一种分散式新能源接入的柔性牵引供电系统

1.本实用新型属于新能源接入牵引供电技术领域，尤其涉及一种分散式新能源接入的柔性牵引供电系统。


背景技术：

2.当今世界，绿色发展已经成为一个重要趋势，许多国家把发展绿色产业作为推动经济结构调整的重要举措；近几年，针对可再生能源的研究已进入如火如荼的发展态势，其中，将新能源接入电力系统得到了比较广泛的应用，而将新能源接入电气化铁路还在探索阶段；将新能源应用于牵引供电系统，既可以就近消纳新能源，也符合我国节能减排的基本国策与绿色铁路的发展要求。
3.目前国内外主要研究将新能源接入电气化铁路中实现新能源发电对低压系统的供电，而较少研究将新能源接入牵引供电系统中；现有技术存在远距离运输导致电能消耗巨大的问题，并且新能源的本身存在的波动性与间歇性会直接影响牵引网，从而加重车网谐振。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种分散式新能源接入的柔性牵引供电系统，解决了新能源接入并网造成的电能质量的问题。
5.为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：
6.包括柔性牵引变压器子系统和新能源发电子系统；
7.所述柔性牵引变压器子系统的一侧与三相电网连接；所述柔性牵引变压器子系统的另一侧与牵引网连接；所述柔性牵引变压器子系统的新能源接入侧与新能源发电子系统连接。
8.本实用新型的有益效果为：本实用新型针对变电所位置分散的情况，采用多个逆变器和变压器配合将多个新能源发电装置分散接入牵引变电所内的柔性牵引变压器内部，解决了既有新能源并网对三相电网110kv造成的电能质量问题，也解决了怎样将新能源发电系统接入牵引供电系统的问题；本实用新型采用新能源发电可以直接传输功率给柔性牵引变压器，通过后端可控变流器实现单相交流27.5kv的稳定输出；而储能装置可以减少“弃风、弃光”现象、抑制由于风光间歇性和波动性造成的功率波动。
9.进一步地，所述柔性牵引变压器子系统包括三相变压器、多绕组变压器和三相-单相变流器；
10.所述三相变压器的原边作为柔性牵引变压器子系统的一侧与三相电网连接，且三相变压器的副边与多绕组变压器的原边连接；所述多绕组变压器的副边分别与新能源发电子系统和三相-单相变流器的输入侧连接；所述三相-单相变流器的输出侧与牵引网连接。
11.采用上述进一步方案的有益效果为：所述柔性牵引变压器子系统为分散式新能源接入提供接入侧。
12.进一步地，所述多绕组变压器的副边包括若干个输出端，且所述三相-单相变流器的输入侧包括若干个输入端；
13.各所述多绕组变压器副边的输出端均分别通过电感与各所述三相-单相变流器的输入端一一对应连接，且各所述多绕组变压器副边的输出端与新能源发电子系统连接。
14.采用上述进一步方案的有益效果为：所述多绕组变压器的副边的n个输入端对应接入新能源子系统的n个输出端口，合并后输入三相-单相变流器，再经由三相单相变流器向牵引网供电。
15.进一步地，所述新能源发电子系统包括若干个新能源输出模块、直流母线ldc和储能装置ess；
16.各所述新能源输出模块的输出端分别与各所述多绕组变压器副边的输出端一一对应连接，且各新能源输出模块的直流电压端均与直流母线ldc连接；所述储能装置ess的直流端与直流母线ldc连接。
17.采用上述进一步方案的有益效果为：所述新能源子模块的储能装置可将牵引网制动产生的电能储存，所述新能源输出模块通过直流母线并联，且分散式地通过多绕组变压器副边的输出端向柔性牵引网子系统供电。
18.进一步地，各所述新能源输出模块均分别包括新能源发电装置、逆变器和变压器；
19.所述新能源发电装置的直流输出端作为新能源输出模块的直流电压端分别与直流母线ldc和逆变器的直流端连接；所述逆变器的交流端与变压器的原边连接；所述变压器的副边与多绕组变压器副边的输出端一一对应连接。
20.采用上述进一步方案的有益效果为：所述新能源输出模块的发电装置通过并联到直流母线ldc，在分别通过逆变器和变压器向多绕组变压器副边的输出端输出交流电，实现通过新能源发电的供电。
21.进一步地，所述新能源发电装置包括光伏发电装置和风力发电装置。
22.采用上述进一步方案的有益效果为：所述新能源发电设备的选择根据地理环境选择最优能源利用的发电装置，实现对能源的充分利用。
23.进一步地，所述光伏发电装置包括光伏发电设备和直流变换器；
24.所述光伏发电设备与直流变换器的一端连接；所述直流变换器的另一端作为新能源发电装置的直流输出端，并作为新能源输出模块的直流电压端分别与直流母线ldc和逆变器的直流端连接。
25.采用上述进一步方案的有益效果为：所述光伏发电装置发电通过直流变换器并联至直流母线ldc再通过逆变器和变压器输出至柔性牵引变电器子系统，实现光伏发电装置的供电。
26.进一步地，所述风力发电装置包括风力发电设备和整流器；
27.所述风力发电设备与整流器的一端连接；所述整流器的另一端作为新能源发电装置的直流输出端，并作为新能源输出模块的直流电压端分别与直流母线ldc和逆变器的直流端连接。
28.采用上述进一步方案的有益效果为：所述风力发电装置发电通过整流器并联至直流母线ldc再通过逆变器和变压器输出至柔性牵引变电器子系统，实现风力发电装置的供电。
附图说明
