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原文传递一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统及方法

专利名称：	一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统及方法
摘要：	本发明公开一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统及方法，利用现有异相供电制牵引供电系统的分区所，将光伏发电储能系统接入左、右两侧供电分区牵引网末端，通过分布式光伏发电储能系统在各独立供电分区内实现双边供电，形成牵引变电所与分区所光伏发电储能系统的双端电源的双边供电。本发明能够使牵引网正常时独立供电分区内由牵引变电所和分区所光伏储能双边供电，实现牵引变电所故障时由相邻牵引变电所和分区所处光伏储能进行多电源越区供电，改善牵引网电压水平，供电能力增强，为电力机车或电动车组不间断供电；同时储能起到回收机车再生反馈电能，避免了返送带来牵引网首端电压水平偏高的问题；提高牵引供电的稳定性和可靠性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	西南交通大学
发明人：	张丽;戴朝华;郭爱;张丽艳
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201910424996.1
公开号：	CN110040039A
代理机构：	成都帝鹏知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	黎照西
分类号：	B60M1/13(2006.01);B;B60;B60M;B60M1
申请人地址：	610000 四川省成都市二环路北一段
主权项：	1.一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统，其特征在于，包括分布式光伏储能发电分区所(6)、接触网电分相、以及左供电分区和右供电分区的牵引网，所述分布式光伏储能发电分区所(6)分别连接至左供电分区和右供电分区的牵引网末端，在左供电分区和右供电分区的末端间设置有接触网电分相；所述牵引网的左供电分区包括上行接触网Ⅰ(1)、下行接触网Ⅰ(2)和牵引变电所Ⅰ；所述牵引网的右供电分区包括上行接触网Ⅱ(3)、下行接触网Ⅱ(4)和牵引变电所Ⅱ；所述接触网电分相包括上行接触网电分相(17)和下行接触网电分相(18)；所述上行接触网Ⅰ(1)和上行接触网Ⅱ(3)的末端通过上行接触网电分相(17)相连接，所述下行接触网Ⅰ(2)和下行接触网Ⅱ(4)的末端通过下行接触网电分相(18)相连接，所述上行接触网Ⅰ(1)和下行接触网Ⅰ(2)的首端接至牵引变电所Ⅰ，所述上行接触网Ⅱ(3)和下行接触网Ⅱ(4)的首端接至牵引变电所Ⅱ，牵引变电所Ⅰ和牵引变电所Ⅱ之间还连接有钢轨(5)；所述分布式光伏储能发电分区所(6)的两个并行电源端分别连接在所述上行接触网电分相(17)和下行接触网电分相(18)两侧的接触网和钢轨(5)上；通过分布式光伏储能发电分区所(6)实现异相供电制下独立供电分区内牵引网的双边供电和列车再生制动能量的回收利用。 2.根据权利要求1所述的一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统，其特征在于，所述分布式光伏储能发电分区所(6)包括光伏储能分布式发电系统(7)和开关设备(8)，所述光伏储能分布式发电系统(7)的两个并行电源端分别通过其独自的开关设备(8)分别连接在所述上行接触网电分相(17)和下行接触网电分相(18)两侧的接触网上，所述光伏储能分布式发电系统(7)的地线连接至钢轨(5)。 3.根据权利要求2所述的一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统，其特征在于，所述光伏储能分布式发电系统(7)包括光伏发电子系统Ⅰ、光伏发电子系统Ⅱ和储能装置；所述开关设备(8)包括左供电分区接触网开关设备、右供电分区接触网开关设备和电分相并联越区开关设备；所述光伏发电子系统Ⅰ通过左供电分区接触网开关设备连接至上行接触网Ⅰ(1)和下行接触网Ⅰ(2)，所述光伏发电子系统Ⅰ的地线连接至钢轨(5)；所述光伏发电子系统Ⅱ通过右供电分区接触网开关设备连接至上行接触网Ⅱ(3)和下行接触网Ⅱ(4)，所述光伏发电子系统Ⅱ的地线连接至钢轨(5)；所述光伏发电子系统Ⅰ和光伏发电子系统Ⅱ均连接至储能装置；所述电分相并联越区开关设备跨接在上行接触网Ⅰ(1)与上行接触网Ⅱ(3)、以及下行接触网Ⅰ(2)与下行接触网Ⅱ(4)之间。 