一种应用于电气化铁路的多能互补并网系统的制作方法

本实用新型属于电气化铁路技术领域，尤其涉及一种应用于电气化铁路的多能互补并网系统。

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，如原铁道部发布的《铁路节能技术政策》、《铁路“十二五节能规划”》等文件，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。

现已有相关研究针对光伏接入电气化铁路牵引供电系统进行了初步探索，专利《一种牵引供电系统光伏储能并网装置制造方法及图纸》(201621438513)公开了一种采用背靠背变流器的牵引供电系统光伏储能并网装置；专利《一种含光伏电源的高速铁路牵引供电系统及控制方法》(CN201710073679.0)提出了一种含光伏电源的高速铁路牵引供电系统及控制方法。但目前尚未见以多能互补形式接入电气化铁路牵引供电系统的技术方案。

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。

技术实现要素：

为了克服现有技术方法的不足，本实用新型的目的在于提出一种应用于电气化铁路的多能互补并网系统，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。

为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种应用于电气化铁路的多能互补并网系统，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直流侧，所述背靠背变流器的连接至两条供电臂之间。

进一步的是，所述背靠背变流器包括单相变压器Ⅰ、单相变压器Ⅱ、单相四象限变换器Ⅰ和单相四象限变换器Ⅱ；

所述单相四象限变换器Ⅰ的交流侧与单相变压器Ⅰ的二次侧连接，单相四象限变换器Ⅱ的交流侧与单相变压器Ⅱ的二次侧连接；单相四象限变换器Ⅰ和单相四象限变换器Ⅱ的直流侧共同连接至所述直流支撑电容上，形成背靠背结构；所述单相变压器Ⅰ和单相变压器Ⅱ的一次侧中ɑ和β端口分别与牵引供电系统ɑ供电臂及β供电臂相连。

进一步的是，所述风力发电装置包括风力机、永磁同步发电机和AC/DC变换器，所述风力机同轴驱动永磁同步发电机，所述永磁同步发电机的输出端与 AC/DC变换器交流侧相连；所述光伏发电装置包括光伏阵列和DC/DC变换器，所述光伏阵列输出端与DC/DC变换器输入端相连；所述DC/DC变换器输出端与 AC/DC变换器直流输出端相并联且共同连接在所述直流支撑电容上；所述储能装置包括储能设备和双向能量变换器，所述储能设备连接至双向能量变换器输入侧，所述双向能量变换器输出侧并联于所述直流支撑电容；所述综合能量控制装置通过控制总线与风力发电装置、光伏发电装置、储能装置、单相四象限变换器Ⅰ和单相四象限变换器Ⅱ控制侧相连，实时监测并调控各部分的动态输出。

采用本技术方案的有益效果：

本实用新型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；

本实用新型能够通过控制单相背靠背变流器实现有功功率转移，减小或消除牵引变压器原边的负序电流，通过控制单相背靠背变流器动态输出相应的无功和谐波电流，实现无功和谐波补偿。

附图说明

图1为本实用新型的一种应用于电气化铁路的多能互补并网系统的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例中多能互补并网系统的结构示意图；

其中，1为多能互补并网系统，2为电网，3为牵引变压器，4为α供电臂， 5为β供电臂，11为风力发电装置，12为光伏发电装置，13为储能装置，14为综合能量控制装置，15为单相变压器Ⅰ，16为单相变压器Ⅱ，17为单相四象限变换器Ⅰ，18为单相四象限变换器Ⅱ，19为直流支撑电容，111为风力机，112 为永磁同步发电机，113为AC/DC变换器，121为光伏阵列，122为DC/DC变换器，131为储能设备，132为双向能量变换器。

具体实施方式

为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

在本实施例中，参见图1-图2所示，一种应用于电气化铁路的多能互补并网系统，所述多能互补并网系统1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3连接至电网2；

所述多能互补并网系统1包括风力发电装置11、光伏发电装置12、储能装置13、综合能量控制装置14、直流支撑电容19和背靠背变流器，所述风力发电装置11、光伏发电装置12和储能装置13并联连接在所述直流支撑电容19上，所述直流支撑电容19连接至背靠背变流器的直流侧，所述背靠背变流器的连接至两条供电臂之间。

其中，所述背靠背变流器包括单相变压器Ⅰ15、单相变压器Ⅱ16、单相四象限变换器Ⅰ17和单相四象限变换器Ⅱ18；

所述单相四象限变换器Ⅰ17的交流侧与单相变压器Ⅰ15的二次侧连接，单相四象限变换器Ⅱ18的交流侧与单相变压器Ⅱ16的二次侧连接；单相四象限变换器Ⅰ17和单相四象限变换器Ⅱ18的直流侧共同连接至所述直流支撑电容19 上，形成背靠背结构；所述单相变压器Ⅰ15和单相变压器Ⅱ16的一次侧中ɑ和β端口分别与牵引供电系统α供电臂4及β供电臂5相连。

其中，所述风力发电装置11包括风力机111、永磁同步发电机112和AC/DC 变换器113，所述风力机111同轴驱动永磁同步发电机112，所述永磁同步发电机112的输出端与AC/DC变换器113交流侧相连；所述光伏发电装置12包括光伏阵列121和DC/DC变换器122，所述光伏阵列121输出端与DC/DC变换器122 输入端相连；所述DC/DC变换器122输出端与AC/DC变换器113直流输出端相并联且共同连接在所述直流支撑电容19上；所述储能装置13包括储能设备131 和双向能量变换器132，所述储能设备131连接至双向能量变换器132输入侧，所述双向能量变换器132输出侧并联于所述直流支撑电容19；所述综合能量控制装置14通过控制总线与风力发电装置11、光伏发电装置12、储能装置13、单相四象限变换器Ⅰ17和单相四象限变换器Ⅱ18控制侧相连，实时监测并调控各部分的动态输出。

为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述：

通过综合能量控制装置控制背靠背变流器的工作状态从而调节风力发电装置、光伏发电装置和储能装置的工况，通过控制风力发电装置、光伏发电装置和储能装置的工况完成自发电或余电上网。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。