一种用于城轨牵引网的新能源供电系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于城轨牵引网的新能源供电系统及控制方法，包括位于线路中段的独立储能系统和位于线路末端车辆段或停车场的风光储联合发电系统；根据离线预测数据、历史数据得到负荷预测功率和期望峰谷值，再基于城轨行车数据判断是否有负荷；根据实时电压判断运行工况，比较下一时刻负荷预测功率与期望峰谷值的大小判断是否为负荷运行峰谷状态，通过判断结果确定不同的控制策略，实现对独立储能系统中的储能装置、风光储联合发电系统中的风光联合发电装置及储能装置的有效控制。本发明专利技术不仅能促进当地风光等可再生能源的消纳，改善网压波动，有效回收再生制动能量的同时对负荷进行削峰填谷，降低城轨运营成本，具有良好的经济效益。

A new energy power supply system and control method for urban rail traction network

The invention discloses a new energy power supply system and a control method for the urban rail traction network, including an independent energy storage system in the middle of the line and a wind and solar energy storage combined power generation system in the vehicle depot or parking lot at the end of the line; the load prediction power and the expected peak and valley value are obtained according to the offline prediction data and historical data, and then the load is determined based on the urban rail driving data; the load is determined according to the actual situation The time voltage is used to judge the operation condition, the next time load forecast power is compared with the expected peak and valley value to determine whether it is the peak and valley state of the load operation, and different control strategies are determined by the judgment results, so as to realize the effective control of the energy storage device in the independent energy storage system, the wind and solar combined power generation device and the energy storage device in the wind and solar combined power generation system. The invention can not only promote the absorption of renewable energy such as local scenery, improve the fluctuation of network voltage, effectively recover the regenerative braking energy, but also cut the peak and fill the valley for the load, reduce the operation cost of urban rail transit, and has good economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种用于城轨牵引网的新能源供电系统及控制方法
