CN110460077A - 一种用于城轨牵引网的新能源供电***及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于城轨牵引网的新能源供电***及控制方法，包括位于线路中段的独立储能***和位于线路末端车辆段或停车场的风光储联合发电***；根据离线预测数据、历史数据得到负荷预测功率和期望峰谷值，再基于城轨行车数据判断是否有负荷；根据实时电压判断运行工况，比较下一时刻负荷预测功率与期望峰谷值的大小判断是否为负荷运行峰谷状态，通过判断结果确定不同的控制策略，实现对独立储能***中的储能装置、风光储联合发电***中的风光联合发电装置及储能装置的有效控制。本发明不仅能促进当地风光等可再生能源的消纳，改善网压波动，有效回收再生制动能量的同时对负荷进行削峰填谷，降低城轨运营成本，具有良好的经济效益。

Description

一种用于城轨牵引网的新能源供电***及控制方法
技术领域
本发明属于城市轨道牵引供电技术领域，特别是涉及一种用于城轨牵引网的新能源供电***及控制方法。
背景技术
随着我国城市化进程加快，城市轨道交通在各大中城市得到了快速全面的发展。截至2017年底，中国内地共计34个城市开通城市轨道交通并投入运营，预计到2020年我国将有50余座城市开通运营，运营线路长度超过6000km。同时，城轨作为城市的主要耗能大户，其高速发展带来的节能问题与环保问题不容小觑。其中，牵引负荷耗能约占城轨总耗能的55％。为实现节能降耗，将新能源接入城市轨道交通牵引供电***势在必行，不仅促进再生制动能量的回收，还可对负荷进行削峰填谷，能降低城轨运营成本，促进当地可再生能源的消纳。
众多能源形式中，以风能和太阳能最为突出且应用最广，城市轨道交通沿线的大面积车辆段与停车场，室外高架车站、高架区间及地铁出入口等为其接入提供了地理条件。但风能和太阳能发电均具有一定的间歇性和随机性，独立运行利用效率低，未能提供稳定的能量输出。考虑将风力发电***与光伏发电***相结合，由于二者在时间和季节上具备天然的互补性，则可缓解输出的波动性，使***运行更加稳定。另外，城市轨道交通机车本身是一个冲击较大的功率源，频繁起动、制动对网压及风光设备造成极大冲击，须加入储能装置配合风光联合***，减小弃光弃风，对牵引***产生的再生制动能量进行回收和利用，实现能量利用的最大化；同时通过储能实现削峰填谷，平抑网压的波动。
目前未对风-光-储联合发电***在城市轨道交通的研究及应用，工程应用主要集中在光伏并入交流网(35kV/33kV或400V)侧或储能并入牵引网直流(750V或1500V)侧。风-光-储***直接接入直流牵引供电***在理论上具有节能效果明显、线路损耗小、谐波污染问题不突出的优点。但城轨负荷的剧烈波动将直接对***造成冲击，新能源发电具有不确定性，控制相对复杂，双方能否良好适应面临挑战。
现已有学者对光伏/储能并入牵引网开了初步研究，尚未见风-光-储多能互补结构接入城轨供电***；现有研究集中在单变电所下***的拓扑结构及控制策略等，分析过程中未考虑整条线路的能量流动情况，对于整条线路的新能源发电***结构鲜有文献提及；现有研究中，未考虑利用储能回收再生制动能量同时对负荷早晚高峰进行削峰填谷。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种用于城轨牵引网的新能源供电***及控制方法，有效利用风、光、储三种资源的优势互补提升供电可靠性，利用储能对负荷进行削峰填谷，高效回收再生制动能量，促进节能减排和新能源消纳；不仅能促进当地风光等可再生能源的消纳，改善网压波动，有效回收再生制动能量的同时对负荷进行削峰填谷，降低城轨运营成本，具有良好的经济效益。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于城轨牵引网的新能源供电***的控制方法，城轨牵引网的新能源供电***包括位于线路中段的中间牵引变电所处的独立储能***和位于线路末端车辆段或停车场变电所处的风光储联合发电***；所述城轨牵引网的新能源供电***的控制方法包括对独立储能***和风光储联合发电***的控制策略，包括步骤：
根据离线预测数据、历史数据得到负荷预测功率和期望峰谷值，再基于城轨行车数据判断是否有负荷；
采集实时运行数据，根据实时电压判断运行工况，比较下一时刻负荷预测功率与期望峰谷值的大小判断是否为负荷运行峰谷状态，通过判断结果确定不同的控制策略；
