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专利号: 2022100304919
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:

1.一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法,其特征在于,基于接入直流源的隔离型级联并联式铁路能量路由器,隔离型级联并联式铁路能量路由器跨接在牵引变电所或者分区所的电臂之间;隔离型级联并联式铁路能量路由器包括多个隔离型级联式铁路能量路由器模组并联而成,各级联式铁路能量路由器模组均连接有具有可再生能源发电装置和储能装置的直流源,调控过程包括:能量管理层,用于全系统综合能量管理;根据牵引侧供电臂负载功率和可再生能源发电装置输出功率的大小,划分储能装置的运行模式;检测各个模组实时运行状态,若有子模组发生故障,切除局部故障;然后根据运行模式,根据系统补偿原理,计算各个子模组和储能装置的补偿电流参考值和/或补偿功率参考值并下发给设备控制层;

在所述能量管理层中,包括步骤:

S110,实时检测系统运行数据:实时检测牵引供电系统两条供电臂电压、电流的幅值和相位,得到两供电臂的输出电压Uα和Uβ,两供电臂的输出电流Iα和Iβ,各个直流源中光伏系统输出电压UPV和IPV电流,风机系统输出电压UW和IW电流,储能装置的温度、荷电状态SOC和劣化程度SOH;

S120,处理实时运行数据:根据实时检测的运行数据,计算两供电臂等效负荷功率SLα=* *Uα·Iα=PLα+jQLα和SLβ=Uβ·Iβ=PLβ+jQLβ,计算所有光伏系统输出总功率PPV,计算风机系统输出总功率PW;

S130,局部故障切除;检测各个子模块实时运行状态,判断子模块是否故障,并且及时切除故障子模块;

S140,能量管理策略;基于能量传输模式及多重运行约束进行全系统综合能量管理,决定系统当前运行模式并将计算得到的储能装置总功率指令下发给设备控制层;步骤S140中,所述能量管理策略包括步骤:S141模式分类;基于处理后的牵引负荷、光伏系统、风电系统和储能系统实时运行数据,将牵引负荷消纳光伏系统和风电系统后的运行工况划分为整体呈牵引态、制动态和空载态;整体呈牵引态,即(PLα+PLβ)‑(PPV+PW)>0;整体呈制动态,即(PLα+PLβ)‑(PPV+PW)<0;整体呈空载态,即(PLα+PLβ)‑(PPV+PW)=0;

S142运行约束;当整体呈牵引态时,负荷功率缺额部分由储能系统补偿,储能系统整体呈放电态;当整体呈制动态时,多余的制动能量和/或可再生能源电量存储于储能系统,储能系统呈充电态;当整体呈空载态时,储能系统基于内部能量状态进行状态恢复或待机运行;

S143能量管理模型构建;全系统能量管理可独立或者组合式地以最大化利用牵引侧再生制动能量、最大化消纳可再生能源、牵引负荷削峰填谷、负序补偿、无功补偿、最大化经济效益最优为控制目标,结合约束条件,构建全系统综合能量管理策略;

S150,判断是否达到结束条件;若是,结束运行,反之,跳转至步骤S110;

设备控制层,用于各个级联式铁路能量路由器模组和直流源的协调控制,控制目标为在实现直流源中间直流母线电压稳定的同时,控制由于子模组故障带来的系统波动,平衡相内蓄电池均衡,抑制共模电流,平抑电池侧二倍频电流脉动,动态跟踪给定的补偿电流和/或功率指令,满足可再生能源的高效消纳、再生制动能量的有效利用和牵引供电系统电能质量要求。

2.根据权利要求1所述的一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法,其特征在于,所述隔离型级联式铁路能量路由器模组包括多组嵌入式级联背靠背变流器子系统、每个嵌入式级联背靠背变流器子系统所配置的隔离变压器和直流源;

每个嵌入式级联背靠背变流器子系统的一端或两端通过隔离变压器连接至牵引网;各个所述隔离变压器的原边绕组相互串联后连接至牵引网,每个隔离变压器的次边绕组与一组嵌入式级联背靠背变流器子系统一端相连;

在每个嵌入式级联背靠背变流器子系统上配置有直流源。

3.根据权利要求2所述的一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法,其特征在于,所述牵引网包括牵引变电所或者分区所的α供电臂、β供电臂和钢轨,多个隔离型级联式铁路能量路由模组并联后两端跨接在牵引变电所或者分区所的α供电臂、β供电臂与钢轨之间。

4.根据权利要求2或3所述的一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法,其特征在于,所述直流源包括但不仅限于光伏系统、风机系统和储能装置,光伏系统、风机系统和储能装置共同连接至直流母线。

5.根据权利要求1所述的一种铁路直流源双级联接入能量路由调控方法,其特征在于,在所述设备控制层中,包括步骤:子模块故障控制、相内均衡控制、共模电流抑制、充放电电流平抑;

各个直流源的中间直流母线电压由级联子系统中DC/AC变流器或者DC/DC变流器进行建立和稳定,或者由储能双向DC/DC进行建立和稳定;

DC/AC变流器采用电压电流双闭环控制策略、模型预测控制、滑膜变结构控制中的一种或多种;

AC/DC整流器采用电压电流双闭环控制、下垂控制、模型预测控制中的一种或多种;

储能双向DC/DC变流器采用下垂控制、电压电流双闭环控制、功率外环电流内环控制中的一种或多种;

光伏DC/DC变流器采用最大功率追踪控制。