4.根据权利要求3所述的一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统，其特征在于，所述光伏发电子系统Ⅰ和光伏发电子系统Ⅱ结构相同；所述光伏发电子系统Ⅰ包括光伏组件Ⅰ、直流-单相交流逆变器Ⅰ和匹配变压器Ⅰ，所述光伏组件Ⅰ通过直流-单相交流逆变器Ⅰ连接至匹配变压器Ⅰ，所述匹配变压器Ⅰ的两相出线分别连接至左供电分区接触网开关设备和钢轨(5)；所述光伏发电子系统Ⅱ包括光伏组件Ⅱ、直流-单相交流逆变器Ⅱ和匹配变压器Ⅱ，所述光伏组件Ⅱ通过直流-单相交流逆变器Ⅱ连接至匹配变压器Ⅱ，所述匹配变压器Ⅱ的两相出线分别连接至右供电分区接触网开关设备和钢轨(5)。 5.根据权利要求4所述的一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统，其特征在于，在所述开关设备(8)中：所述左供电分区接触网开关设备包括第一断路器Ⅰ(9)、第二断路器Ⅰ(10)和第三断路器Ⅰ(11)，所述第一断路器Ⅰ(9)和第三断路器Ⅰ(11)串联设置在匹配变压器Ⅰ和上行接触网Ⅰ(1)的连接线路上，从第一断路器Ⅰ(9)和第三断路器Ⅰ(11)的中间引出分支线路Ⅰ连接至下行接触网Ⅰ(2)，所述第二断路器Ⅰ(10)设置在所述分支线路Ⅰ上；所述右供电分区接触网开关设备包括第一断路器Ⅱ(12)、第二断路器Ⅱ(13)和第三断路器Ⅱ(14)，所述第一断路器Ⅱ(12)和第三断路器Ⅱ(14)串联设置在匹配变压器Ⅱ和上行接触网Ⅱ(3)的连接线路上，从第一断路器Ⅱ(12)和第三断路器Ⅱ(14)的中间引出分支线路Ⅱ连接至下行接触网Ⅱ(4)，所述第二断路器Ⅱ(13)设置在所述分支线路Ⅱ上；所述电分相并联越区开关设备包括第四断路器(15)和第五断路器(16)；所述第四断路器(15)的两端跨接在上行接触网电分相(17)两侧，且分别连接至上行接触网Ⅰ(1)和上行接触网Ⅱ(3)；所述第五断路器(16)的两端跨接在下行接触网电分相(18)两侧，且分别连接至下行接触网Ⅰ(2)和下行接触网Ⅱ(4)。 6.根据权利要求5所述的一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电系统，其特征在于，所述直流-单相交流逆变器Ⅰ和直流-单相交流逆变器Ⅱ采用最大跟随MPPT控制，输出最大功率；所述储能装置包括蓄电池储能、超导储能、超级电容储能和/或飞轮储能；在左右供电分区的牵引变电所Ⅰ和牵引变电所Ⅱ有剩余再生制动功率时充电储存能量；在牵引网空载或轻载时，由光伏发电子系统Ⅰ和光伏发电子系统Ⅱ为储能装置充电储存能量；在牵引网重负荷时，由储能装置放电释放能量，与光伏发电子系统Ⅰ和光伏发电子系统Ⅱ共同为牵引负荷供电，提高牵引电压水平。 7.一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电的运行方法，其特征在于，包括正常运行方式、接触网发生故障状态的运行方式、牵引变电所发生故障状态的运行方式和光伏储能分布式发电系统发生故障状态的运行方式；正常运行情况下，上行接触网电分相(17)和下行接触网电分相(18)的电分相并联越区开关设备断开，两个供电分区的牵引网独立供电；光伏储能分布式发电系统(7)同时接入相应供电分区的上行接触网和下行接触网，实现该供电分区由相应牵引变电所与光伏发电储能系统形成的上下行牵引网并联的双边供电方式；通过控制开关设备(8)实现正常情况下牵引网的不同运行方式；接触网发生故障时，通过所述左供电分区接触网开关设备或右供电分区接触网开关设备切断故障接触网相应的光伏发电子系统，以及相应牵引变电所的馈线；将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过其牵引变电所和分布式光伏储能发电分区所(6)中的相应光伏发电子系统及储能装置实现单线双边供电；牵引变电所发生故障时，将分相并联越区开关设备闭合，实现分布式光伏储能发电分区所(6)中两个光伏发电子系统和储能装置与相邻牵引变电所同时对故障牵引变电所的供电分区的多电源越区供电；光伏储能分布式发电系统发生故障时，通过左供电分区接触网开关设备或右供电分区接触网开关设备切除相应光伏发电子系统，恢复原有牵引变电所的单边供电模式。 8.