根据上述步骤分别建立独立储能***和风光储联合发电***的控制策略，实现对独立储能***中的储能设备、风光储联合发电***中的风光联合发电装置及储能装置的有效控制。
进一步的是，所述独立储能***，安装于城轨牵引供电***线路中段的牵引变电所，通过双向DC/DC变换器并联接入整流机组直流侧的牵引直流母线，其控制方法包括下列步骤：
S101,数据的采集与预测：历史数据预测：根据近期牵引变电所运行的历史数据预测当日全时刻负荷功率Pload，得到预测期望峰值Ppeak和期望谷值Pval；实时数据采集：采集t＝T时牵引直流母线电压U、储能状态的荷电状态SOC及健康状态SOH值的实时数据；
S102,通过中央综合监控中心获得的行车数据，确定所述独立储能***设置处的相邻两牵引变电所间是否有负荷；若无，执行步骤S103，否则，执行步骤S104；
S103,独立储能***不动作，电网维持线路空载损耗或向负荷供能；
S104,判断牵引直流母线电压U是否小于牵引网的电压阈值下限Umin；若是，执行步骤S105，否则执行步骤S106；
S105,判断SOC>SOCmin是否成立，SOCmin为储能荷电状态下限值；若是，独立储能***向负荷供电，使电网提供的功率降低，实现削峰，缺额由电网补足；否则，执行步骤S103；
S106,判断牵引直流母线电压U是否大于牵引网的电压阈值上限Umax；若是，执行步骤S107；否则，执行步骤S108；
S107,判断SOC＜SOCmax是否成立，SOCmax为储能荷电状态上限值；若是，整流机组关断，电网停止向负荷供能，独立储能***吸收机车产生的再生制动能量；否则，执行步骤S103；
S108,根据全时刻功率预测数据，判断t＝T+1时刻负荷是否处于运行高峰状态，即Pload＞Ppeak是否成立；若是，独立储能***进入预充电模式，电网为独立储能***充电，需满足SOC＜SOCmax的充电条件，以便在负荷高峰时刻放电，提升牵引网电压；否则，执行步骤S109；
S109,根据预测数据，判断t＝T+1时刻负荷是否处于运行低谷状态，即Pload<Pval是否成立；若是，储能***进入预放电模式，对储能***电能进行消纳处理，需满足SOC>SOCmin的放电条件，以便负荷低谷时吸收电能，降低网压；否则，执行步骤S103；
S110,T累计加1并判断T是否小于终止时刻T0；若是，更新时刻t，将累计得到的T值赋给t，跳转至步骤S101；否则，结束运行。
进一步的是，所述风光储联合发电***包括风光联合发电***和储能装置，安装于线路末端车辆段或停车场，通过变换器就近并联接入牵引变电所整流机组直流侧的牵引直流母线，其控制方法包括步骤：
S201,历史数据预测：根据近期牵引变电所运行的历史数据预测当日全时刻负荷功率，预测削峰填谷期望值包括期望峰值Ppeak和期望谷值Pval；实时数据采集：包括t＝T时刻负荷功率Pload(T)、牵引直流母线电压U、风机出力功率Pwind、光伏出力功率Ppv、储能状态的荷电状态SOC及健康状态SOH值的实测数据；
S202,判断风光联合发电***是否出力，即Pwind+Ppv＞0是否成立；若是，执行步骤S203；否则，执行独立储能***的控制方法运行步骤；
S203,通过中央综合监控中心获得的行车数据，确定该变电所与相邻变电所间是否有负荷；若无，执行步骤S204，否则，执行步骤S205；
S204,判断SOC＜SOCmax是否成立，SOCmax为储能荷电状态上限值；若是，风光联合发电***给储能装置充电，如果能量有剩余则进行消纳处理；否则，储能装置不动作，风光联合发电***所发电能进行消纳处理；
S205,判断牵引直流母线电压U是否大于牵引网的电压阈值上限Umax，即U>Umax；若是，辅助机车制动产生的再生电能向储能装置充电，需满足SOC＜SOCmax的充电条件，风光联合发电***不向负荷和储能装置供电，所发电能进行消纳处理；若否，执行步骤S206；
S206,判断牵引直流母线电压U是否小于牵引网的电压阈值小限Umin，即U<Umin；若是，判断Pload(T)是否Pwind+Ppv的大小，若前者大于后者，则风光联合发电***和储能***均给负荷供电，需满足SOC>SOCmin的放电条件，缺额由电网补足；若前者小于后者，则风光联合发电***能量供给负荷后有剩余，风光联合发电***给牵引负荷供电，剩余电能向储能装置充电，需满足SOC＜SOCmax的充电条件，若还有剩余，电能进行消纳处理；若否，执行步骤S207；
