專利名稱：一種風(fēng)光互補(bǔ)型牽引供電電源單相供電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及牽引供電系統(tǒng)供電方法，尤其是采用風(fēng)能、光能互補(bǔ)發(fā)電的牽引供電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電氣化鐵路的快速發(fā)展，2010年我國(guó)鐵路電氣化率已達(dá)45%。在我國(guó)北方地區(qū)，鐵路時(shí)常穿越戈壁、沙漠等無(wú)人區(qū)，沿線車站及通訊中繼站無(wú)電源可供接引，偏遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)電壓等級(jí)難以滿足電氣化鐵路的運(yùn)行需求，遠(yuǎn)距離輸電方式供電能力較弱且耗資較多。其次，由于牽引負(fù)荷的不對(duì)稱性，大量牽引負(fù)荷接入電力系統(tǒng)會(huì)引起電力系統(tǒng)的三相不平衡，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。再次，隨著高速鐵路的發(fā)展，電氣化鐵路電分段長(zhǎng)度增加到Ikm左右，約5%的供電區(qū)段屬于無(wú)電區(qū)，嚴(yán)重影響了接觸網(wǎng)的可靠性和機(jī)車運(yùn)行效率。從而影響了牽引供電系統(tǒng)的可靠性與安全性。因此，偏遠(yuǎn)地區(qū)的電氣化鐵路不僅要解決牽引供電電源的接引問題，也需要解決負(fù)序問題帶來的電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問題，還需要消除傳統(tǒng)電氣化鐵路電分相對(duì)牽引供電系統(tǒng)安全性的影響。我國(guó)北方地區(qū)尤其是西北地區(qū)具有風(fēng)能資源豐富、日照時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，國(guó)家已建立和擬建立多處風(fēng)電場(chǎng)和太陽(yáng)能發(fā)電站用以大規(guī)模開發(fā)利用風(fēng)能資源和太陽(yáng)能資源。目前，由于北方地區(qū)高耗能負(fù)荷較少、風(fēng)電配套輸電工程滯后，已建立的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行時(shí)間短， 產(chǎn)生了較嚴(yán)重的風(fēng)電資源浪費(fèi)現(xiàn)象。如果利用風(fēng)能資源和太陽(yáng)能資源建立風(fēng)光互補(bǔ)型發(fā)電系統(tǒng)直接為電氣化鐵路供電，不僅能為牽引供電系統(tǒng)提供連續(xù)穩(wěn)定的電能，解決偏遠(yuǎn)地區(qū)特定區(qū)段電氣化鐵路的供電問題，也可以解決負(fù)序問題帶來的電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問題，還可以消除傳統(tǒng)電氣化鐵路電分相對(duì)牽引供電系統(tǒng)的影響。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上陳述的目前牽引供電系統(tǒng)存在的負(fù)序問題和過分相問題，本發(fā)明旨在提供一種以風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)為主電源、蓄電池組為備用電源直接為電氣化鐵路供電的單相供電方法，使之能夠解決偏遠(yuǎn)地區(qū)特定區(qū)段電氣化鐵路供電電源的接引問題，并抑制電氣化鐵路產(chǎn)生的負(fù)序問題對(duì)電力系統(tǒng)的影響，同時(shí)消除傳統(tǒng)電氣化鐵路電分相對(duì)牽引供電系統(tǒng)的影響。本發(fā)明的目的通過如下手段來實(shí)現(xiàn)。風(fēng)光互補(bǔ)型牽弓I供電電源單相供電方法由若干個(gè)單相逆變單元實(shí)現(xiàn)，每個(gè)單相逆變單元由單相逆變器和單相變壓器組成。采用如下工作方式風(fēng)電機(jī)組發(fā)出額定電壓為 690V的三相交流電經(jīng)整流電路和Boost電路變換為直流1200V ；光伏電池發(fā)出的直流電經(jīng) Boost電路變換為直流1200V ；1200V直流電經(jīng)逆變單元逆變?yōu)閱蜗?0Hz交流電，由單相變壓器升壓至35KV，整套風(fēng)光互補(bǔ)型牽引供電電源不并網(wǎng)運(yùn)行，直接供給牽引變電所作為牽引供電電源，牽引變電所采用單相接線方式為牽引負(fù)荷供電。采用本發(fā)明的牽引供電系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明提出的風(fēng)光互補(bǔ)型牽引供電電源單相供電方法可以使發(fā)電系統(tǒng)在離網(wǎng)運(yùn)行方式下正常工作，輸出為單相工頻交流電，可直接作為牽引供電電源，該供電方式可以有效避免電氣化鐵路產(chǎn)生的負(fù)序問題對(duì)電力系統(tǒng)的影響。(2)本發(fā)明提出的風(fēng)光互補(bǔ)型牽引供電電源單相供電方法輸出為單相50Hz交流， 直接作為單相電源接入牽引變電所，變電所采用單相變壓器為牽引負(fù)荷供電，有效避免了傳統(tǒng)電氣化鐵路電分相對(duì)牽弓I供電系統(tǒng)的影響。(3)本發(fā)明提出的風(fēng)光互補(bǔ)型牽弓I供電電源單相供電方法有助于促進(jìn)新能源在牽引供電中的應(yīng)用。(4)本發(fā)明提出的用于牽引供電的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低且容易實(shí)現(xiàn)。


