利用风光互补发电的荒漠区铁路供电系统及供电方法与流程

本发明属于铁路供电领域，具体涉及一种荒漠区铁路供电系统及供电方法。

背景技术：

铁路是国家重要的基础设施和经济大动脉，有利于带动沿线地区的经济和社会发展。但是，因为铁路运输的公益性和廉价性，庞大的铁路供电系统和巨额的购电电费让铁路公司承受着运营成本高昂和供电安全的双重压力。

特别是，建设在我国西北荒漠化地区的铁路，途经许多无人区，距离电网资源超过几百公里，从供电安全可靠性考虑还需要从电网引两路独立电源供电，供电成本巨大。然而，荒漠区的地理纬度高，太阳能光照资源和风能资源丰富，具备发展风力发电和光伏发电的有利条件。随着新能源发电技术的日趋成熟和商业化应用，光伏和风电成为铁路供电技术领域可能的供电电源。

但是，光伏和风电发出电力具有波动性大和不能连续供电的致命弱点，如果仅仅依靠新能源供电，不能满足铁路的供电可靠性要求。按照惯例，光伏和风电首先需要经过交流—直流和直流—交流的多次整流或逆变过程，产生的交流电还要再经过几次升压后远距离送至电网；然后铁路又需要建设很长的专用供电线路从电网引接交流电，铁路内部供电系统还包含交流—直流和直流—交流的若干次整流或逆变过程。上述整个供电过程存在舍近求远和电力流向的迂回现象，且存在许多技术环节的冗余配置，带来巨大的建设投资浪费，也不利于新能源的就地平衡消纳，还很容易带来电能质量和供电可靠性方面的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用风光互补发电的荒漠区铁路供电系统，解决光伏和风电发出电力具有波动性大和不能连续供电的问题。

本发明的另一个目的在于提供一种利用风光互补发电的荒漠区铁路供电方法，解决荒漠区铁路的牵引电机和机车照明、空调、插座等用电负荷的辅助供电问题。

本发明技术方案如下：一种利用风光互补发电的荒漠区铁路供电系统,包括光伏阵列、风机；它还包括光伏直流汇集线路、风电直流汇集线路、直流接触网，光伏阵列经光伏直流汇集线路连接于贯通的直流接触网，风机经风电直流汇集线路连接于贯通的直流接触网。

作为本发明的进一步改进，铁路在正中间，铁路外侧排列有光伏阵列和风机。

作为本发明的进一步改进，光伏直流汇集线路与直流接触网之间设有光伏发电功率控制装置。

作为本发明的进一步改进，风电直流汇集线路与直流接触网之间设有风力发电功率控制装置。

作为本发明的进一步改进，所述直流接触网上设有储能装置。无机车经过时实现光伏和风电电力的存储，有机车经过时储能装置释放电力，与新能源发电站一起为铁路机车提供不间断、可持续的电源。

一种利用风光互补发电的荒漠区铁路供电系统进行供电的方法，铁路沿线采用风光互补发电布置方法，即铁路外侧排列有光伏阵列和风机，光伏阵列和风机共用相同电压等级的直流系统，铁路机车通过受电弓从直流接触网取电，直接给直流牵引电机供电，利用直流牵引电机易于变频调速的优势；通过机车逆变装置为交流负载供电。实现新能源电力的就地平衡消纳；同时满足新能源汇集和铁路机车供电的要求，通过减少技术环节以节省投资。

传统风力发电包含交流—直流—交流的整流和逆变过程，本发明风力发电仅包含交流—直流的整流过程，经过升压后直接采用直流汇集。

传统光伏发电包含直流—交流的逆变过程，本发明光伏发电不需要逆变器，经过升压后直接采用直流汇集。

本发明针对荒漠区铁路利用风电和光伏新能源供电的问题，提出实施风光互补发电的应用方法以及满足新能源汇集线路和铁路供电接触网的共用直流系统，通过在铁路沿线的扩大安全保护区内建设风电和光伏，实现土地综合利用；改变光伏和风电的传统发电和升压方式，均采用直流汇集方案，减少了新能源的逆变过程，减少了谐波分量；改变铁路机车的交流接触网为直流接触网，从接触网取电后直接给直流牵引电机供电，并通过逆变装置给机车照明、空调、插座等交流负载供电，解决了新能源的平衡消纳。

本发明技术效果详述如下：

首先，适当扩大了铁路两侧的安全保护区用于布置光伏和风机。众所周知，铁路沿线的安全保护区的土地长期闲置，未能综合开发利用，风景单调，风沙也特别大；因此，本发明扩大安全保护区的征地范围是可行的，因为铁路是公益性基础设施，铁路公司拥有征地的优先权和优惠政策，同时征地可降低新能源的征地成本，通过建设光伏和风电，既提高了土地综合利用率，又美化了风景，新能源发电装置作为缓冲隔离带，还能有效治理风沙。