S207,根据全时刻功率预测数据，判断t＝T+1时刻负荷是否处于运行高峰状态，即判断预测功率Pload(T+1)＞Ppeak是否成立；若是，风光联合发电***向负荷供电，缺额由电网补足；储能装置进入预充电模式，电网为储能装置充电，需满足SOC＜SOCmax的充电条件，以便在下一时刻负荷高峰运行时放电；若否，执行步骤S208；
S208,根据预测数据，判断t＝T+1时刻负荷是否处运行低谷状态，即判断预测功率Pload(T+1)＜Pval是否成立；若是，风光联合发电***向负荷供电，缺额由电网补足，储能装置进入预放电模式，电网为储能装置充电，需满足SOC>SOCmin的放电条件，以便在下一时刻吸收电能；若否，风光联合发电***和储能***依次向负荷供电，需满足SOC>SOCmin的放电条件，缺额由电网补足；
S209,T累计加1并判断T是否小于终止时刻T0；若是，更新时刻t，将累计得到的T值赋给t，跳转至步骤S201；否则，结束运行。
另一方面，本发明还提供了一种用于城轨牵引网的新能源供电***，包括城市电网(1)、主变电所(2)、储能牵引变电所(3)，风光储牵引变电所(4)、直流牵引母线(5)和牵引网；所述主变电所(2)从城市电网(1)取电，所述主变电所(2)通过电压变换将电能输送给沿线牵引变电所；所述沿线牵引变电所包括分为位于线路中段储能牵引变电所(3)，以及位于线路末端的车辆段或停车场风光储牵引变电所(4)；
在储能牵引变电所(3)处安装有独立储能***(8)，在所述风光储牵引变电所(4)处安装有风光储联合发电***(9)，所述储能牵引变电所(3)和所述风光储牵引变电所(4)均接入各自的牵引直流母线；所述储能牵引变电所(3)通过整流变压器Ⅰ(101)和整流机组Ⅰ(111)连接至牵引直流母线Ⅰ(51)；所述风光储牵引变电所(4)通过整流变压器Ⅱ(102)和整流机组Ⅱ(112)连接至牵引直流母线Ⅱ(52)；所述牵引直流母线Ⅰ(51)和牵引直流母线Ⅱ(52)均与牵引网相联。
进一步的是，所述的独立储能***(8)包括储能设备(81)、双向DC/DC变换器(82)及储能能量控制器(83)；所述储能设备(81)与双向DC/DC变换器(82)相连，所述双向DC/DC变换器(82)输出侧接入牵引直流母线Ⅰ(51)；所述储能能量控制器(83)与双向DC/DC变换器(82)通信连接，通过控制双向DC/DC变换器(82)实现对储能装置能量的合理输出与储存。
进一步的是，所述风光储联合发电***(9)包括风力发电装置(91)、光伏发电装置(92)、储能装置(93)和综合控制器(94)，所述风力发电装置(91)、光伏发电装置(92)以及储能装置(93)相互并联连接后接入至牵引直流母线Ⅱ(52)，所述综合控制器(94)分别于风力发电装置(91)、光伏发电装置(92)和储能装置(93)的控制端相连接，控制风力发电装置(91)、光伏发电装置(92)和储能装置(93)工作状态，实时协调风光储联合发电***(9)的出力；实现整个***能量的合理高效利用，同时完成风、光***的最大功率追踪及储能装置的状态监测。
进一步的是，所述风力发电装置(91)包括风轮(911)、齿轮机(912)、风力发电机(913)及AC/DC变换器(914)；所述风轮(911)在风力作用下产生动能，通过齿轮机(912)传递给风力发电机(913)，使风力发电机(913)得到相应转速发出交流电，所述AC/DC变换器(914)将所得交流电变换成满足并网要求的直流电，接入牵引直流母线Ⅱ(52)；所述综合控制器(94)对AC/DC变换器(414)进行控制。
进一步的是，所述光伏发电装置(92)包括光伏组件(921)和DC/DC变换器(922)，所述DC/DC变换器(922)将光伏组件(921)所发电能做电压变换并入牵引直流母线Ⅱ(52)；所述综合控制器(94)对DC/DC变换器(922)进行控制。
进一步的是，所述储能装置(93)包括储能单元(931)和储能DC/DC变换器(932)，所述储能单元(931)通过储能DC/DC变换器(932)并入牵引直流母线Ⅱ(52)；所述综合控制器(94)对储能DC/DC变换器(932)进行控制。
进一步的是，所述牵引网包括接触网(6)和钢轨(7)，机车置于接触网(6)和钢轨(7)之间；所述牵引直流母线Ⅰ(51)和牵引直流母线Ⅱ(52)的正母线与接触网(6)相联，所述牵引直流母线Ⅰ(51)和牵引直流母线Ⅱ(52)的负母线与钢轨(7)相联。
采用本技术方案的有益效果：