本专利技术属于城市轨道牵引供电
，特别是涉及一种用于城轨牵引网的新能源供电系统及控制方法。
技术介绍
随着我国城市化进程加快，城市轨道交通在各大中城市得到了快速全面的发展。截至2017年底，中国内地共计34个城市开通城市轨道交通并投入运营，预计到2020年我国将有50余座城市开通运营，运营线路长度超过6000km。同时，城轨作为城市的主要耗能大户，其高速发展带来的节能问题与环保问题不容小觑。其中，牵引负荷耗能约占城轨总耗能的55％。为实现节能降耗，将新能源接入城市轨道交通牵引供电系统势在必行，不仅促进再生制动能量的回收，还可对负荷进行削峰填谷，能降低城轨运营成本，促进当地可再生能源的消纳。众多能源形式中，以风能和太阳能最为突出且应用最广，城市轨道交通沿线的大面积车辆段与停车场，室外高架车站、高架区间及地铁出入口等为其接入提供了地理条件。但风能和太阳能发电均具有一定的间歇性和随机性，独立运行利用效率低，未能提供稳定的能量输出。考虑将风力发电系统与光伏发电系统相结合，由于二者在时间和季节上具备天然的互补性，则可缓解输出的波动性，使系统运行更加稳定。另外，城市轨道交通机车本身是一个冲击较大的功率源，频繁起动、制动对网压及风光设备造成极大冲击，须加入储能装置配合风光联合系统，减小弃光弃风，对牵引系统产生的再生制动能量进行回收和利用，实现能量利用的最大化；同时通过储能实现削峰填谷，平抑网压的波动。目前未对风-光-储联合发电系统在城市轨道交通的研究及应用，工程应用主要集中在光伏并入交流网(35kV/33kV或400V)侧或储能并入牵引网直流(750V或1500V)侧。风-光-储系统直接接入直流牵引供电系统在理论上具有节能效果明显、线路损耗小、谐波污染问题不突出的优点。但城轨负荷的剧烈波动将直接对系统造成冲击，新能源发电具有不确定性，控制相对复杂，双方能否良好适应面临挑战。现已有学者对光伏/储能并入牵引网开了初步研究，尚未见风-光-储多能互补结构接入城轨供电系统；现有研究集中在单变电所下系统的拓扑结构及控制策略等，分析过程中未考虑整条线路的能量流动情况，对于整条线路的新能源发电系统结构鲜有文献提及；现有研究中，未考虑利用储能回收再生制动能量同时对负荷早晚高峰进行削峰填谷。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种用于城轨牵引网的新能源供电系统及控制方法，有效利用风、光、储三种资源的优势互补提升供电可靠性，利用储能对负荷进行削峰填谷，高效回收再生制动能量，促进节能减排和新能源消纳；不仅能促进当地风光等可再生能源的消纳，改善网压波动，有效回收再生制动能量的同时对负荷进行削峰填谷，降低城轨运营成本，具有良好的经济效益。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于城轨牵引网的新能源供电系统的控制方法，城轨牵引网的新能源供电系统包括位于线路中段的中间牵引变电所处的独立储能系统和位于线路末端车辆段或停车场变电所处的风光储联合发电系统；所述城轨牵引网的新能源供电系统的控制方法包括对独立储能系统和风光储联合发电系统的控制策略，包括步骤：根据离线预测数据、历史数据得到负荷预测功率和期望峰谷值，再基于城轨行车数据判断是否有负荷；采集实时运行数据，根据实时电压判断运行工况，比较下一时刻负荷预测功率与期望峰谷值的大小判断是否为负荷运行峰谷状态，通过判断结果确定不同的控制策略；根据上述步骤分别建立独立储能系统和风光储联合发电系统的控制策略，实现对独立储能系统中的储能设备、风光储联合发电系统中的风光联合发电装置及储能装置的有效控制。