种分布式光伏电源的高速铁路牵引供电系统及控制方法，适用于牵引变压器为V/x接线的既有线路改造以及新建线路修建，通用性能强；在实现光伏并网的同时不影响原有牵引供电系统的正常运行；解决了光伏电能的消纳问题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种分布式光伏电源的高速铁路牵引供电系统，包括相互连接的高速铁路牵引供电系统和分布式光伏电源；所述高速铁路牵引供电系统包括V/x接线牵引变压器、接触网、钢轨、正馈线和自耦变压器；所述V/x接线牵引变压器的高压侧与电力系统三相连接，V/x接线牵引变压器低压侧分别连接接触网和正馈线，V/x接线牵引变压器中点引出并通过钢轨连接至地网；自耦变压器的两个端口分别与接触网和正馈线相连，自耦变压器中点引出通过钢轨连接至地网；所述分布式光伏电源包括光伏阵列、单相光伏逆变器和光伏升压变压器；光伏阵列的正负端口与单相光伏逆变器输入端的正负端口连接，单相光伏逆变器的输出端与光伏升压变压器的低压侧连接，光伏升压变压器的高压侧分别与自耦变压器在接触网侧的输出端口以及中点端口相连。进一步的是，所述V/x接线牵引变压器的高压侧与电力系统三相连接，低压侧额定电压为55kV；所述V/x接线牵引变压器低压侧两端口分别连接接触网和正馈线，同时将所述V/x接线牵引变压器中点引出，与钢轨连接，同时钢轨连接地网，电力机车由接触网和钢轨之间的额定电压为27.5kV的电压供电，并通过钢轨和正馈线回流。进一步的是，所述自耦变压器布置于相邻的两个牵引变电站之间接触网的供电臂区间内，采用至少一台自耦变压器，每台自耦变压器之间相互间隔；所述自耦变压器的额定电压为55kV。进一步的是，所述光伏阵列由多个光伏组件通过串并联构成；所述光伏阵列是系统中能够提供电能的电源，由容量较小的光伏组件通过串并联组成，光伏阵列中光伏组件的串联数和并联数应结合光伏组件的功率、光伏逆变器的容量、光伏发电系统的装机规模、支架成本和直流线缆成本等因素综合考虑。进一步的是，所述单相光伏逆变器具有最大功率跟踪和逆变的基本功能，同时兼具无功补偿和谐波补偿的功能，以提高高速铁路牵引供电系统的电能质量；所述单相光伏逆变器是一种将光伏组件所产生的直流电能变换为交流电能的电力电子装置，其应具有的基本功能包括最大功率跟踪(MPPT)和逆变。最大功率跟踪功能的作用在于保证光伏阵列能够尽可能多地输出电能，同时实现光伏电能的升压；逆变功能的作用在于通过控制逆变器开关器件的通断，将直流的光伏电能以交流电流的形式输出，从而实现光伏电能的并网；所述单相光伏逆变器可具有无功补偿、谐波补偿的功能，在输出光伏电能的同时，对牵引负荷电流进行完全或部分的无功补偿、谐波补偿，有助于降低供电臂中的电压电能损失，改善高速铁路牵引供电系统的电能质量。进一步的是，所述光伏升压变压器将光伏逆变器输出的电压等级较低的交流电能升压至符合牵引供电系统电压等级的电能；光伏升压变压器高压侧的额定电压为牵引供电系统电压等级，低压侧的额定电压为单相光伏逆变器的额定输出电压另一方面，由于光伏的接入使牵引供电系统的电流发生了改变，为了降低光伏接入对牵引供电系统的影响，本专利技术提出一种分布式光伏电源的高速铁路牵引供电系统的控制方法，包括步骤：S100，对接触网两供电臂的电压有效值设置一个上阀值与一个下阀值；S200，实时检测分布式光伏电源接入处的供电臂电压；S300，当分布式光伏电源处于投入状态，若供电臂电压有效值超过上阀值，将分布式光伏电源切出；当分布式光伏电源处于切出状态，若供电臂电压有效值低于下阀值，将分布式光伏电源投入。采用本技术方案具有下述有益效果：1、适用于牵引变压器为V/x接线的既有线路改造以及新建线路修建，通用性能强；高速铁路沿线的分布式光伏电源经过最大功率跟踪、逆变、升压后，通过自耦变压器接入系统，在实现光伏并网的同时不影响原有牵引供电系统的正常运行；2、利用自耦变压器实现光伏电能并网，并网点不局限于牵引变电所，充分利用高速铁路牵引供电系统沿线的土地资源；3、分布式光伏电源采用自发自用、余电上网的发电形式，即光伏电能首先满足电力机车负荷的需求，当光伏输出功率大于电力机车负荷时，多余的光伏电能经过牵引变压器向电力系统反送，不影响牵引供电系统本身的工作；4、光伏电能能够直接向电力机车负荷提供有功功率，降低了高速铁路牵引供电系统对外电系统的依赖程度；减小了供电臂的馈线电流，有助于改善供电臂的电压水平，同时降低电能损失；当单相光伏逆变器兼具无功、谐波补偿功能时，对电能质量的改善作用更佳；5、采用单相光伏并网技术，有效避免光伏电源三相接入时引起的电能质量问题；6、高速铁路行车密度大，且其运营时间区间与分布式光伏电源的发电高峰时间区间吻合度较高，解决了光伏电能的消纳问题。