本发明充分考虑城市轨道交通实际地理情况，在城轨整条供电线路牵引变电所处安装不同形式的新能源装置，并采用不同控制方法分别控制。对车辆段/停车场处风-光-储发电装置进行协同控制、按需分配出力，对线路中段独立储能发电装置合理规划能量流动，实现整段线路***电能的高效利用。
本发明采用风能-太阳能-储能多能互补的联合发电装置，相较于光伏储能发电***，加入风力发电一定程度上可降低储能容量，减小初始投资。同时，风光出力互补，减小输出的波动性，增加供电可靠性。
本发明充分利用城轨负荷特点：机车起停频繁，再生制动能量较多的特点，利用储能装置进行回收利用；早晚高峰负荷量大且时间固定，通过储能设备进行削峰填谷，具有经济效益。
本发明光伏发电为城轨直流牵引网提供电能，储能技术配合光伏发电***，既可以对制动能量回收，避免网压抬升超限，改善电压质量的同时具有一定经济效益；储能装置在光伏发电不足、网压太低时释放功率，在光伏发电充足而负荷较小时储存能量，起到削峰填谷稳定网压的作用，弥补光伏发电时间集中的缺陷，避免弃光，也缓解由光伏出力的波动性和间歇性对***造成的影响，有利于实现清洁能源的就地消纳，又能改善牵引供电***运行的电能质量，有利于改善城市轨道交通能耗结构，降低城轨运营成本，具有环保效益和经济效益，实现轨道交通的节能减排、绿色可持续发展。
附图说明
图1为本发明的一种用于城轨牵引网的新能源供电***及控制方法流程示意图；
图2为本发明实施例中独立储能***控制策略的方法流程图；
图3为本发明实施例中风光储联合发电***控制策略的方法流程示意图；
图4为本发明的一种用于城轨牵引网的新能源供电***及控制方法的结构示意图；
图5为本发明实施例中独立储能***的拓扑结构示意图；
图6为本发明实施例中风光储联合发电***的拓扑结构示意图；
其中，1是城市电网，2是主变电所，3是储能牵引变电所，4是风光储牵引变电所，51是牵引直流母线Ⅰ，52是牵引直流母线Ⅱ，6是接触网，7是钢轨，8是独立储能***，9是风光储联合发电***，101是整流变压器Ⅰ，102是整流变压器Ⅱ，111是整流机组Ⅰ，112是整流机组Ⅱ；81是储能设备，82是双向DC/DC变换器，83是储能能量控制器；91是风力发电装置，92是光伏发电装置，93是储能装置，94是综合控制器；911是风轮，912是齿轮机，913是风力发电机，914是AC/DC变换器；921是光伏组件，922是DC/DC变换器；931是储能单元，932是储能DC/DC变换器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。
在本实施例中，参见图1所示，一种用于城轨牵引网的新能源供电***的控制方法，城轨牵引网的新能源供电***包括位于线路中段的中间牵引变电所处的独立储能***和位于线路末端车辆段或停车场变电所处的风光储联合发电***；所述城轨牵引网的新能源供电***的控制方法包括对独立储能***和风光储联合发电***的控制策略，包括步骤：
根据离线预测数据、历史数据得到负荷预测功率和期望峰谷值，再基于城轨行车数据判断是否有负荷；
采集实时运行数据，根据实时电压判断运行工况，比较下一时刻负荷预测功率与期望峰谷值的大小判断是否为负荷运行峰谷状态，通过判断结果确定不同的控制策略；
根据上述步骤分别建立独立储能***和风光储联合发电***的控制策略，实现对独立储能***中的储能设备、风光储联合发电***中的风光联合发电装置及储能装置的有效控制。
作为上述实施例的优化方案，如图2所示，所述独立储能***，安装于城轨牵引供电***线路中段的牵引变电所，通过双向DC/DC变换器并联接入整流机组直流侧的牵引直流母线，其控制方法包括下列步骤：
S101,数据的采集与预测：历史数据预测：根据近期牵引变电所运行的历史数据预测当日全时刻负荷功率Pload，得到预测期望峰值Ppeak和期望谷值Pval；实时数据采集：采集t＝T时牵引直流母线电压U、储能状态的荷电状态SOC及健康状态SOH值的实时数据；
S102,通过中央综合监控中心获得的行车数据，确定所述独立储能***设置处的相邻两牵引变电所间是否有负荷；若无，执行步骤S103，否则，执行步骤S104；
S103,独立储能***不动作，电网维持线路空载损耗或向负荷供能；
S104,判断牵引直流母线电压U是否小于牵引网的电压阈值下限Umin；若是，执行步骤S105，否则执行步骤S106；
S105,判断SOC>SOCmin是否成立，SOCmin为储能荷电状态下限值；若是，独立储能***向负荷供电，使电网提供的功率降低，实现削峰，缺额由电网补足；否则，执行步骤S103；