进一步的是，所述独立储能系统，安装于城轨牵引供电系统线路中段的牵引变电所，通过双向DC/DC变换器并联接入整流机组直流侧的牵引直流母线，其控制方法包括下列步骤：S101,数据的采集与预测：历史数据预测：根据近期牵引变电所运行的历史数据预测当日全时刻负荷功率Pload，得到预测期望峰值Ppeak和期望谷值Pval；实时数据采集：采集t＝T时牵引直流母线电压U、储能状态的荷电状态SOC及健康状态SOH值的实时数据；S102,通过中央综合监控中心获得的行车数据，确定所述独立储能系统设置处的相邻两牵引变电所间是否有负荷；若无，执行步骤S103，否则，执行步骤S104；S103,独立储能系统不动作，电网维持线路空载损耗或向负荷供能；S104,判断牵引直流母线电压U是否小于牵引网的电压阈值下限Umin；若是，执行步骤S105，否则执行步骤S106；S105,判断SOC>SOCmin是否成立，SOCmin为储能荷电状态下限值；若是，独立储能系统向负荷供电，使电网提供的功率降低，实现削峰，缺额由电网补足；否则，执行步骤S103；S106,判断牵引直流母线电压U是否大于牵引网的电压阈值上限Umax；若是，执行步骤S107；否则，执行步骤S108；S107,判断SOC＜SOCmax是否成立，SOCmax为储能荷电状态上限值；若是，整流机组关断，电网停止向负荷供能，独立储能系统吸收机车产生的再生制动能量；否则，执行步骤S103；S108,根据全时刻功率预测数据，判断t＝T+1时刻负荷是否处于运行高峰状态，即Pload＞Ppeak是否成立；若是，独立储能系统进入预充电模式，电网为独立储能系统充电，需满足SOC＜SOCmax的充电条件，以便在负荷高峰时刻放电，提升牵引网电压；否则，执行步骤S109；S109,根据预测数据，判断t＝T+1时刻负荷是否处于运行低谷状态，即Pload<Pval是否成立；若是，储能系统进入预放电模式，对储能系统电能进行消纳处理，需满足SOC>SOCmin的放电条件，以便负荷低谷时吸收电能，降低网压；否则，执行步骤S103；S110,T累计加1并判断T是否小于终止时刻T0；若是，更新时刻t，将累计得到的T值赋给t，跳转至步骤S101；否则，结束运行。进一步的是，所述风光储联合发电系统包括风光联合发电系统和储能装置，安装于线路末端车辆段或停车场，通过变换器就近并联接入牵引变电所整流机组直流侧的牵引直流母线，其控制方法包括步骤：S201,历史数据预测：根据近期牵引变电所运行的历史数据预测当日全时刻负荷功率，预测削峰填谷期望值包括期望峰值Ppeak和期望谷值Pval；实时数据采集：包括t＝T时刻负荷功率Pload(T)、牵引直流母线电压U、风机出力功率Pwind、光伏出力功率Ppv、储能状态的荷电状态SOC及健康状态SOH值的实测数据；S202,判断风光联合发电系统是否出力，即Pwind+Ppv＞0是否成立；若是，执行步骤S203；否则，执行独立储能系统的控制方法运行步骤；S203,通过中央综合监控中心获得的行车数据，确定该变电所与相邻变电所间是否有负荷；若无，执行步骤S204，否则，执行步骤S205；S204,判断SOC＜SOCmax是否成立，SOCmax为储能荷电状态上限值；若是，风光联合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于城轨牵引网的新能源供电系统的控制方法，其特征在于，城轨牵引网的新能源供电系统包括位于线路中段的中间牵引变电所处的独立储能系统和位于线路末端车辆段或停车场变电所处的风光储联合发电系统；所述城轨牵引网的新能源供电系统的控制方法包括对独立储能系统和风光储联合发电系统的控制策略，包括步骤：/n根据离线预测数据、历史数据得到负荷预测功率和期望峰谷值，再基于城轨行车数据判断是否有负荷；/n采集实时运行数据，根据实时电压判断运行工况，比较下一时刻负荷预测功率与期望峰谷值的大小判断是否为负荷运行峰谷状态，通过判断结果确定不同的控制策略；/n根据上述步骤分别建立独立储能系统和风光储联合发电系统的控制策略，实现对独立储能系统中的储能设备、风光储联合发电系统中的风光联合发电装置及储能装置的有效控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于城轨牵引网的新能源供电系统的控制方法，其特征在于，城轨牵引网的新能源供电系统包括位于线路中段的中间牵引变电所处的独立储能系统和位于线路末端车辆段或停车场变电所处的风光储联合发电系统；所述城轨牵引网的新能源供电系统的控制方法包括对独立储能系统和风光储联合发电系统的控制策略，包括步骤：
根据离线预测数据、历史数据得到负荷预测功率和期望峰谷值，再基于城轨行车数据判断是否有负荷；
采集实时运行数据，根据实时电压判断运行工况，比较下一时刻负荷预测功率与期望峰谷值的大小判断是否为负荷运行峰谷状态，通过判断结果确定不同的控制策略；
根据上述步骤分别建立独立储能系统和风光储联合发电系统的控制策略，实现对独立储能系统中的储能设备、风光储联合发电系统中的风光联合发电装置及储能装置的有效控制。


