【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电气化铁路，特别涉及一种新型“光-储-荷”牵引发电拓扑系统。
技术介绍
1、当光伏发电大规模应用时，受其出力波动性、间歇性的限制，其输出电能具有不稳定性；光伏电能的平抑成为当前亟待解决的问题之一，为了解决这类问题，现有技术中从传统的小型离网系统转变为大规模的并网发电，其中包括光伏阵列安装、最大功率跟踪控制以及多种并网逆变控制等技术，目前在铁路系统方面，有两种已投运的光伏安装形式：一种是光伏组件直接安装于沿路隔音墙上，虽然方便易行，但受到天气、安装角度及列车运行产生的阴影遮蔽、机械应力等影响，出现了光伏组件安装经济性差，运行不稳定及后期维护难度大等问题。另外一种是在铁路沿线任意位置建立光伏电站再集中接入牵引供电系统，有利于补偿牵引网电压，但需要较高要求的逆变器。在控制方面，研究人员已经尝试了多种方法，包括本地控制、全局控制等，以减少并网电流变化带来的电网干扰。然而，这些方法并不适用于所有情况，并且在实际操作中存在较高的复杂性；为此，研究人员还探索了滞环比较方法，以确保电网电流可以平稳传输，但未采用蓄能系统，也就无法达到充分利用光能进行发电的目的；因此，需要设计一种新型“光-储-荷”牵引发电拓扑系统来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种新型“光-储-荷”牵引发电拓扑系统，该系统将光伏组件集中布置并安装在ac-dc-ac变换器的直流端；通过将蓄电池和超级电容混合储能技术应用于新型牵引用光伏系统，既可以有效地抑制光伏输出功率的波动，也可以存
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种新型“光-储-荷”牵引发电拓扑系统，包括110kv供电系统、牵引变电所和27.5kv牵引网；110kv供电系统中连接scott变压器，scott变压器的二次侧接入多重化降压变压器来降压；多重化降压变压器通过接入单相整流器和单相逆变器，然后经过ac-dc-ac变换器升压55kv后由at变压器分压27.5kv供给整个牵引供电网的左右供电臂运行；单相整流器和单相逆变器之间通过dc/dc转换器接入混合储能装置。
4、优选地，scott变压器实现三相-两相变换的具体方法如下：
5、忽略励磁电流的前提下，通过对称分量法和三相电压平衡关系，可以得到从高压系统的b、c相端子引进变压器中的电流与a相电流对称且相等；这样变压器二次侧的两相电压完全解耦，与其相关联的负载不影响其它相的电压；scott变压器一次侧的a相电流的正序、负序和零序表达式如下公式所示：
6、
7、式中，为a相的零序分量，为a相的正序分量，为a相的负序分量，为α相输出电流，为β输出电流。
8、优选地，ac-dc-ac变换器的具体工作方法如下：
9、scott变压器二次侧输出的电压为27.5kv，由于很高的电压等级，因此，在牵引系统中引入光伏发电单元时，必须考虑变换器的容量和控制难度，以确保系统的可靠性和稳定性；在scott变压器二次侧接入多重化降压变压器，在ac-dc-ac变换器的二次侧接入单相升压变压器；变换器整流侧采用单相全桥电路，控制策略采用电压电流双闭环pi控制，逆变器与整流器所用结构相同，均采用电流内环，电压外环的双环控制，控制中由pr调节器调制。
10、进一步地，本专利中逆变器与整流器所用结构相同，均采用电流内环，电压外环的双环控制。控制中由pr调节器调制；在光伏发电单元控制器的控制方面，本专利采用了一个采用滞环比较法的自寻优扰动观察法，以期获得更优的控制效果。
11、优选地，混合储能装置采用功率外环电流内环控制策略，包括功率分配环节以及蓄电池/超级电容充放电控制；在功率分配环节中，为避免蓄电池过充过放，影响其循环使用寿命，优先对蓄电池进行功率限幅；储能系统的目标出力值p'esref经低通滤波环节后的低频分量：
12、
13、式中τ为滤波时间常数；
14、通过功率分配环节得到蓄电池/超级电容的指令功率参考值，计算得到对应的充放电电流参考值ibref、iscref，再通过控制蓄电池与超级电容输出电流跟踪指令参考值，实现对双向dc/dc转换器的充放电控制。
15、优选地，蓄电池的能量转换效率为80％～90％，超级电容的能量转换效率为＞90％，蓄电池的能量密度为35～50(瓦时/公斤)，超级电容的能量密度为0.2～10(瓦时/公斤),蓄电池的功率密度为75～300(瓦/公斤)，超级电容的功率密度为102～104(瓦/公斤)，蓄电池和超级电容的使用寿命分别为5～10年和＞20年。