S106,判断牵引直流母线电压U是否大于牵引网的电压阈值上限Umax；若是，执行步骤S107；否则，执行步骤S108；
S107,判断SOC＜SOCmax是否成立，SOCmax为储能荷电状态上限值；若是，整流机组关断，电网停止向负荷供能，独立储能***吸收机车产生的再生制动能量；否则，执行步骤S103；
S108,根据全时刻功率预测数据，判断t＝T+1时刻负荷是否处于运行高峰状态，即Pload＞Ppeak是否成立；若是，独立储能***进入预充电模式，电网为独立储能***充电，需满足SOC＜SOCmax的充电条件，以便在负荷高峰时刻放电，提升牵引网电压；否则，执行步骤S109；
S109,根据预测数据，判断t＝T+1时刻负荷是否处于运行低谷状态，即Pload<Pval是否成立；若是，储能***进入预放电模式，对储能***电能进行消纳处理，需满足SOC>SOCmin的放电条件，以便负荷低谷时吸收电能，降低网压；否则，执行步骤S103；
S110,T累计加1并判断T是否小于终止时刻T0；若是，更新时刻t，将累计得到的T值赋给t，跳转至步骤S101；否则，结束运行。
作为上述实施例的优化方案，如图3所示，所述风光储联合发电***包括风光联合发电***和储能装置，安装于线路末端车辆段或停车场，通过变换器就近并联接入牵引变电所整流机组直流侧的牵引直流母线，其控制方法包括步骤：
S201,历史数据预测：根据近期牵引变电所运行的历史数据预测当日全时刻负荷功率，预测削峰填谷期望值包括期望峰值Ppeak和期望谷值Pval；实时数据采集：包括t＝T时刻负荷功率Pload(T)、牵引直流母线电压U、风机出力功率Pwind、光伏出力功率Ppv、储能状态的荷电状态SOC及健康状态SOH值的实测数据；
S202,判断风光联合发电***是否出力，即Pwind+Ppv＞0是否成立；若是，执行步骤S203；否则，执行独立储能***的控制方法运行步骤；
S203,通过中央综合监控中心获得的行车数据，确定该变电所与相邻变电所间是否有负荷；若无，执行步骤S204，否则，执行步骤S205；
S204,判断SOC＜SOCmax是否成立，SOCmax为储能荷电状态上限值；若是，风光联合发电***给储能装置充电，如果能量有剩余则进行消纳处理；否则，储能装置不动作，风光联合发电***所发电能进行消纳处理；
S205,判断牵引直流母线电压U是否大于牵引网的电压阈值上限Umax，即U>Umax；若是，辅助机车制动产生的再生电能向储能装置充电，需满足SOC＜SOCmax的充电条件，风光联合发电***不向负荷和储能装置供电，所发电能进行消纳处理；若否，执行步骤S206；
S206,判断牵引直流母线电压U是否小于牵引网的电压阈值小限Umin，即U<Umin；若是，判断Pload(T)是否Pwind+Ppv的大小，若前者大于后者，则风光联合发电***和储能***均给负荷供电，需满足SOC>SOCmin的放电条件，缺额由电网补足；若前者小于后者，则风光联合发电***能量供给负荷后有剩余，风光联合发电***给牵引负荷供电，剩余电能向储能装置充电，需满足SOC＜SOCmax的充电条件，若还有剩余，电能进行消纳处理；若否，执行步骤S207；
S207,根据全时刻功率预测数据，判断t＝T+1时刻负荷是否处于运行高峰状态，即判断预测功率Pload(T+1)＞Ppeak是否成立；若是，风光联合发电***向负荷供电，缺额由电网补足；储能装置进入预充电模式，电网为储能装置充电，需满足SOC＜SOCmax的充电条件，以便在下一时刻负荷高峰运行时放电；若否，执行步骤S208；
S208,根据预测数据，判断t＝T+1时刻负荷是否处运行低谷状态，即判断预测功率Pload(T+1)＜Pval是否成立；若是，风光联合发电***向负荷供电，缺额由电网补足，储能装置进入预放电模式，电网为储能装置充电，需满足SOC>SOCmin的放电条件，以便在下一时刻吸收电能；若否，风光联合发电***和储能***依次向负荷供电，需满足SOC>SOCmin的放电条件，缺额由电网补足。
S209,T累计加1并判断T是否小于终止时刻T0；若是，更新时刻t，将累计得到的T值赋给t，跳转至步骤S201；否则，结束运行。
为配合本发明方法的实现，基于相同的发明构思，如图4所示，本发明还提供了一种用于城轨牵引网的新能源供电***，包括城市电网1、主变电所2、储能牵引变电所3，风光储牵引变电所4、直流牵引母线5和牵引网；所述主变电所2从城市电网1取电，所述主变电所2通过电压变换将电能输送给沿线牵引变电所；所述沿线牵引变电所包括分为位于线路中段储能牵引变电所3，以及位于线路末端的车辆段或停车场风光储牵引变电所4；
