我國電氣化鐵路發展迅速,用能持續增加,帶來的環境影響也日益加劇。充分利用鐵路沿線自然稟賦發電,服務電氣化鐵路,可滿足不斷增長的能源需求,促進“碳達峰”與“碳中和”目標的實現。光伏發電技術趨于成熟,越來越多的鐵路部門建設了鐵路沿線光伏發電項目。而在電氣化鐵路場景中,光伏發電如何穩定可靠并網并匹配機車負荷特性是亟待解決的問題。
光伏發電單相或兩相接入分相牽引供電系統的結構存在無功環流、實施復雜等問題。成果提出在牽引側三相接入光伏發電的方案,利用V/V三相—兩相變壓器構造三相交流低壓母線,而后可采用商業化程度高的三相光伏逆變器便捷地將光伏發電單元三相并聯接入低壓母線。同時,借鑒多功能逆變器,合理配置光伏逆變器正、負序(雙序)電流指令,即可實現所需控制目標。然而現有指令配置大多以滿足光伏并網功率特性為目標,而很少考慮實際負荷特性,難以匹配鐵路負荷供電需求。
因此,在光伏三相接入牽引供電系統的結構基礎上,該成果綜合考慮光伏并網和單相機車負荷特性,提供了一種如圖1所示的分相電流控制方法。該方法無需相序分離,充分利用了牽引側和光伏逆變器各相之間的對應關系,根據光伏發電并網、機車負荷供電、負序電流補償等目標的優先級來配置各相輸出電流指令,即可實現多重目標的統一控制。圖2(a)所示的電流指令方案1以機車負荷供電目標為主,圖2(b)所示的電流指令方案2以光伏功率輸出和負序電流補償目標為主。
該方案可應用于新能源電網和鐵路牽引供電系統,應用場景為鐵路沿線光伏發電站中,利于光伏發電單元穩定接入鐵路牽引供電系統,并快速匹配鐵路負荷需求進行可靠供電。
在鐵路能源使用中,電力占47%,達2.90×1011千瓦時。預計到2050年全球鐵路網將擴大到210萬公里,鐵路牽引供電需求也將達到約7.0×1011千瓦時。據測算,我國鐵路沿線光伏發電潛力高達3.16×1012千瓦時/年,因此鐵路沿線光伏發電可在很大程度上解決鐵路供電需求。且該運行控制方案在一定程度上起到了負荷負序電流補償的作用,可節省安裝補償裝置的費用。
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