一种牵引负荷削峰填谷的储能控制方法与流程

本发明涉及电气化铁路储能领域，特别涉及牵引负荷削峰填谷和节能技术。

背景技术：

电气化铁路牵引负荷波动剧烈，功率平均值往往仅为最大值的10-20％，牵引变压器负载率低，导致设备利用效率低，运行成本高。削峰填谷作为电力负荷重要的管理措施，可以缓和牵引负荷波动，缓解峰值功率对系统和设备带来的压力。储能装置具有能量转移功能，即在负荷高峰时放电，在负荷低谷时充电。利用储能装置削峰填谷的特点，降低供电系统对设备容量要求，降低设备容量和运行费用。注意到牵引负荷动态变化快、波动剧烈的特点，属短时高频次储能需求，需实时控制。分析常见的储能介质得知，单一传统的化学电池不能满足充放电快速性和循环充放电次数要求，而飞轮或超级电容具有较好的适用性。

列车在制动过程中会产生很大的再生制动能量，若同时在线路中有其它列车处于牵引状态，可对再生制动能量加以吸收，有利于节能减排。然而，处于再生制动和牵引的列车往往在两个不同的供电臂，再生制动能量不能被充分利用。储能装置可兼顾列车再生制动能量利用。

专利《基于飞轮储能装置的铁路牵引供电系统及其改善电能质量的方法》(申请公布号：cn107492902a)公开了一种采用飞轮储能装置改善电能质量方法，也有一定缓和牵引负荷波动和再生制动能量利用的效果，但其控制方法是基于两供电臂电压波动情况，容易造成误判，甚至控制不当。

本发明提出了一种牵引负荷削峰填谷的储能控制方法，实现牵引负荷实时消峰，降低供电系统对设备容量要求，降低设备容量和运行费用，并兼顾列车再生制动能量利用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种牵引负荷削峰填谷的储能控制方法，它能有效地解决降低设备容量的技术问题。

本发明为实现其目的，采用以下技术方案：一种牵引负荷削峰填谷的储能控制方法，该储能控制方法适用由牵引变电所a侧的单相交-直变流器sca、牵引变电所b侧的单相交-直变流器scb和储能器构成的储能装置，储能装置内各器件的额定功率相同，均记为pn；单相交-直变流器sca和单相交-直变流器scb直流侧背靠背连接，储能器与单相交-直变流器sca和单相交-直变流器scb的公共直流侧连接，单相交-直变流器sca的交流侧与牵引变电所的a侧牵引母线bsa连接，单相交-直变流器scb的交流侧与牵引变电所的b侧牵引母线bsb连接。电压互感器pta与牵引变电所的a侧牵引母线连接，电流互感器cta与a侧牵引馈线连接，电压互感器ptb与b侧牵引母线连接，电流互感器ctb与b侧牵引馈线连接，控制器通过电压互感器pta和电流互感器cta实时获取a侧牵引臂功率，记为pa；通过电压互感器ptb和电流互感器cta实时获取b侧牵引臂功率，记为pb，并依据pa和pb与削峰功率基准值pref的关系，实时控制储能装置中单相交-直变流器sca和单相交-直变流器scb或者单相交-直变流器sca和储能器或者单相交-直变流器scb和储能器的功率，实现牵引负荷削峰填谷,兼顾再生制动能量回收。

当0<pa+pb≤pref时，控制器控制储能装置充电，即如果pa≥pb，实施由单相交-直变流器scb向储能器充电，控制器控制储能装置中单相交-直变流器sca、单相交-直变流器scb和储能器三者中任意二者的功率，且满足：单相交-直变流器scb和储能器的功率均为pref-pa-pb与pn相比二者的最小值，单相交-直变流器sca的功率为0；如果pa<pb，实施由单相交-直变流器sca向储能器充电，控制器控制储能装置中单相交-直变流器sca、单相交-直变流器scb和储能器三者中任意二者的功率，且满足：单相交-直变流器sca和储能器的功率均为pref-pa-pb与pn相比二者的最小值，单相交-直变流器scb的功率为0。

当pa+pb>pref时，控制器控制储能装置放电，即如果pa≥pb，储能器通过单相交-直变流器sca放电，控制器控制储能装置中单相交-直变流器sca、单相交-直变流器scb和储能器三者中任意二者的功率，且满足：单相交-直变流器sca和储能器的功率均为pn，单相交-直变流器scb的功率为0；如果pa<pb，储能器通过单相交-直变流器scb放电，控制器控制储能装置中单相交-直变流器sca、单相交-直变流器scb和储能器三者中任意二者的功率，且满足：单相交-直变流器scb和储能器的功率均为pn，单相交-直变流器sca的功率为0。

当pa+pb<0时，控制器控制储能装置回收再生制动能量，即如果pa×pb>0，两牵引臂均为再生制动工况，储能器同时通过单相交-直变流器sca和单相交-直变流器scb收再生制动能量，控制器控制储能装置中单相交-直变流器sca、单相交-直变流器scb和储能器三者中任意二者的功率，且满足：单相交-直变流器sca和单相交-直变流器scb的功率均为pn/2，储能器的功率为pn；如果pa×pb<0，为一牵引臂牵引另一臂再生制动工况，此时，当pa>pb时，即b侧牵引臂为再生制动，储能器通过单相交-直变流器scb吸收再生制动能量，控制器控制储能装置中单相交-直变流器sca、单相交-直变流器scb和储能器三者中任意二者的功率，且满足：单相交-直变流器scb和储能器的功率均为pn，单相交-直变流器sca的功率为0，当pa<pb，即a侧牵引臂为再生制动，储能器通过单相交-直变流器sca吸收再生制动能量，控制器控制储能装置中单相交-直变流器sca、单相交-直变流器scb和储能器三者中任意二者的功率，且满足：单相交-直变流器sca和储能器的功率均为pn，单相交-直变流器scb的功率为0。