在储能牵引变电所3处安装有独立储能***8，在所述风光储牵引变电所4处安装有风光储联合发电***9，所述储能牵引变电所3和所述风光储牵引变电所4均接入各自的牵引直流母线；所述储能牵引变电所3通过整流变压器Ⅰ101和整流机组Ⅰ111连接至牵引直流母线Ⅰ51；所述风光储牵引变电所4通过整流变压器Ⅱ102和整流机组Ⅱ112连接至牵引直流母线Ⅱ52；所述牵引直流母线Ⅰ51和牵引直流母线Ⅱ52均与牵引网相联。
作为上述实施例的优化方案，如图5所示，所述的独立储能***8包括储能设备81、双向DC/DC变换器82及储能能量控制器83；所述储能设备81与双向DC/DC变换器82相连，所述双向DC/DC变换器82输出侧接入牵引直流母线Ⅰ51；所述储能能量控制器83与双向DC/DC变换器82通信连接，通过控制双向DC/DC变换器82实现对储能装置能量的合理输出与储存。
作为上述实施例的优化方案，如图6所示，所述风光储联合发电***9包括风力发电装置91、光伏发电装置92、储能装置93和综合控制器94，所述风力发电装置91、光伏发电装置92以及储能装置93相互并联连接后接入至牵引直流母线Ⅱ52，所述综合控制器94分别于风力发电装置91、光伏发电装置92和储能装置93的控制端相连接，控制风力发电装置91、光伏发电装置92和储能装置93工作状态，实时协调风光储联合发电***9的出力；实现整个***能量的合理高效利用，同时完成风、光***的最大功率追踪及储能装置的状态监测。
其中，所述风力发电装置91包括风轮911、齿轮机912、风力发电机913及AC/DC变换器914；所述风轮911在风力作用下产生动能，通过齿轮机912传递给风力发电机913，使风力发电机913得到相应转速发出交流电，所述AC/DC变换器914将所得交流电变换成满足并网要求的直流电，接入牵引直流母线Ⅱ52；所述综合控制器94对AC/DC变换器414进行控制。
其中，所述光伏发电装置92包括光伏组件921和DC/DC变换器922，所述DC/DC变换器922将光伏组件921所发电能做电压变换并入牵引直流母线Ⅱ52；所述综合控制器94对DC/DC变换器922进行控制。
其中，所述储能装置93包括储能单元931和储能DC/DC变换器932，所述储能单元931通过储能DC/DC变换器932并入牵引直流母线Ⅱ52；所述综合控制器94对储能DC/DC变换器932进行控制。
作为上述实施例的优化方案，所述牵引网包括接触网6和钢轨7，机车置于接触网6和钢轨7之间；所述牵引直流母线Ⅰ51和牵引直流母线Ⅱ52的正母线与接触网6相联，所述牵引直流母线Ⅰ51和牵引直流母线Ⅱ52的负母线与钢轨7相联。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明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发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明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发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于城轨牵引网的新能源供电***的控制方法，其特征在于，城轨牵引网的新能源供电***包括位于线路中段的中间牵引变电所处的独立储能***和位于线路末端车辆段或停车场变电所处的风光储联合发电***；所述城轨牵引网的新能源供电***的控制方法包括对独立储能***和风光储联合发电***的控制策略，包括步骤：
根据离线预测数据、历史数据得到负荷预测功率和期望峰谷值，再基于城轨行车数据判断是否有负荷；
采集实时运行数据，根据实时电压判断运行工况，比较下一时刻负荷预测功率与期望峰谷值的大小判断是否为负荷运行峰谷状态，通过判断结果确定不同的控制策略；
根据上述步骤分别建立独立储能***和风光储联合发电***的控制策略，实现对独立储能***中的储能设备、风光储联合发电***中的风光联合发电装置及储能装置的有效控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于城轨牵引网的新能源供电***的控制方法，其特征在于，所述独立储能***，安装于城轨牵引供电***线路中段的牵引变电所，通过双向DC/DC变换器并联接入整流机组直流侧的牵引直流母线，其控制方法包括下列步骤：
