低排放安全可靠的轨道交通系统供电方法、设备和系统技术方案

本发明专利技术涉及低排放安全可靠的轨道交通系统供电方法、设备和系统。本发明专利技术涉及一种燃料电池发电技术应用于电气化轨道交通供电系统和电气化无轨电车供电系统的方法、设备和系统，提供一种基于燃料电池技术建立分布式电站为电气化线路或车站供电。对于现有非电气化线路，通过沿线布置基于燃料电池技术的分布式电站，快速方便实现电气化改造。通过多个或多组燃料电池的串并组合，再由变流装置进行升压，同时配置一定容量的蓄能装置，及输出端接变流装置，提供牵引电网所需要的功率、电压等级、供电制式的电力，同时可以提供多套冗余、或复合其他发电技术、或与电网冗余供电，满足电气化线路牵引用电需求。线路牵引用电需求。线路牵引用电需求。

【技术实现步骤摘要】
低排放安全可靠的轨道交通系统供电方法、设备和系统


[0001]本专利技术属于轨道交通领域，具体涉及燃料电池发电技术应用于电气化轨道交通供电系统和电气化无轨电车供电系统的方法、设备和系统。

技术介绍

[0002]为降低有害及温室气体的排放，需要减少对包括石油、煤炭等化石能源的依赖，而我 国电力大部分来自煤炭发电，采用更清洁能源如氢气、天然气等绿色能源可帮助实现上述目 的。轨道交通领域的供电系统尤其是牵引供电系统较为独立，可采用燃料电池技术进行发电， 需要基于燃料电池技术的轨道交通系统供电的方法、设备和系统。
[0003]现有的轨道交通系统供电系统和燃料电池列车存在下述问题：1)目前国内电网电力大部分来自于化石能源燃烧发电，能源转化效率低且污染严重。电气化轨道交通系统取电来自电网，并不能保证使用清洁能源或可再生能源，对降低排放和污染作用不明显。
[0004]2)电气化线路供电从电网取电，存在安全性、可靠性和稳定性不可控的问题，同时电力质量也不能保证。
[0005]3)电气化轨道交通系统尤其是牵引供电系统，大部分为单相电制式或直流供电，采用电网供电需要考虑电网平衡和冲击问题。
[0006]4)采用燃料电池驱动的机车或列车，不适用于电气化轨道线路系统或电气化无轨电车系统担当主力牵引任务，同时机车或列车安装有储能装置，尤其是氢气罐，对乘客和司乘人员带来严重的安全风险。
[0007]5)国内轨道交通系统绝大部分实现电气化，采购的机车或列车针对此设计的，采用燃料电池驱动的机车或列车，总体替换成本昂贵。
[0008]6)采用光伏、太阳能建立分布式电站，受地理位置和环境条件等影响，不能保证持续供电或不具备条件建设。采用燃气轮机建立分布式电站，存在排放、噪音污染，且效率不够高等问题。
[0009]经专利检索，与本专利技术有一定关系的专利主要有以下专利：1、申请号为“201911422806.9”、申请日为“2019
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31”、公开号为“CN111137180A”、公开日为“2020
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12”、名称为“一种电气化铁路牵引供电系统及方法”、申请人为“青海能高新能源有限公司微电网储能技术分公司”的中国专利技术专利，本申请公开了一种电气化铁路牵引供电系统及方法,所述系统包括电源单元、混合储能单元、牵引供电调节单元与牵引网单元；所述电源单元为混合储能单元充电,混合储能单元为牵引网单元供电,满足机车供电需求,所述牵引供电调节单元与牵引网单元相连,调节牵引网单元两供电臂之间的功率平衡。所述的电气化铁路牵引供电系统及方法,利用牵引供电调节单元优化牵引变压器、储能变流器的容量配置,实现混合储能单元放电满足机车/动车组用能需求时牵引变压器、储能变流器免受不对称负载影响,大幅提高了牵引变压器、储能变流器利用率,利用混合储能单元隔离电网与牵引供电单元的直接电气连接,实现电网与铁路牵引供
电网的松耦合。
[0010]2、申请号为“201911422281.9”、申请日为“2019
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31”、公开号为“CN110994690A”、公开日为“2020
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10”、名称为“基于多源接入结构的电气化铁路牵引供电系统及方法”、申请人为“北京能高自动化技术股份有限公司”的中国专利技术专利，本申请公开了一种基于多源接入结构的电气化铁路牵引供电系统及方法,所述系统包括电源单元、储能单元与牵引网单元,所述电源单元至少包括分散式风电机组、分布式光伏组、燃料电池组、柴油机/小水电组、配电网和高压电网中的两种；所述储能单元包括储能设备、储能变流器和分裂式牵引变压器。本专利技术所述的电气化铁路牵引供电系统及方法,摆脱了对高压电网的过渡依赖,可根据电气化铁路建设地的风、光、水等自然禀赋及其他便利电源,灵活组成能量供给系统,利用储能单元“全时汇聚、按需释放”的能量迁移技术特性,实现薄弱网架甚至无网架下的牵引供电网安全、可靠、持续的供电,同时解决现有电气化铁路牵引供电系统的诸多不利问题。
[0011]3、申请号为“201911402992.X”、申请日为“2019
