轨道交通应用氢能、综合能源融合轨道交通供电的方法、设备和仿真技术

本发明专利技术轨道交通应用氢能、综合能源融合轨道交通供电的方法、设备和仿真，提出通过分布式电站、或扩展为综合能源站、或扩展为智慧能源站，向轨道交通系统供电，如牵引供电，动力供电如车站供电、沿线动力设备、铁路数据服务器中心、调度中心等对供电要求较高场所供电，同时提供充换电服务、热暖冷三联供等，实现能源高效使用。高效使用。高效使用。

【技术实现步骤摘要】
轨道交通应用氢能、综合能源融合轨道交通供电的方法、设备和仿真


[0001]本专利技术属于轨道交通和能源领域，具体涉及燃料电池技术等低碳发电和储电技术应用于轨道交通供电系统和无轨电车供电系统，同时与综合能源站融合一起，实现能源综合利用和区域能源优化。

技术介绍

[0002]全球变暖和环境污染问题日益严重，在减排大趋势下。实现上述目标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标。轨道交通领域的供电系统尤其是牵引供电系统较为独立，包括无轨电车系统，可采用燃料电池技术进行发电，需要提供基于燃料电池技术构建的轨道交通系统供电的方法、设备和系统，同时应用于城市轨道交通系统，可融合考虑综合能源站，实现多种能源综合利用，以及区域能源优化和调节电能。
[0003]现有的轨道交通系统供电系统、燃料电池列车存在下述问题，综合能源站未能融合城市轨交供电或无轨电车等供电：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)目前综合能源站主要建设在城市，未能融合城市轨道交通、电车、公共交通等供电。
[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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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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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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29”、公开号为“CN103419680A”、公开日为“2013
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12
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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，一种基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.应用分布式电站（或综合能源站或智慧能源站）直接放置于轨道交通包含无轨电车和磁浮列车系统沿线附近，配置变流装置对燃料电池组发电、或风电、或光伏发电等进行变压变流，同时配置蓄能装置如超级电容、电池等，供电输出端接变流装置，提供牵引电网所需要的功率、电压等级、供电制式如直流或交流电、回流方式，包括磁悬浮交通系统和无轨电车双线接触网供电方式，满足电气化线路牵引用电需求，同时通过变流装置或/和向附近车站、数据服务器中心、调度中心等周边区域供电；利用工作中产生的热向周边区域如车站、数据服务器中心、调度中心等场所供应热水暖气，通过配置制冷装置可向周边区域如车站、数据服务器中心、调度中心等场所集中供冷。2.普铁或客运专线供电系统，采用单相交流供电，分布式电站向其中一段区段供电，与之相邻的两端供电臂可设置为同相位，可减少分布式电站供电区段内分相区，在相邻同相位供电臂故障，可通过分布式电站向故障供电臂跨区供电，也可通过相邻供电臂对故障的分布式电站供电区段实施跨区供电，可通过配置分布式发电站取消高坡重载分相区解决过分相困难区段；城市轨道交通系统包括无轨电车等供电采用直流供电，相邻供电区段可跨区供电，实现供电桥臂故障由相邻供电桥臂跨区供电，提高运输效率。3.可支持中小运量轨道交通如有轨电车、无轨电车、云轨、空轨等站内快速充放电，因站间间距小，可利用车辆自带储能装置如超级电容和电池（包含固态电池等）支撑站间运行（可至少满足两个站间运行的所用能量，当其中一个车站供电出故障，可支持到下一个车站进行充电），利用上述分布式发电站向车站或多个车站供电，车站配置储能装置如电容或电池能够实现快速的充放电，满足车辆到站快速充电和车辆到站停车的电制动能量回收；站间无接触网或第三轨等，提高城市市貌和供电安全，站内供电布线可走地下，不影响市容和安全。4.针对沿线设置接触网或第三轨的轨道交通系统，针对直流牵引供电系统，沿线分布式电站配置储能装置如超级电容或电池对列车制动能量进行回收；针对交流牵引供电系统，通过对牵引电网交流电整流储存于分布式发电站的直流侧的储能设备如超级电容或电池等实现能量回收。5.可通过在绿色能源丰富利用便利的且靠近轨道交通沿线设置分布式电站吸纳本地能源，减少输配电费用，向轨道交通牵引供电提供电力，配置一定容量的储能装置，提供稳定连续电力供应，降低碳排放；分布式电站可融合轨道交通包含无轨电车牵引供电和动力电的变电站，实现分布式电站与电网冗余向轨道交通供电，提供供电可靠性；新建城市轨道交通或无轨电车等电气化线路，尽量采用高电压平台，可减少变电站或分布式电站数量，降低成本。6.可采用仿真技术或数字孪生技术在信息化平台虚拟仿真分布式电站/综合能源站工作机理、工作状态、运行关系等，并通过实体预留的接口帮助监控运营、执行预测性维护和...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：陈建明，
类型：发明
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