索，11.支柱，12.母线。
【具体实施方式】
[0020] 以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0021] 如图1所示，为用于铁路牵引供电的带有超导磁储能装置的太阳能发电系统结构 原理示意图，主要有太阳能电池、超导磁储能系统、牵引共供电系统、列车组成。其中，太阳 能电池提供电能由超导磁储能系统储存，在列车需要时经过变流器与变压器变换后提供给 列车使用，所以，超导磁储能部分是整个系统设计的关键。
[0022] 图2所示为超导磁储能受控充放电流程图，在整个控制系统作用下完成充电、储 能、放电过程。整个充放电与储能过程应用的是如图3所示的串联充电、并联放电模式，只 需要控制I、K2、K3闭合即进入串联充电模式，充电完成后断开Ki闭合K4进入储能模式，列 车到达该区域断开K2、K3、K4闭合K5、K6、K7、Ks、K9进入并联放电模式，放电完成后再次进入 充电模式。
[0023] 图4为超导储能主电路拓扑图，采用一个电压源型变流器 (VoltageSourceConverter，VSC)和一个斩波器（Chopper)组成的变流器装置来连接存储 能量用的超导线圈与外界系统，实现线圈与外界的能量交换。VSC部分用来独立地调节超 导储能装置输出的有功功率P和无功功率Q，Chopper部分用来控制超导线圈Lsc的充放电 速度，并保护超导线圈。经过超导储能主电路，超导线圈中的电流变为三相交流电，再经 过图5所示的三相牵引变压器供电接线电路，变为电力机车可用的单相交流电供给机车使 用。图6所示为直接供电方式的供电系统图，太阳能电池存储的能量，经过变压器以直接供 电方式向机车供电。其中的分区亭用两个分相绝缘器和一台隔离开关来代替。另外，为减 少变压器等器件的数量，应延长供电分区，这就要求一个太阳能电池组件能够提供足够的 电量，因此可以适当增加太阳能电池的数量。
[0024]图7为整个应用于铁路牵引供电的带有超导磁储能装置的太阳能发电系统的效 果图，由于超导储能可以有效地减少装置体积，所以可将储能装置和变压器封装在如图7 中8所在区域，然后通过平腕臂由母线将电能供给接触线，再由受电弓取流，经车体与铁轨 形成回路，驱动机车行驶。
[0025] 以下为例：在日照时间为8. 22小时平均为拉萨市，利用300W36V单晶硅太阳能电 池板产生的电能为和谐号CRH1型动车组供电。其中，单晶硅太阳能电池板参数为输出功率 36V，峰值电流8. 33A，开路电压42. 0V，短路电流8. 90A，电池板尺寸1956*990*500mm。和谐 号CRH1型动车组的参数如表1所示。
[0026] 表1CRH1型动车组参数
[0027]
[0029]-天时间充电时间约等于8小时，则300W36V单晶硅太阳能电池板产生的电能为 2. 4kW·h，和谐号CRH1型动车组所需牵引功率为5500kW。那么，一个多晶电池板储存一天 的电量可供动车组行驶距离为87. 27m。以全长为251公里的拉萨至日喀则铁路为例，理想 状态下如果用该套装置为和谐号CRH1型动车组供电，大约只需要2877个供电装置。但是， 由于超导储能的放电深度的限制，以及一些不可避免的损耗，应缩短两个供电装置的距离， 但同时考虑到资源的充分利用，两个供电装置之间的距离还需要进一步的精确计算。
【主权项】
1. 一种应用于铁路牵引供电的超导磁储能太阳能供电方案，在由太阳能电池组件、超 导储能装置和电力输送装置三部分构成分布式太阳能供电铁路牵引供电系统中，利用超导 磁储能装置储存的由可再生能源产生电能直接为电力机车提供牵引动力，采用如下的工作 方式： 由太阳能电池板产生电能，利用串联充电将产生的电能存储于一定容量的多个超导磁 储能装置中；当容量达到一定值，超导磁储能装置进入储能模式；当列车到达该区段则启 动超导磁储能装置进入并联放电运行模式，这时电能将经过带有一定控制策略的变流器完 成超导磁体的受控放电过程，释放三相交流电；由超导磁储能体释放的电能经过三相牵引 变压器变为列车可使用的902V工频单相交流电输入接触线，列车经受电弓取流后经过四 象限脉冲整流器、直流滤波电容器、逆变器为车载电动机供电；列车驶离该供电区段，整个 装置停止输电，进入充电运行模式。2. 根据权利要求1所述的供电方案，所述直接供电方式为：太阳能电池存储的能量经 过变压器以直接供电方式向机车供电；其中的分区亭用两个分相绝缘器和一台隔离开关来 代替。3. 根据权利要求1所述的供电方案，所述太阳能发电系统包括主要由太阳能光伏板、 控制器、储电池组、DC/AC逆变电路部分组成。4. 根据权利要求1所述的供电方案，所述超导储能装置采用一个电压源型变流器VSC 和一个斩波器组成的变流器装置来连接存储能量用的超导线圈与外界系统，实现线圈与 外界的能量交换；VSC部分用来独立地调节超导储能装置输出的有功功率P和无功功率Q; Chopper部分用来控制超导线圈Lsc的充放电速度，并保护超导线圈。5. 根据权利要求1所述的供电方案，所述电力输送装置中的变压器采取三相牵引变压 器的供电方式将电能输入接触线。
【专利摘要】本发明公开了一种应用于铁路牵引供电的超导磁储能太阳能供电方案，在由太阳能电池组件、超导储能装置和电力输送装置三部分构成分布式太阳能供电铁路牵引供电系统中，利用超导磁储能装置储存的由可再生能源产生电能直接为电力机车提供牵引动力。本发明可以利用太阳能产生电能，再利用超导储能装置无损耗地储存电能，通过交流电力牵引供电系统为沿线机车提供动力。整个系统可作为一个分布式发电系统，低碳环保的为电力机车可靠供电。
【IPC分类】H02J7/35
【公开号】CN105281416
【申请号】CN201510816766
【发明人】董亮, 徐清颖, 廖骁勇, 江明阳, 王豫
【申请人】西南交通大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月19日