16、优选地，ac-dc-ac变换器的直流端连接100*100光伏板。
17、进一步地，多重化降压变压器变比为110kv/950v，单相升压变压器变比为2000v/55kv，at变压器变比为55kv/27.5kv，整流器功率为0.45mw，逆变器功率为1.6mw，光伏组件安装容量为1.2mw。
18、本专利技术的有益效果为：
19、本专利技术提出了一种新型“光-储-荷”牵引发电拓扑系统。通过将斯科特变压器，多重化降压变压器，升压变压器，自耦变压器及ac-dc-ac变换器组合构成一种新型的“光-储-荷”牵引发电拓扑结构。通过斯科特变压器将三相电压转换成两相电压时，再经过多重化降压变压器将其电压等级变小，利于后续所连接变换器的控制和运行，其中ac-dc-ac变换器中逆变器与整流器所用结构相同，均采用电流内环，电压外环的双环控制。逆变器控制中由pr调节器调制。这样减少了变换器的容量，提高了变换器的长期运行能力。通过将光伏阵列集中安装在小容量变换器直流端，利于光伏电能的消纳，安装，具有经济性。同时相互优势互补的蓄电池-超级电容结合的混合储能装置的接入既能起到光伏平抑的作用，也能回收牵引系统残余能量。
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1.一种新型“光-储-荷”牵引发电拓扑系统，其特征在于：包括110kV供电系统、牵引变电所和27.5kV牵引网；110kV供电系统中连接Scott变压器，Scott变压器的二次侧接入多重化降压变压器来降压；多重化降压变压器通过接入单相整流器和单相逆变器，然后经过AC-DC-AC变换器升压55kV后由AT变压器分压27.5kV供给整个牵引供电网的左右供电臂运行；单相整流器和单相逆变器之间通过DC/DC转换器接入混合储能装置。
2.根据权利要求1所述的一种新型“光-储-荷”牵引发电拓扑系统，其特征在于：Scott变压器实现三相-两相变换的具体方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种新型“光-储-荷”牵引发电拓扑系统，其特征在于：AC-DC-AC变换器的具体工作方法如下：
4.根据权利要求1所述的一种新型“光-储-荷”牵引发电拓扑系统，其特征在于：混合储能装置采用功率外环电流内环控制策略，包括功率分配环节以及蓄电池/超级电容充放电控制；在功率分配环节中，为避免蓄电池过充过放，影响其循环使用寿命，优先对蓄电池进行功率限幅；储能系统的目标出力值P'ESr
5.根据权利要求4所述的一种新型“光-储-荷”牵引发电拓扑系统，其特征在于：蓄电池的能量转换效率为80％～90％，超级电容的能量转换效率为＞90％，蓄电池的能量密度为35～50(瓦时/公斤)，超级电容的能量密度为0.2～10(瓦时/公斤),蓄电池的功率密度为75～300(瓦/公斤)，超级电容的功率密度为102～104(瓦/公斤)，蓄电池和超级电容的使用寿命分别为5～10年和＞20年。
6.根据权利要求1所述的一种新型“光-储-荷”牵引发电拓扑系统，其特征在于：AC-DC-AC变换器的直流端连接100*100光伏板。
...【技术特征摘要】
1.一种新型“光-储-荷”牵引发电拓扑系统，其特征在于：包括110kv供电系统、牵引变电所和27.5kv牵引网；110kv供电系统中连接scott变压器，scott变压器的二次侧接入多重化降压变压器来降压；多重化降压变压器通过接入单相整流器和单相逆变器，然后经过ac-dc-ac变换器升压55kv后由at变压器分压27.5kv供给整个牵引供电网的左右供电臂运行；单相整流器和单相逆变器之间通过dc/dc转换器接入混合储能装置。
2.根据权利要求1所述的一种新型“光-储-荷”牵引发电拓扑系统，其特征在于：scott变压器实现三相-两相变换的具体方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种新型“光-储-荷”牵引发电拓扑系统，其特征在于：ac-dc-ac变换器的具体工作方法如下：
4.根据权利要求1所述的一种新型“光-储-荷”牵引发电拓扑系统，其特征在于...
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