如下圖1是風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是風(fēng)光互補(bǔ)型牽引供電電源單相逆變單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是風(fēng)光互補(bǔ)型牽引供電電源單相供電方法示意圖。圖4是風(fēng)光互補(bǔ)型牽引供電電源單相供電方法應(yīng)用方案示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的用于牽引供電的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)如圖1-圖4所示。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明如圖1所示，每個(gè)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電單元均由永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組電機(jī)側(cè)整流器、Boost升壓電路、光伏電池陣列、蓄電池組組成。1. 5MW永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組發(fā)出額定電壓為690V三相交流電，通過電機(jī)側(cè)變流器和Boost升壓電路變換為直流1200V。光伏電池發(fā)出直流電通Boost升壓電路變換為直流1200V。風(fēng)電機(jī)組和光伏電池互補(bǔ)發(fā)電，保持供電單元的恒定輸出。蓄電池組通過充放電控制保證中間直流環(huán)節(jié)的電壓穩(wěn)定。如圖2所示，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電單元的單相逆變器由單相全橋逆變電路和機(jī)端變壓器組成。單相全橋逆變電路中，VTl和VT2的柵極信號(hào)互補(bǔ)，VT3和VT4的柵極信號(hào)互補(bǔ)，1、4 橋臂和2、3橋臂輪換導(dǎo)通，將直流1200V逆變?yōu)閱蜗?0Hz交流，再由單相變壓器升壓至35 千伏。如圖3所示，η個(gè)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電單元通過η個(gè)單相逆變單元并聯(lián)組成單相交流電源，直接接入牽引變電所一次側(cè)，變電所采用單相牽引變壓器給牽引負(fù)荷供電。傳統(tǒng)供電方法是將三相電源接入牽引變電所原邊，再由不同接線的牽引變壓器給單相負(fù)荷供電。如圖4所示，風(fēng)光互補(bǔ)型發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)本發(fā)明提供的單相供電方法，為電氣化鐵路供電，能量管理系統(tǒng)對(duì)整套發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行安全可靠管理，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)光互補(bǔ)型牽引供電電源的正常工作。本發(fā)明提供的單相供電方法將風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)作為單相電源直接接入牽引變電所一次側(cè)，變電所采用單相牽引變壓器給牽引負(fù)荷供電，簡(jiǎn)化了牽引變壓器的復(fù)雜性，消除了供電區(qū)段電氣化鐵路產(chǎn)生的負(fù)序問題和過分相問題，同時(shí)也有利于促進(jìn)可再生能源在牽引供電中的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)光互補(bǔ)型牽引供電電源單相供電方法，由若干個(gè)單相逆變單元接入牽引變電所予以實(shí)現(xiàn)，每個(gè)單相逆變單元由單相逆變器和單相變壓器組成，其特征在于，各單相逆變單元將1200V直流電逆變?yōu)閱蜗?0Hz交流電，直接供給牽引變電所，牽引變電所變壓器采用單相接線方式為牽引負(fù)荷供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)光互補(bǔ)型牽引供電電源單相供電方法，其特征在于， 所述風(fēng)光互補(bǔ)型牽引供電電源由單相逆變器直接逆變?yōu)閱蜗?0Hz交流電，由單相變壓器升壓至35kV。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)光互補(bǔ)型牽引供電電源單相供電方法，其特征在于， 所述牽引變電所采用單相接線方式為牽引負(fù)荷供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)光互補(bǔ)型牽引供電電源單相供電方法，所述風(fēng)光互補(bǔ)型牽引供電電源單相供電方法采用如下工作方式風(fēng)電機(jī)組發(fā)出額定電壓為690V的三相交流電經(jīng)整流電路和Boost電路變換為直流1200V；光伏電池發(fā)出的直流電經(jīng)Boost電路變換為直流1200V；1200V直流電經(jīng)逆變單元逆變?yōu)閱蜗?0Hz交流電，由單相變壓器升壓至35kV，直接供給牽引變電所作為牽引供電電源，牽引變電所采用單相接線方式為牽引負(fù)荷供電。本發(fā)明的供電方法將風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)作為單相電源直接接入牽引變電所一次側(cè)，簡(jiǎn)化了牽引變壓器的復(fù)雜性，消除了供電區(qū)段電氣化鐵路產(chǎn)生的負(fù)序問題和過分相問題，同時(shí)也有利于促進(jìn)可再生能源在牽引供電中的應(yīng)用。
文檔編號(hào)H02M7/5387GK102244478SQ20111019571
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者廖興林, 李中西, 李聰, 楊佳, 段晚晴, 王硯帛, 褚召偉, 覃六生, 譚永東, 魯小兵 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)