[发明专利]一种电气化铁路多场景自洽能源系统

说明书

本发明公开一种电气化铁路多场景自洽能源系统，包括分相牵引供电系统和中央控制器，还包括所内自洽能源系统、所间自洽能源系统和/或区间自洽能源系统；所内自洽能源系统设置在变电所电分相处，所间自洽能源系统设置在分区所电分相处，区间自洽能源系统设置在供电臂上，中央控制器与所内自洽能源系统、所间自洽能源系统、区间自洽能源系统通信连接。本发明能够因地制宜、因网制宜、因荷制宜的选取可再生能源与铁路系统的融合发展形式，利于实现铁路供能的多元绿色化、用能管理的弹性化，同时在不改变原始牵引供电系统结构的前提下，能够有效改善牵引供电系统电能质量并提高系统供电可靠性。

技术领域

本发明属于电气化铁路新能源技术领域，特别是涉及一种电气化铁路多场景自洽能源系统。

背景技术

截至2020年底，我国电气化铁路营业里程已超10万公里，作为特殊的大宗工业用户，其快速发展的同时也伴随着巨大的能耗问题。据统计仅2020年全国电气化铁路用电量已高达900亿千瓦时，相当于每年消耗110.7亿公斤标准煤，排放约897.3亿公斤二氧化碳、27亿公斤二氧化硫、13.5亿公斤氮氧化物，其中牵引用能部分占到了铁路总能耗的60％以上。如何实现铁路系统的节能减排引起了社会各界的广泛关注，尤其是对铁路系统提出了绿色化、高效能、高弹性的发展新要求。因此，研究可再生能源与铁路系统融合发展形式是当前国家形势所趋，尤其是在能耗占比更高的牵引领域。

由于能源网与交通网地理空间上存在天然交集，铁路沿线常伴随着丰富的可再生能源，例如西南沿线富含水力资源、西部地区富含光伏资源、东南沿海等地富含风力资源等。而铁路自身不仅存在大量可供开发利用的土地资源，也具有广阔的电能消纳空间，这为铁路资产能源化提供了有效途径。但由于应用环境的特殊性，在研究过程中仍需重点关注以下问题：(1)对于铁路可再生能源应用形式，一方面，可基于铁路自有土地资源新建新能源发电系统接入；另一方面，可基于沿线既有的新能源并网发电系统或微电网群直接接入，达到在增加既有系统电能消纳率的同时，降低铁路新能源系统的投资成本。因此，需探讨如何因地制宜的开发建设铁路新能源系统，保证铁路供能的自洽(自给自足)多元化发展。(2)既有电气化铁路牵引供电系统多采用分相供电制，这种特殊性迫使牵引网各区段间形成了线性化供电孤岛，因此，需探讨如何因网制宜的接入新能源系统，通过全局/局域线路柔性互联，实现特定区段能量路由及提高系统供电可靠性。(3)牵引负荷不同于常规用电负荷，除了产生无功、负序、谐波、网压波动等电能质量问题，在制动过程中还会产生兆瓦级再生制动能量，若不加以回收利用将造成了能量的极大浪费。因此，在实现新能源系统有效接入的前提下，还需探讨如何因荷制宜的提高牵引供电系统供电质量及用能能效。

现有技术中，新能源接入电气化铁路牵引供电系统的方案均基于新建系统接入，鲜少因地制宜的考虑融合沿线既有新能源系统，即在减少弃风弃光弃水等的同时降低系统建设成本；其次，既有技术方案中新能源系统接入点多位于牵引变电所处，而对于具有宽区域跨度和分段供电特性的牵引网，分区所及独立供电区间同样是重要的可选接入点，尤其对于实现多站能量路由及功率融通；此外，针对未消纳的新能源电能及再生制动能量，既有方案多采用单站储能直接存储或回馈至配电网，能源利用形式还可综合不同应用场景进行适配性选择，如多站协同用能、外置充电桩、电-气转换等。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种电气化铁路多场景自洽能源系统，能够因地制宜、因网制宜、因荷制宜的选取可再生能源与铁路系统的融合发展形式，利于实现铁路供能的多元绿色化、用能管理的弹性化，同时在不改变原始牵引供电系统结构的前提下，能够有效改善牵引供电系统电能质量并提高系统供电可靠性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电气化铁路多场景自洽能源系统，包括分相牵引供电系统和中央控制器，还包括所内自洽能源系统、所间自洽能源系统和/或区间自洽能源系统，所内自洽能源系统、所间自洽能源系统和/或区间自洽能源系统独立或组合式设置；