其次，风电和光伏采用共用的直流汇集系统。按照惯例，光伏组件发出直流电，经逆变器转换为交流电，然后经箱式变电站升压后汇集送出；风机发出非常规的交流电，通过顶仓内整流和逆变装置转换为交流电，然后经箱式变电站升压后汇集送出；本发明采用直流汇集方式，减少了新能源的逆变过程，降低了投资，还减少了谐波分量。

最后，铁路采用直流接触网系统。按照惯例，铁路机车接触网普遍采用交流供电系统，牵引电机多数使用交流电机；本发明铁路直流接触网直接利用新能源的直流集电干线，将二者合二为一，统一电压等级，节省了投资；铁路机车通过电弓从直流接触网取电后直接给直流牵引电机供电，利用直流牵引电机易于变频调速的优势；并且经逆变装置为机车照明、空调、插座等交流负载供电，实现新能源电力的就地平衡消纳。

另外，本发明在直流接触网上加装储能装置，无机车经过时实现风电和光伏电力的存储，有机车经过时储能装置释放电力，与新能源发电站一起为铁路机车提供不间断、可持续的电源。

附图说明

图1为一种利用风光互补发电的荒漠区铁路供电系统的总体布局示意图；

图2为一种利用风光互补发电的荒漠区铁路供电系统应用方案示意图。

图中：1—光伏阵列，2—风机，3—光伏直流汇集线路，4—风电直流汇集线路，5—光伏发电控制装置，6—风力发电控制装置，7—直流接触网，8—受电弓，9—铁路机车，10—直流牵引电机，11—机车逆变装置，12—交流负载，13—储能装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

实施例中的光伏发电控制装置和风力发电控制装置均为商购。

一种利用风光互补发电的荒漠区铁路供电系统,包括光伏阵列、风机、光伏直流汇集线路3、风电直流汇集线路4、直流接触网7，光伏阵列1经光伏直流汇集线路3连接于贯通的直流接触网7，风机2经风电直流汇集线路4连接于贯通的直流接触网7。铁路在正中间，铁路外侧排列有光伏阵列1和风机2。光伏直流汇集线路3与直流接触网7之间设有光伏发电功率控制装置5。风电直流汇集线路4与直流接触网7之间设有风力发电功率控制装置6。直流接触网7上设有储能装置13。

一种利用风光互补发电的荒漠区铁路供电系统进行供电的方法，铁路沿线采用风光互补发电布置方法，即铁路外侧排列有光伏阵列1和风机2，扩大荒漠区铁路两侧的安全保护区，铁路两侧征地宽度按200米控制，降低了新能源的征地成本，提高了土地综合利用率。在扩大征地范围内布置光伏和风机，用于光伏发电和风力发电，新能源发电装置有利于沿线观光旅游和风沙治理。

光伏阵列1和风机2共用相同电压等级的直流系统，铁路机车9通过受电弓8从直流接触网7取电，直接给直流牵引电机10供电，通过机车逆变装置11为交流负载12供电。

从接触网取电后直接给直流牵引电机供电，通过逆变装置为机车照明、空调、插座等用电负荷供电，实现新能源电力的就地平衡消纳；在直流接触网上加装储能装置，无机车经过时实现风电和光伏电力的存储，有机车经过时储能装置释放电力，与新能源发电站一起为铁路机车提供不间断、可持续的电源。

实施例

（1）、参见图1：按照常规，荒漠区铁路沿线铁轨两侧的土地长期闲置，未能综合开发利用，沿线的风景单调枯燥，风沙也特别大。本发明为了开发利用风电和光伏，适度扩大安全保护区，用于建设光伏阵列和风机，既解决了土地综合利用问题，又美化了环境，同时新能源发电装置作为缓冲隔离带还能治理风沙。

（2）、参见图1和图2：按照惯例，光伏阵列发出的直流电需要经逆变器转换为交流电，然后汇集和升压，风机发出的非常规交流电需要经整流器和逆变器转换为交流电，然后汇集和升压；铁路机车从电网和交流接触网引来交流电源，经过整流器和逆变装置为牵引电机和交流负载供电。本发明中光伏阵列1和风电2均采用直流汇集方案，光伏直流汇集线路3经光伏发电功率控制装置5连接于铁路的直流接触网7，风电直流汇集线路4经风力发电功率控制装置6连接于铁路的直流接触网7，铁路的直流接触网同时作为光伏和风电的集电干线，二者的直流电压等级相同。铁路机车通过受电弓8从直流接触网7取得直流电，直接给直流牵引电机10供电，并通过机车逆变装置11为交流负载12供电。另外，在直流接触网7上装设储能装置13，无机车经过时实现风电和光伏电力的存储，有机车经过时储能装置释放电力，与新能源发电站一起为铁路机车提供不间断、可持续的电源。