一种含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含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，光伏逆变器与光伏升压变压器的低压侧三相连接，光伏升压变压器的高压侧分别于高速铁路牵引供电系统的两供电臂母线以及地网连接。光伏升压变压器采用V/v、YNd11、Dyn11接线形式，将V/x接线牵引供电系统中夹角为60°的两相电压变换为三相对称的电压，以向光伏逆变器提供符合条件的电网电压。光伏电能首先满足牵引负荷需求，当有多余电能时，通过牵引变压器向电力系统反送功率，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。

【技术实现步骤摘要】
一种含光伏电源的高速铁路牵引供电系统及控制方法
本专利技术涉及光伏发电领域，尤其涉及一种含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10000万kWp。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。但现有的将光伏发电系统引入高速铁路的系统通用性能差，且在光伏并网的同时会产生巨大的影响，使牵引供电系统的无法正常运行。
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含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；三相光伏系统接至牵引供电系统的供电臂母线上，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。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种含光伏电源的高速铁路牵引供电系统，包括光伏阵列、光伏逆变器、光伏升压变压器和高速铁路牵引供电系统；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、钢轨和正馈线；所述V/x接线牵引变压器的高压侧连接至电力系统，V/x接线牵引变压器低压侧分别连接接触网和正馈线，将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；接触网两条供电臂的母线分别连接有至少两台V/x接线牵引变压器；所述光伏阵列的正负端口与光伏逆变器输入端的正负端口连接，光伏逆变器的输出端口与光伏升压变压器的低压侧三相连接，光伏升压变压器高压侧的三个端口分别与接触网两条供电臂的母线以及地网相连。进一步的是，所述V/x接线牵引变压器的高压侧额定电压为电力系统的电压，V/x接线牵引变压器低压侧额定电压为55kV，相位相差60°；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，所述光伏逆变器具有最大功率跟踪和逆变功能；所述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。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，光伏升压变压器低压侧的额定电压为光伏逆变器的额定输出电压；所述光伏升压变压器的高压侧与高速铁路牵引供电系统两条供电臂的母线相连，光伏升压变压器低压侧与光伏逆变器的输出端相连；光伏升压变压器的作用在于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(27.5kV)的电能，光伏升压变压器高压侧的额定电压为27.5kV，光伏升压变压器低压侧的额定电压为光伏逆变器的额定输出电压。进一步的是，所述光伏升压变压器将接触网供电臂两相电压变换为三相对称的电压以向光伏逆变器提供电网电压，光伏升压变压器接线形式为V/v接线、Ynd11接线或Dyn11接线；由于高速铁路牵引供电系统的特殊接线形式，所述光伏升压变压器应符合一定的使用条件。在牵引变压器为V/x接线形式的高速铁路牵引供电系统中，V/x接线牵引变压器实现了电能的三相-两相变换，两供电臂的电压保持60°的夹角。为了将该电压变换为对称的三相电压，使光伏逆变器能够正常工作，所述光伏升压变压器应为高压侧电压为两相60°夹角的两相-三相变压器，其可选的接线形式包括V/v接线、Ynd11接线和Dyn11接线等。所述V/x接线牵引变压器将电力系统的三相电压变换为两相电压以向供电臂内的电力机车负荷供电，其高压侧的额定电压为电力系统的电压，低压侧额定电压为55kV；所述V/x接线牵引变压器低压侧的两个端口分别与接触网和正馈线相连，并将中点引出，与钢轨相连，钢轨连接地网；所述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。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含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，对接触网两条供电臂母线电压的有效值设置一个上阀值与一个下阀值；S200，实时监测接触网两条供电臂的母线电压有效值；S300，判断光伏阵列的工作状态：当光伏阵列处于投入状态，若任一供电臂母线电压有效值超过上阀值，将光伏阵列切出；当光伏阵列处于切出状态，若两供电臂母线电压有效值均低于下阀值，将光伏阵列投入。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；三相光伏系统接至牵引供电系统的供电臂母线上，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、光伏发电系统采用自发自用、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；3、光伏发电系统以分布式光伏电站的形式布置于牵引变电站附近，无需对牵引供电系统添加其他设施，施工量较小；4、光伏电能经集中逆变、升压后并网，并网点只需一台升压变压器，能够有效防止将光伏发电直接接入接触网对牵引供电系统继电保护产生的影响；5、对光伏发电系统的装机规模没有限制，且一次设备投资较少。附图说明图1为本专利技术提供的一种含光伏电源的高速铁路牵引供电系统；图2为本专利技术提供的一种含光伏电源的高速铁路牵引供电系统的控制方法流程图；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为电力机车，17为光伏阵列，18为光伏逆变器，19为光伏升压变压器。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，本专利技术提出的一种含光伏电源的高速铁路牵引供电系统，包括光伏阵列17、光伏逆变器18、光伏升压变压器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含光伏电源的高速铁路牵引供电系统，其特征在于，包括光伏阵列(17)、光伏逆变器(18)、光伏升压变压器(19)和高速铁路牵引供电系统；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)和正馈线(15)；所述V/x接线牵引变压器(12)的高压侧连接至电力系统(11)，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)，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；接触网(13)两条供电臂的母线分别连接有至少两台V/x接线牵引变压器(12)；所述光伏阵列(17)的正负端口与光伏逆变器(18)输入端的正负端口连接，光伏逆变器(18)的输出端口与光伏升压变压器(19)的低压侧三相连接，光伏升压变压器(19)高压侧的三个端口分别与接触网(13)两条供电臂的母线以及地网相连。

【技术特征摘要】
1.一种含光伏电源的高速铁路牵引供电系统，其特征在于，包括光伏阵列(17)、光伏逆变器(18)、光伏升压变压器(19)和高速铁路牵引供电系统；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)和正馈线(15)；所述V/x接线牵引变压器(12)的高压侧连接至电力系统(11)，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)，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；接触网(13)两条供电臂的母线分别连接有至少两台V/x接线牵引变压器(12)；所述光伏阵列(17)的正负端口与光伏逆变器(18)输入端的正负端口连接，光伏逆变器(18)的输出端口与光伏升压变压器(19)的低压侧三相连接，光伏升压变压器(19)高压侧的三个端口分别与接触网(13)两条供电臂的母线以及地网相连。2.根据权利要求1所述的一种含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)的高压侧额定电压为电力系统(11)的电压，V/x接线牵引变压器(12)的低压侧额定电压为55kV；电力机车(16)由接触网(13)和钢轨(14)之间的额定电压为27.5kV的电压供电，并通过钢轨(14)和正馈线(15)回流。3.根据权利要求1所述的一种含光伏电源的高速铁路牵引供...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊峰，严帆，杜彪，赵淦，易金印，陈维荣，戴朝华，邬明亮，解绍锋，高岩，赵化博，
申请(专利权)人：中广核太阳能开发有限公司，西南交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11