29.图1为本实用新型实施例中分散式新能源接入的柔性牵引供电系统的框架示意图。
30.图2为本实用新型实施例中分散式新能源接入的柔性牵引供电系统的柔性牵引变压器子系统接入新能源示意图。
31.图3为本实用新型实施例中分散式新能源接入的柔性牵引供电系统的新能源供电图。
32.图4为本实用新型实施例中的新能源输出模块示意图。
具体实施方式
33.下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。
34.如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，本实用新型提供一种分散式新能源接入的柔性牵引供电系统，包括柔性牵引变压器子系统和新能源发电子系统；
35.所述柔性牵引变压器子系统的一侧与三相电网连接；所述柔性牵引变压器子系统的另一侧与牵引网连接；所述柔性牵引变压器子系统的新能源接入侧与新能源发电子系统连接；
36.如图2所示，所述柔性牵引变压器子系统包括三相变压器、多绕组变压器和三相-单相变流器；
37.所述三相变压器的原边作为柔性牵引变压器子系统的一侧与三相电网连接，且三相变压器的副边与多绕组变压器的原边连接；所述多绕组变压器的副边分别与新能源发电子系统和三相-单相变流器的输入侧连接；所述三相-单相变流器的输出侧与牵引网连接；
38.所述多绕组变压器的副边包括若干个输出端，且所述三相-单相变流器的输入侧包括若干个输入端；
39.各所述多绕组变压器副边的输出端均分别通过电感与各所述三相-单相变流器的输入端一一对应连接，且各所述多绕组变压器副边的输出端与新能源发电子系统连接；
40.所述新能源发电子系统包括若干个新能源输出模块、直流母线ldc和储能装置ess；
41.各所述新能源输出模块的输出端分别与各所述多绕组变压器副边的输出端一一对应连接，且各新能源输出模块的直流电压端均与直流母线ldc连接；所述储能装置ess的直流端与直流母线ldc连接；
42.如图3，各所述新能源输出模块均分别包括新能源发电装置、逆变器和变压器；
43.所述新能源发电装置的直流输出端作为新能源输出模块的直流电压端分别与直流母线ldc和逆变器的直流端连接；所述逆变器的交流端与变压器的原边连接；所述变压器的副边与多绕组变压器副边的输出端一一对应连接；
44.如图4所示，所述新能源发电装置包括光伏发电装置和风力发电装置；
45.所述光伏发电装置包括光伏发电设备和直流变换器；
46.所述光伏发电设备与直流变换器的一端连接；所述直流变换器的另一端作为新能源发电装置的直流输出端，并作为新能源输出模块的直流电压端分别与直流母线ldc和逆变器的直流端连接；
47.所述风力发电装置包括风力发电设备和整流器；
48.所述风力发电设备与整流器的一端连接；所述整流器的另一端作为新能源发电装置的直流输出端，并作为新能源输出模块的直流电压端分别与直流母线ldc和逆变器的直流端连接。
49.如图3所示，在本实用新型的实用实例中，本实用新型提供一种分散式新能源接入的柔性牵引供电系统，所述柔性牵引变压器子系统包括一台三相变压器，一台多绕组变压器和一组三相-单相变流器，所述多绕组变压器有n个三相输出电压端口具体记为端口uabc1、端口uabc2、端口uabc3、
…
、端口uabcn；在变电所附近设置n个新能源发电装置，分别记为新能源发电装置g1、新能源发电装置g2、新能源发电装置g3、
…
、新能源发电装置gn；每个新能源发电装置的输出电压都汇集至直流汇流母线ldc，再于直流母线ldc上接出n个dc/ac逆变器，记为逆变器inv1、逆变器inv2、逆变器inv3、
…
、逆变器invn；所述逆变器inv1、逆变器inv2、逆变器inv3、
…
、逆变器invn分别经过变压器1#、变压器2#、变压器3#、
…
、变压器n#接入对应的端口uabc1、端口uabc2、端口uabc3、
…
、端口uabcn，其中，n等于n且大于等于2；在牵引变电所处设置储能装置ess，储能装置ess与直流汇流母线ldc相连；所述新能源发电装置g1、新能源发电装置g2、新能源发电装置g3、
…
、新能源发电装置gi不限于风力发电系统、光伏发电系统中的一种或几种；本实施例中，各新能源发电装置采用就近原则，根据当地的地势走向来设置以此充分利用可再生能源。
50.本实用新型的工作原理为：结合变电所周围地势和再生能源特点，将多个新能源发电装置汇集到直流母线，再通过逆变器和变压器分散接入柔性牵引变压器内部的多绕组变压器的输出端；通过适当的控制策略可以实现直流母线电压和逆变器输出电压稳定，由此保证变压器的输出电压误差最小；同时，预留的直流母线方便接入储能装置，储能装置有效减少了“弃风、弃光”现象，提高了新能源利用率且具有平抑功率的作用。
51.本实用新型的有益效果为：本实用新型针对变电所位置分散的情况，采用多个逆变器和变压器配合将多个新能源发电装置分散接入牵引变电所内的柔性牵引变压器内部，从而解决了既有新能源并网对三相电网110kv造成的电能质量问题，也解决了将新能源发电系统接入牵引供电系统的问题；本实用新型将新能源发电系统在直流母线上与储能装置并接，新能源发电可以直接传输功率给柔性牵引变压器，通过后端可控变流器实现单相交流27.5kv的稳定输出；而储能装置可以减少“弃风、弃光”现象、抑制由于风光间歇性和波动性造成的功率波动。