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31”、公开号为“CN111016742A”、公开日为“2020
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04
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17”、名称为“基于混合储能的电气化铁路牵引供电系统及方法”、申请人为“青海能高新能源有限公司”的中国专利技术专利，本申请公开了一种基于混合储能的电气化铁路牵引供电系统及方法,所述系统包括电源单元、混合储能单元与牵引网单元；所述混合储能单元包括容量型储能设备和功率型储能设备,其中,所述容量型储能设备包括液流电池,所述液流电池采用双联结构,将直流转换为交流；所述功率型储能设备采用锂电池、超级电容器,所述电源单元为混合储能单元充电,混合储能单元通过单相/三相交流母线为牵引网单元供电。采用混合储能单元汇聚风、光等多种清洁电能,实现了电网与牵引网的松耦合,实现了弱网甚至无网地区电气化铁路牵引供电系统的经济建设与清洁供电,解决了现有牵引供电系统附带给电网和电气化铁路牵引网的诸多不利影响,引领了我国铁路绿色发展。
[0012]4、申请号为“201920047418.6”、申请日为“2019
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11”、公开号为“CN209454601U”、公开日为“2019
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10
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01”、名称为“一种离网铁路牵引供电系统”、申请人为“西南交通大学”的中国专利技术专利，本技术公开了一种离网铁路牵引供电系统,包括接触网、分布式电源变电站、电分相和电分相开关,分布式电源变电站的输出端连接至接触网；在相邻分布式电源变电站的接触网上设置有电分相,在电分相上并联设置有电分相开关；分布式电源变电站包括一级新能源发电装置、二级可控型新能源备用电源和单相升压变压器；一级新能源发电装置和二级可控型新能源备用电源相互独立,且均通过各自的单相升压变压器连接至接触网。本技术实现列车的离电力网运行,提高了微网铁路牵引供电的稳定性和可靠性；适用于无网区,就地消纳清洁能源,实现轨道交通的节能减排、绿色可持续发展；符合我国铁路目前广泛使用的电力传动机车,适用性强。
[0013]5、申请号为“201310322813.8”、申请日为“2013
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07
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29”、公开号为“CN103419680A”、公开日为“2013
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04”、名称为“一种基于分布式电源的直流牵引供电系统”、申请人为“华北电力大学(保定); 国家电网公司; 国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院”的中国专利技术专利，一种基于分布式电源的直流牵引供电系统,两个以上的用于向电力机车提供直流电能的牵引变电站,每个牵引变电站设置有多个连接在交流母线上的变压器,变压器的输出侧对应连接输出侧连接在所位于的牵引变电站本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电气化线路供电的方法、设备和系统，其特征在于：应用分布式电站技术，直接安放到电气化线路或车站附近，为区域电气化线路牵引电网（5）、或/和车站供电，或作为分布式集中发电站，为车站及附近一个或多个区域牵引电网（5）供电。2.一种电气化线路供电的方法、设备和系统，其特征在于：应用固定式燃料电池发电技术构建分布式发电站（1）、或者冗余或复合分布式发电站（2），直接安放到电气化线路或车站附近，为区域电气化线路牵引电网（5）、或/和车站供电，或作为分布式集中发电站，为车站及附近一个或多个区域牵引电网（5）供电，或通过配置一个或多个分布式电站，为整条城轨、无轨电车线路电网供电。3.根据权利要求1~2所述供电方法、设备和系统，其特征在于：针对现有非电气化线路，通过沿线布置基于固定式燃料电池技术的分布式电站（1），或者冗余或复合分布式发电站（2），快速方便实现线路电气化改造。4.根据权利要求1~3所述，固定式燃料电池发电技术不限于固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池等燃料电池技术，所需燃料（12）不限于氢气、天然气、煤气、液化石油气等气体以及甲醇、乙醇等燃料，其中氢气可来自工业副产，或通过富余电力产生，实现能源合理利用，以及实现“削峰填谷”式能源优化。5.根据权利要求1~3所述的分布式发电站（1），其特征在于：通过多个或多组燃料电池的串并组合，...

【专利技术属性】
技术研发人员：昝壮，
申请(专利权)人：陈建明，
类型：发明
国别省市：