根据权利要求7所述的一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电的运行方法，其特征在于，正常运行情况下，所述电分相并联越区开关设备的第四断路器(15)和第五断路器(16)断开，左供电分区和右供电分区的牵引网独立供电；根据需要断开或闭合开关设备(8)中相应断路器，实现正常情况下牵引网的不同运行模式： (1)左供电分区无光伏储能单边供电模式：左供电分区末端并联的第一断路器Ⅰ(9)和第二断路器Ⅰ(10)闭合，左供电分区的上行接触网Ⅰ(1)和下行接触网Ⅰ(2)末端并联运行；第三断路器Ⅰ(11)断开，光伏发电子系统Ⅰ未接入左供电分区末端，左供电分区由牵引变电所Ⅰ提供电能，工作在无光伏储能单边供电模式下，光伏发电子系统Ⅰ检修期退出运行； (2)右供电分区无光伏储能单边供电模式：右供电分区末端并联的第一断路器Ⅱ(12)和第二断路器Ⅱ(13)闭合，右供电分区的上行接触网Ⅱ(3)和下行接触网Ⅱ(4)末端并联运行；第三断路器Ⅱ(14)断开，光伏发电子系统Ⅱ未接入右供电分区末端，右供电分区由牵引变电所Ⅱ提供电能，工作在无光伏储能单边供电模式下，光伏发电子系统Ⅱ检修期退出运行； (3)左供电分区上下行并联光伏储能双边供电模式：左供电分区末端并联第一断路器Ⅰ(9)和第二断路器Ⅰ(10)闭合，第三断路器Ⅰ(11)闭合，左供电分区的上行接触网Ⅰ(1)和下行接触网Ⅰ(2)末端并联，光伏发电子系统Ⅰ投入左供电分区末端，左供电分区在上行接触网Ⅰ(1)和下行接触网Ⅰ(2)末端并联光伏发电储能模式下工作，实现左供电分区同时由牵引变电所Ⅰ和光伏发电子系统Ⅰ提供电能的双边供电方式； (4)右供电分区上下行并联光伏储能双边供电模式：右供电分区末端并联第一断路器Ⅱ(12)和第二断路器Ⅱ(13)闭合，第三断路器Ⅱ(14)闭合，右供电分区的上行接触网Ⅱ(3)和下行接触网Ⅱ(4)末端并联，光伏发电子系统Ⅱ投入右供电分区末端，右供电分区在上行接触网Ⅱ(3)和下行接触网Ⅱ(4)末端并联光伏发电储能模式下工作，实现右供电分区同时由牵引变电所Ⅱ和光伏发电子系统Ⅱ提供电能的双边供电方式。 9.根据权利要求7所述的一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电的运行方法，其特征在于，通过调节开关设备(8)中相应断路器的断开或闭合状态，实现不同故障情况下牵引网运行模式： (1)接触网故障模式：当左供电分区的上行接触网Ⅰ(1)故障时，则断开第一断路器Ⅰ(9)，断开牵引变电所Ⅰ与上行接触网Ⅰ(1)的馈线断路器，将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过牵引变电所Ⅰ和光伏发电子系统Ⅰ实现单线双边供电；当左供电分区的下行接触网Ⅰ(2)故障时，则断开第二断路器Ⅰ(10)，断开牵引变电所Ⅰ与下行接触网Ⅰ(2)的馈线断路器，将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过牵引变电所Ⅰ和光伏发电子系统Ⅰ实现单线双边供电；当右供电分区的上行接触网Ⅱ(3)故障时，则断开第一断路器Ⅱ(12)，断开牵引变电所Ⅱ与上行接触网Ⅱ(3)的馈线断路器，将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过牵引变电所Ⅱ和光伏发电子系统Ⅱ实现单线双边供电；当右供电分区的下行接触网Ⅱ(4)故障时，则断开第二断路器Ⅱ(13)，断开牵引变电所Ⅱ与下行接触网Ⅱ(4)的馈线断路器，将故障接触网隔离，非故障接触网仍然通过牵引变电所Ⅱ和光伏发电子系统Ⅱ实现单线双边供电； (2)牵引变电所故障模式：当牵引变电所Ⅰ故障退出运行，电分相并联的第四断路器(15)和第五断路器(16)闭合，实现光伏发电子系统Ⅰ、光伏发电子系统Ⅱ与牵引变电所Ⅱ对左供电分区的多电源越区供电；当牵引变电所Ⅱ故障退出运行，电分相并联的第四断路器(15)和第五断路器(16)闭合，实现光伏发电子系统Ⅰ、光伏发电子系统Ⅱ与牵引变电所Ⅰ对右供电分区的多电源越区供电。 10.根据权利要求7所述的一种光伏储能分布式发电的交流牵引供电的运行方法，其特征在于，正常运行情况下，光伏储能分布式发电系统(7)中的光伏发电子系统和储能装置投入运行；空载或轻载时，光伏发电子系统为储能装置充电储存能量；当供电分区机车再生制动能量被牵引工况机车吸收仍有剩余时，对分区所储能装置充电，对再生制动能量进行回收；大负荷时，光伏发电子系统优先为牵引负荷供电，功率不够时，储能装置放电释放能量供给牵引负荷。
所属类别：	发明专利