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专利号: 201910793779X
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

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PloadSOCmin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USOCmin的放电条件,缺额由电网补足;若前者小于后者,则风光联合发电系统能量供给负荷后有剩余,风光联合发电系统给牵引负荷供电,剩余电能向储能装置充电,需满足SOC<SOCmax的充电条件,若还有剩余,电能进行消纳处理;若否,执行步骤S207;

S207,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,即判断预测功率Pload(T+1)>Ppeak是否成立;若是,风光联合发电系统向负荷供电,缺额由电网补足;储能装置进入预充电模式,电网为储能装置充电,需满足SOC<SOCmax的充电条件,以便在下一时刻负荷高峰运行时放电;若否,执行步骤S208;

S208,根据预测数据,判断t=T+1时刻负荷是否处运行低谷状态,即判断预测功率Pload(T+1)<Pval是否成立;若是,风光联合发电系统向负荷供电,缺额由电网补足,储能装置进入预放电模式,电网为储能装置充电,需满足SOC>SOCmin的放电条件,以便在下一时刻吸收电能;若否,风光联合发电系统和储能系统依次向负荷供电,需满足SOC>SOCmin的放电条件,缺额由电网补足;

S209,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S201;否则,结束运行。

4.一种用于城轨牵引网的新能源供电系统,其特征在于,包括城市电网(1)、主变电所(2)、储能牵引变电所(3),风光储牵引变电所(4)、直流牵引母线(5)和牵引网;所述主变电所(2)从城市电网(1)取电,所述主变电所(2)通过电压变换将电能输送给沿线牵引变电所;

所述沿线牵引变电所包括分为位于线路中段储能牵引变电所(3),以及位于线路末端的车辆段或停车场风光储牵引变电所(4);

在储能牵引变电所(3)处安装有独立储能系统(8),在所述风光储牵引变电所(4)处安装有风光储联合发电系统(9),所述储能牵引变电所(3)和所述风光储牵引变电所(4)均接入各自的牵引直流母线;所述储能牵引变电所(3)通过整流变压器Ⅰ(101)和整流机组Ⅰ(111)连接至牵引直流母线Ⅰ(51);所述风光储牵引变电所(4)通过整流变压器Ⅱ(102)和整流机组Ⅱ(112)连接至牵引直流母线Ⅱ(52);所述牵引直流母线Ⅰ(51)和牵引直流母线Ⅱ(52)均与牵引网相联。

5.根据权利要求4所述的一种用于城轨牵引网的新能源供电系统,其特征在于,所述的独立储能系统(8)包括储能设备(81)、双向DC/DC变换器(82)及储能能量控制器(83);所述储能设备(81)与双向DC/DC变换器(82)相连,所述双向DC/DC变换器(82)输出侧接入牵引直流母线Ⅰ(51);所述储能能量控制器(83)与双向DC/DC变换器(82)通信连接,通过控制双向DC/DC变换器(82)实现对储能装置能量的合理输出与储存。

6.根据权利要求4所述的一种用于城轨牵引网的新能源供电系统,其特征在于,所述风光储联合发电系统(9)包括风力发电装置(91)、光伏发电装置(92)、储能装置(93)和综合控制器(94),所述风力发电装置(91)、光伏发电装置(92)以及储能装置(93)相互并联连接后接入至牵引直流母线Ⅱ(52),所述综合控制器(94)分别于风力发电装置(91)、光伏发电装置(92)和储能装置(93)的控制端相连接,控制风力发电装置(91)、光伏发电装置(92)和储能装置(93)工作状态,实时协调风光储联合发电系统(9)的出力。

7.根据权利要求6所述的一种用于城轨牵引网的新能源供电系统,其特征在于,所述风力发电装置(91)包括风轮(911)、齿轮机(912)、风力发电机(913)及AC/DC变换器(914);所述风轮(911)在风力作用下产生动能,通过齿轮机(912)传递给风力发电机(913),使风力发电机(913)得到相应转速发出交流电,所述AC/DC变换器(914)将所得交流电变换成满足并网要求的直流电,接入牵引直流母线Ⅱ(52);所述综合控制器(94)对AC/DC变换器(414)进行控制。

8.根据权利要求6所述的一种用于城轨牵引网的新能源供电系统,其特征在于,所述光伏发电装置(92)包括光伏组件(921)和DC/DC变换器(922),所述DC/DC变换器(922)将光伏组件(921)所发电能做电压变换并入牵引直流母线Ⅱ(52);所述综合控制器(94)对DC/DC变换器(922)进行控制。

9.根据权利要求6所述的一种用于城轨牵引网的新能源供电系统,其特征在于,所述储能装置(93)包括储能单元(931)和储能DC/DC变换器(932),所述储能单元(931)通过储能DC/DC变换器(932)并入牵引直流母线Ⅱ(52);所述综合控制器(94)对储能DC/DC变换器(932)进行控制。

10.根据权利要求4所述的一种用于城轨牵引网的新能源供电系统,其特征在于,所述牵引网包括接触网(6)和钢轨(7),机车置于接触网(6)和钢轨(7)之间;所述牵引直流母线Ⅰ(51)和牵引直流母线Ⅱ(52)的正母线与接触网(6)相联,所述牵引直流母线Ⅰ(51)和牵引直流母线Ⅱ(52)的负母线与钢轨(7)相联。