S101,数据的采集与预测：历史数据预测：根据近期牵引变电所运行的历史数据预测当日全时刻负荷功率Pload，得到预测期望峰值Ppeak和期望谷值Pval；实时数据采集：采集t＝T时牵引直流母线电压U、储能状态的荷电状态SOC及健康状态SOH值的实时数据；
S102,通过中央综合监控中心获得的行车数据，确定所述独立储能***设置处的相邻两牵引变电所间是否有负荷；若无，执行步骤S103，否则，执行步骤S104；
S103,独立储能***不动作，电网维持线路空载损耗或向负荷供能；
S104,判断牵引直流母线电压U是否小于牵引网的电压阈值下限Umin；若是，执行步骤S105，否则执行步骤S106；
S105,判断SOC>SOCmin是否成立，SOCmin为储能荷电状态下限值；若是，独立储能***向负荷供电，使电网提供的功率降低，实现削峰，缺额由电网补足；否则，执行步骤S103；
S106,判断牵引直流母线电压U是否大于牵引网的电压阈值上限Umax；若是，执行步骤S107；否则，执行步骤S108；
S107,判断SOC＜SOCmax是否成立，SOCmax为储能荷电状态上限值；若是，整流机组关断，电网停止向负荷供能，独立储能***吸收机车产生的再生制动能量；否则，执行步骤S103；
S108,根据全时刻功率预测数据，判断t＝T+1时刻负荷是否处于运行高峰状态，即Pload＞Ppeak是否成立；若是，独立储能***进入预充电模式，电网为独立储能***充电，需满足SOC＜SOCmax的充电条件；否则，执行步骤S109；
S109,根据预测数据，判断t＝T+1时刻负荷是否处于运行低谷状态，即Pload<Pval是否成立；若是，储能***进入预放电模式，对储能***电能进行消纳处理，需满足SOC>SOCmin的放电条件；否则，执行步骤S103；
S110,T累计加1并判断T是否小于终止时刻T0；若是，更新时刻t，将累计得到的T值赋给t，跳转至步骤S101；否则，结束运行。
3.根据权利要求1所述的一种用于城轨牵引网的新能源供电***的控制方法，其特征在于，所述风光储联合发电***包括风光联合发电***和储能装置，安装于线路末端车辆段或停车场，通过变换器就近并联接入牵引变电所整流机组直流侧的牵引直流母线，其控制方法包括步骤：
S201,历史数据预测：根据近期牵引变电所运行的历史数据预测当日全时刻负荷功率，预测削峰填谷期望值包括期望峰值Ppeak和期望谷值Pval；实时数据采集：包括t＝T时刻负荷功率Pload(T)、牵引直流母线电压U、风机出力功率Pwind、光伏出力功率Ppv、储能状态的荷电状态SOC及健康状态SOH值的实测数据；
S202,判断风光联合发电***是否出力，即Pwind+Ppv＞0是否成立；若是，执行步骤S203；否则，执行独立储能***的控制方法运行步骤；
S203,通过中央综合监控中心获得的行车数据，确定该变电所与相邻变电所间是否有负荷；若无，执行步骤S204，否则，执行步骤S205；
S204,判断SOC＜SOCmax是否成立，SOCmax为储能荷电状态上限值；若是，风光联合发电***给储能装置充电，如果能量有剩余则进行消纳处理；否则，储能装置不动作，风光联合发电***所发电能进行消纳处理；
S205,判断牵引直流母线电压U是否大于牵引网的电压阈值上限Umax，即U>Umax；若是，辅助机车制动产生的再生电能向储能装置充电，需满足SOC＜SOCmax的充电条件，风光联合发电***不向负荷和储能装置供电，所发电能进行消纳处理；若否，执行步骤S206；
S206,判断牵引直流母线电压U是否小于牵引网的电压阈值小限Umin，即U<Umin；若是，判断Pload(T)是否Pwind+Ppv的大小，若前者大于后者，则风光联合发电***和储能***均给负荷供电，需满足SOC>SOCmin的放电条件，缺额由电网补足；若前者小于后者，则风光联合发电***能量供给负荷后有剩余，风光联合发电***给牵引负荷供电，剩余电能向储能装置充电，需满足SOC＜SOCmax的充电条件，若还有剩余，电能进行消纳处理；若否，执行步骤S207；
S207,根据全时刻功率预测数据，判断t＝T+1时刻负荷是否处于运行高峰状态，即判断预测功率Pload(T+1)＞Ppeak是否成立；若是，风光联合发电***向负荷供电，缺额由电网补足；储能装置进入预充电模式，电网为储能装置充电，需满足SOC＜SOCmax的充电条件，以便在下一时刻负荷高峰运行时放电；若否，执行步骤S208；