附图说明图1为本专利技术提供的一种分布式光伏电源的高速铁路牵引供电系统外部拓扑结构；图2为本专利技术实施例中分布式光伏电源通过自耦变压器接入系统的局部拓扑结构；图3为本专利技术提供的一种分布式光伏电源的高速铁路牵引供电系统的控制方法的流程图；其中，11为电力系统，12为V/x接线牵引变压器，13为接触网，14为钢轨，15为正馈线，16为自耦变压器，17为电力机车，18为分布式光伏电源；21为光伏升压变压器，22为单相光伏逆变器，23为光伏阵列。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术作进一步阐述。在本实施例中，参见图1和图2，本专利技术提出的一种分布式光伏电源的高速铁路牵引供电系统，包括相互连接的高速铁路牵引供电系统和分布式光伏电源17。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式光伏电源的高速铁路牵引供电系统，其特征在于，包括相互连接的高速铁路牵引供电系统和分布式光伏电源(17)。所述高速铁路牵引供电系统包括V/x接线牵引变压器(12)、接触网(13)、钢轨(14)、正馈线(15)和自耦变压器(16)；所述V/x接线牵引变压器(12)的高压侧与电力系统(11)三相连接，V/x接线牵引变压器(12)的低压侧分别连接接触网(13)和正馈线(15)，V/x接线牵引变压器(12)的中点引出并通过钢轨(14)连接至地网；自耦变压器(16)的两个端口分别与接触网(13)和正馈线(15)相连，自耦变压器(16)中点引出通过钢轨(14)连接至地网；所述分布式光伏电源(17)包括光伏阵列(23)、单相光伏逆变器(22)和光伏升压变压器(21)；光伏阵列(23)的正负端口与单相光伏逆变器(22)输入端的正负端口连接，单相光伏逆变器(22)的输出端与光伏升压变压器(21)的低压侧连接，光伏升压变压器(21)的高压侧分别与自耦变压器(16)在接触网(13)侧的输出端口以及中点端口相连。

【技术特征摘要】
1.一种分布式光伏电源的高速铁路牵引供电系统，其特征在于，包括相互连接的高速铁路牵引供电系统和分布式光伏电源(17)。所述高速铁路牵引供电系统包括V/x接线牵引变压器(12)、接触网(13)、钢轨(14)、正馈线(15)和自耦变压器(16)；所述V/x接线牵引变压器(12)的高压侧与电力系统(11)三相连接，V/x接线牵引变压器(12)的低压侧分别连接接触网(13)和正馈线(15)，V/x接线牵引变压器(12)的中点引出并通过钢轨(14)连接至地网；自耦变压器(16)的两个端口分别与接触网(13)和正馈线(15)相连，自耦变压器(16)中点引出通过钢轨(14)连接至地网；所述分布式光伏电源(17)包括光伏阵列(23)、单相光伏逆变器(22)和光伏升压变压器(21)；光伏阵列(23)的正负端口与单相光伏逆变器(22)输入端的正负端口连接，单相光伏逆变器(22)的输出端与光伏升压变压器(21)的低压侧连接，光伏升压变压器(21)的高压侧分别与自耦变压器(16)在接触网(13)侧的输出端口以及中点端口相连。2.根据权利要求1所述的一种分布式光伏电源的高速铁路牵引供电系统，其特征在于，所述V/x接线牵引变压器(12)的高压侧与电力系统(11)三相连接，V/x接线牵引变压器(12)的低压侧额定电压为55kV；所述V/x接线牵引变压器(12)低压侧两端口分别连接接触网(13)和正馈线(15)，同时将V/x接线牵引变压器(12)的中点引出与钢轨(14)连接，同时钢轨(14)连接地网；电力机车(17)由接触网(13)和钢轨(14...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴朝华，邬明亮，陈维荣，邓文丽，赵化博，高岩，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51