[发明专利]一种应用于电气化铁路的多能互补并网系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电气化铁路技术领域，特别是涉及一种应用于电气化铁路的多能互补并网系统及控制方法。

背景技术

铁路系统作为电力系统的大工业用户，其年用电量可达400亿千瓦时，其中 50％以上主要消耗在牵引供电系统。为实现电气化铁路的节能降耗，铁路系统自身也在积极推进新能源和可再生能源的发展，明确提出并鼓励在铁路沿线按因地制宜、多能互补等原则推广及应用新能源和可再生能源发电。而近年来，在国家的高度重视与大力推动下，光电、风电等新能源得以迅速发展。若将此类新能源接入牵引供电系统不仅有利于可再生能源的就地消纳，同时也可使铁路系统达到节能减排的目的。

因风、光照资源具有间歇性和不稳定性的特点，造成目前风电、光电利用率低，可靠性及稳定性较差，同时电网准入功率有限。考虑到风光资源在时间和季节上具有良好的互补性，利用多能互补联合发电系统可以获得比较稳定的总输出，同时相对于单一风力发电、光伏发电系统来说，提高了供电的稳定性和可靠性，同时在保证同样供电的情况下，可大大减少储能系统的容量，获得较好的社会经济效益。又电气化铁路牵引供电系统具有三相变两相、机车单相取电的特殊性，对电力系统而言存在严重的三相不平衡和无功等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种应用于电气化铁路的多能互补并网系统及控制方法，能够将多能互补发电系统接入电气化铁路牵引供电系统，在满足可再生能源合理消纳、铁路系统节能减排的同时，改善、至少不恶化牵引供电系统的电能质量问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种应用于电气化铁路的多能互补并网系统的控制方法，所述多能互补并网系统跨接在牵引供电系统中的两条供电臂之间，所述牵引供电系统通过牵引变压器连接至电网；所述多能互补并网系统包括风力发电装置、光伏发电装置、储能装置、综合能量控制装置、直流支撑电容和背靠背变流器，所述风力发电装置、光伏发电装置和储能装置并联连接在所述直流支撑电容上，所述直流支撑电容连接至背靠背变流器的的直流侧，所述背靠背变流器的连接至两条供电臂之间；

所述多能互补并网系统的控制方法包括步骤：

S100，功率预测分析：对风光功率进行预测分析，对负荷进行预测分析；基于预测分析所得数据，由综合能量控制装置通过调控组件对风力发电装置、光伏发电装置和储能装置进行多能互补协调控制；

S200，实时检测数据：通过检测装置实时检测牵引侧两供电臂的电压相量和电流相量，通过电压相量和电流相量计算牵引负荷的实时用电功率；通过检测装置实时检测光伏发电装置侧的输出功率，通过检测单元实时检测风力发电装置侧的输出功率；通过检测单元实时检测储能装置侧的温度、荷电状态SOC和健康状态SOH；

S300，处理实时数据：通过综合能量控制装置对不稳定的电能进行平滑调度处理，保证可再生能源消纳和牵引供电系统的无功补偿和负序补偿；

S400，供电模式选择：判断所述供电臂是否有负荷；若有，则运行自发自用模式；若无，则运行全储能模式或余量上网模式。

进一步的是，在所述步骤S100中，所述对风光功率进行预测分析：通过风光观测平台获得风光数据，利用数理统计方法及预测技术，对风光功率进行预测；对负荷进行预测分析：通过电气化铁路运行计划图和往日正常工况下牵引负荷功率曲线进行负荷预测。

进一步的是，在所述步骤S100中，所述多能互补协调控制组态包括混合功率组态、风力单独发电组态、光伏单独发电组态和储能发电组态；所述混合功率组态为风力发电装置和光伏发电装置同时发电，所述风力单独发电组态为风力发电装置单独发电，所述光伏单独发电组态为光伏发电装置单独发电，所述储能发电组态为风力和光伏不适合发电条件下由储能装置替代发电。

进一步的是，在所述步骤S400中，所述自发自用模式为由风力发电装置和光伏发电装置为牵引负荷提供电能，并将剩余的电能通过储能装置存储；

在所述自发自用模式中，由风力发电装置和光伏发电装置为牵引负荷提供电能的同时通过背靠背变流器实现有功功率的相互转移，使两条供电臂输出的有功功率相等，从而减小或消除牵引变压器原边的负序电流；控制背靠背变流器动态输出相应的无功和低次谐波电流，从而实现对两供电臂的负载无功和谐波补偿。

进一步的是，所述全储能模式为，风力发电装置和光伏发电装置发出的电能，全部用来给储能装置充电；所述余量上网模式为，风力发电装置、光伏发电装置和储能装置同时向电网输出功率。