S208,根据预测数据，判断t＝T+1时刻负荷是否处运行低谷状态，即判断预测功率Pload(T+1)＜Pval是否成立；若是，风光联合发电***向负荷供电，缺额由电网补足，储能装置进入预放电模式，电网为储能装置充电，需满足SOC>SOCmin的放电条件，以便在下一时刻吸收电能；若否，风光联合发电***和储能***依次向负荷供电，需满足SOC>SOCmin的放电条件，缺额由电网补足；
S209,T累计加1并判断T是否小于终止时刻T0；若是，更新时刻t，将累计得到的T值赋给t，跳转至步骤S201；否则，结束运行。
4.一种用于城轨牵引网的新能源供电***，其特征在于，包括城市电网(1)、主变电所(2)、储能牵引变电所(3)，风光储牵引变电所(4)、直流牵引母线(5)和牵引网；所述主变电所(2)从城市电网(1)取电，所述主变电所(2)通过电压变换将电能输送给沿线牵引变电所；所述沿线牵引变电所包括分为位于线路中段储能牵引变电所(3)，以及位于线路末端的车辆段或停车场风光储牵引变电所(4)；
在储能牵引变电所(3)处安装有独立储能***(8)，在所述风光储牵引变电所(4)处安装有风光储联合发电***(9)，所述储能牵引变电所(3)和所述风光储牵引变电所(4)均接入各自的牵引直流母线；所述储能牵引变电所(3)通过整流变压器Ⅰ(101)和整流机组Ⅰ(111)连接至牵引直流母线Ⅰ(51)；所述风光储牵引变电所(4)通过整流变压器Ⅱ(102)和整流机组Ⅱ(112)连接至牵引直流母线Ⅱ(52)；所述牵引直流母线Ⅰ(51)和牵引直流母线Ⅱ(52)均与牵引网相联。
5.根据权利要求4所述的一种用于城轨牵引网的新能源供电***，其特征在于，所述的独立储能***(8)包括储能设备(81)、双向DC/DC变换器(82)及储能能量控制器(83)；所述储能设备(81)与双向DC/DC变换器(82)相连，所述双向DC/DC变换器(82)输出侧接入牵引直流母线Ⅰ(51)；所述储能能量控制器(83)与双向DC/DC变换器(82)通信连接，通过控制双向DC/DC变换器(82)实现对储能装置能量的合理输出与储存。
6.根据权利要求4所述的一种用于城轨牵引网的新能源供电***，其特征在于，所述风光储联合发电***(9)包括风力发电装置(91)、光伏发电装置(92)、储能装置(93)和综合控制器(94)，所述风力发电装置(91)、光伏发电装置(92)以及储能装置(93)相互并联连接后接入至牵引直流母线Ⅱ(52)，所述综合控制器(94)分别于风力发电装置(91)、光伏发电装置(92)和储能装置(93)的控制端相连接，控制风力发电装置(91)、光伏发电装置(92)和储能装置(93)工作状态，实时协调风光储联合发电***(9)的出力。
7.根据权利要求6所述的一种用于城轨牵引网的新能源供电***，其特征在于，所述风力发电装置(91)包括风轮(911)、齿轮机(912)、风力发电机(913)及AC/DC变换器(914)；所述风轮(911)在风力作用下产生动能，通过齿轮机(912)传递给风力发电机(913)，使风力发电机(913)得到相应转速发出交流电，所述AC/DC变换器(914)将所得交流电变换成满足并网要求的直流电，接入牵引直流母线Ⅱ(52)；所述综合控制器(94)对AC/DC变换器(414)进行控制。
8.根据权利要求6所述的一种用于城轨牵引网的新能源供电***，其特征在于，所述光伏发电装置(92)包括光伏组件(921)和DC/DC变换器(922)，所述DC/DC变换器(922)将光伏组件(921)所发电能做电压变换并入牵引直流母线Ⅱ(52)；所述综合控制器(94)对DC/DC变换器(922)进行控制。
9.根据权利要求6所述的一种用于城轨牵引网的新能源供电***，其特征在于，所述储能装置(93)包括储能单元(931)和储能DC/DC变换器(932)，所述储能单元(931)通过储能DC/DC变换器(932)并入牵引直流母线Ⅱ(52)；所述综合控制器(94)对储能DC/DC变换器(932)进行控制。
10.根据权利要求4所述的一种用于城轨牵引网的新能源供电***，其特征在于，所述牵引网包括接触网(6)和钢轨(7)，机车置于接触网(6)和钢轨(7)之间；所述牵引直流母线Ⅰ(51)和牵引直流母线Ⅱ(52)的正母线与接触网(6)相联，所述牵引直流母线Ⅰ(51)和牵引直流母线Ⅱ(52)的负母线与钢轨(7)相联。
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