储能装置的一种工作模式为：当储能器工作于定功率模式时，单相交-直变流器sca和单相交-直变流器scb两者之间，其一工作于定功率模式，另一工作于定电压模式。

削峰功率基准值pref由牵引负荷历史数据获取。

当a侧牵引馈线多于一路时，a侧牵引臂功率pa为馈线功率之和；当b侧牵引馈线多于一路时，b侧牵引臂功率pb为馈线功率之和。

本发明的工作原理是：利用牵引变电所两牵引臂功率与历史削峰功率对比，实时协调控制储能装置三者中任意二者的功率，优化储能器充放电控制，实现牵引负荷削峰填谷和再生制动能量利用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过实时控制储能装置充放电，实现牵引负荷削峰填谷，可降低供电系统对设备容量要求，降低设备容量和运行费用。

2、本发明可有效协调两牵引臂牵引和再生制动能量与储能装置之间的分配。

3、本发明控制方法简单可靠，易于实施。

附图说明

图1是本发明实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

一种牵引负荷削峰填谷的储能控制方法，该储能控制方法适用由牵引变电所a侧的单相交-直变流器sca1、牵引变电所b侧的单相交-直变流器scb2和储能器3构成的储能装置，储能装置内各器件的额定功率相同，均记为pn；单相交-直变流器sca1和单相交-直变流器scb2直流侧背靠背连接，储能器3与单相交-直变流器sca1和单相交-直变流器scb2的公共直流侧连接，单相交-直变流器sca1的交流侧与牵引变电所的a侧牵引母线bsa4连接，单相交-直变流器scb2的交流侧与牵引变电所的b侧牵引母线bsb5连接。电压互感器pta6与牵引变电所的a侧牵引母线连接，电流互感器cta7与a侧牵引馈线连接，电压互感器ptb8与b侧牵引母线连接，电流互感器ctb9与b侧牵引馈线连接，控制器10通过电压互感器pta6和电流互感器cta7实时获取a侧牵引臂功率，记为pa；通过电压互感器ptb8和电流互感器cta9实时获取b侧牵引臂功率，记为pb，并依据pa和pb与削峰功率基准值pref的关系，实时控制储能装置中单相交-直变流器sca1和单相交-直变流器scb2或者单相交-直变流器sca1和储能器3或者单相交-直变流器scb2和储能器3的功率，实现牵引负荷削峰填谷,兼顾再生制动能量回收。

当0<pa+pb≤pref时，控制器10控制储能装置充电，即如果pa≥pb，实施由单相交-直变流器scb2向储能器3充电，控制器10控制储能装置中单相交-直变流器sca1、单相交-直变流器scb2和储能器3三者中任意二者的功率，且满足：单相交-直变流器scb2和储能器3的功率均为pref-pa-pb与pn相比二者的最小值，单相交-直变流器sca1的功率为0；如果pa<pb，实施由单相交-直变流器sca1向储能器3充电，控制器10控制储能装置中单相交-直变流器sca1、单相交-直变流器scb2和储能器3三者中任意二者的功率，且满足：单相交-直变流器sca1和储能器3的功率均为pref-pa-pb与pn相比二者的最小值，单相交-直变流器scb2的功率为0。

当pa+pb>pref时，控制器10控制储能装置放电，即如果pa≥pb，储能器3通过单相交-直变流器sca1放电，控制器10控制储能装置中单相交-直变流器sca1、单相交-直变流器scb2和储能器3三者中任意二者的功率，且满足：单相交-直变流器sca1和储能器3的功率均为pn，单相交-直变流器scb2的功率为0；如果pa<pb，储能器3通过单相交-直变流器scb2放电，控制器10控制储能装置中单相交-直变流器sca1、单相交-直变流器scb2和储能器3三者中任意二者的功率，且满足：单相交-直变流器scb2和储能器3的功率均为pn，单相交-直变流器sca1的功率为0。

当pa+pb<0时，控制器10控制储能装置回收再生制动能量，即如果pa×pb>0，两牵引臂均为再生制动工况，储能器3同时通过单相交-直变流器sca1和单相交-直变流器scb2吸收再生制动能量，控制器10控制储能装置中单相交-直变流器sca1、单相交-直变流器scb2和储能器3三者中任意二者的功率，且满足：单相交-直变流器sca1和单相交-直变流器scb2的功率均为pn/2，储能器3的功率为pn；如果pa×pb<0，为一牵引臂牵引另一臂再生制动工况，此时，当pa>pb，即b侧牵引臂为再生制动，储能器3通过单相交-直变流器scb2吸收再生制动能量，控制器10控制储能装置中单相交-直变流器sca1、单相交-直变流器scb2和储能器3三者中任意二者的功率，且满足：单相交-直变流器scb2和储能器3的功率均为pn，单相交-直变流器sca1的功率为0，当pa<pb，即a侧牵引臂为再生制动，储能器3通过单相交-直变流器sca1吸收再生制动能量，控制器10控制储能装置中单相交-直变流器sca1、单相交-直变流器scb2和储能器3三者中任意二者的功率，且满足：单相交-直变流器sca1和储能器3的功率均为pn，单相交-直变流器scb2的功率为0。

储能装置的一种工作模式为：当储能器3工作于定功率模式时，单相交-直变流器sca1和单相交-直变流器scb2两者之间，其一工作于定功率模式，另一工作于定电压模式。

削峰功率基准值pref由牵引负荷历史数据获取。

当a侧牵引馈线多于一路时，a侧牵引臂功率pa为馈线功率之和；当b侧牵引馈线多于一路时，b侧牵引臂功率pb为馈线功率之和。