2.根据权利要求1所述的一种用于城轨牵引网的新能源供电系统的控制方法，其特征在于，所述独立储能系统，安装于城轨牵引供电系统线路中段的牵引变电所，通过双向DC/DC变换器并联接入整流机组直流侧的牵引直流母线，其控制方法包括下列步骤：
S101,数据的采集与预测：历史数据预测：根据近期牵引变电所运行的历史数据预测当日全时刻负荷功率Pload，得到预测期望峰值Ppeak和期望谷值Pval；实时数据采集：采集t＝T时牵引直流母线电压U、储能状态的荷电状态SOC及健康状态SOH值的实时数据；
S102,通过中央综合监控中心获得的行车数据，确定所述独立储能系统设置处的相邻两牵引变电所间是否有负荷；若无，执行步骤S103，否则，执行步骤S104；
S103,独立储能系统不动作，电网维持线路空载损耗或向负荷供能；
S104,判断牵引直流母线电压U是否小于牵引网的电压阈值下限Umin；若是，执行步骤S105，否则执行步骤S106；
S105,判断SOC>SOCmin是否成立，SOCmin为储能荷电状态下限值；若是，独立储能系统向负荷供电，使电网提供的功率降低，实现削峰，缺额由电网补足；否则，执行步骤S103；
S106,判断牵引直流母线电压U是否大于牵引网的电压阈值上限Umax；若是，执行步骤S107；否则，执行步骤S108；
S107,判断SOC＜SOCmax是否成立，SOCmax为储能荷电状态上限值；若是，整流机组关断，电网停止向负荷供能，独立储能系统吸收机车产生的再生制动能量；否则，执行步骤S103；
S108,根据全时刻功率预测数据，判断t＝T+1时刻负荷是否处于运行高峰状态，即Pload＞Ppeak是否成立；若是，独立储能系统进入预充电模式，电网为独立储能系统充电，需满足SOC＜SOCmax的充电条件；否则，执行步骤S109；
S109,根据预测数据，判断t＝T+1时刻负荷是否处于运行低谷状态，即Pload<Pval是否成立；若是，储能系统进入预放电模式，对储能系统电能进行消纳处理，需满足SOC>SOCmin的放电条件；否则，执行步骤S103；
S110,T累计加1并判断T是否小于终止时刻T0；若是，更新时刻t，将累计得到的T值赋给t，跳转至步骤S101；否则，结束运行。


3.根据权利要求1所述的一种用于城轨牵引网的新能源供电系统的控制方法，其特征在于，所述风光储联合发电系统包括风光联合发电系统和储能装置，安装于线路末端车辆段或停车场，通过变换器就近并联接入牵引变电所整流机组直流侧的牵引直流母线，其控制方法包括步骤：
S201,历史数据预测：根据近期牵引变电所运行的历史数据预测当日全时刻负荷功率，预测削峰填谷期望值包括期望峰值Ppeak和期望谷值Pval；实时数据采集：包括t＝T时刻负荷功率Pload(T)、牵引直流母线电压U、风机出力功率Pwind、光伏出力功率Ppv、储能状态的荷电状态SOC及健康状态SOH值的实测数据；
S202,判断风光联合发电系统是否出力，即Pwind+Ppv＞0是否成立；若是，执行步骤S203；否则，执行独立储能系统的控制方法运行步骤；
S203,通过中央综合监控中心获得的行车数据，确定该变电所与相邻变电所间是否有负荷；若无，执行步骤S204，否则，执行步骤S205；
S204,判断SOC＜SOCmax是否成立，SOCmax为储能荷电状态上限值；若是，风光联合发电系统给储能装置充电，如果能量有剩余则进行消纳处理；否则，储能装置不动作，风光联合发电系统所发电能进行消纳处理；
S205,判断牵引直流母线电压U是否大于牵引网的电压阈值上限Umax，即U>Umax；若是，辅助机车制动产生的再生电能向储能装置充电，需满足SOC＜SOCmax的充电条件，风光联合发电系统不向负荷和储能装置供电，所发电能进行消纳处理；若否，执行步骤S206；
S206,判断牵引直流母线电压U是否小于牵引网的电压阈值小限Umin，即U<Umin；若是，判断Pload(T)是否Pwind+Ppv的大小，若前者大于后者，则风光联合发电系统和储能系统均给负荷供电，需满足SOC>SOCmin的放电条件，缺额由电网补足；若前者小于后者，则风光联合发电系...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴朝华，韩春白雪，王蓝，邓文丽，张丽，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51