专利名称：一种风光互补型牵引供电电源单相供电方法
技术领域：
本发明涉及牵引供电系统供电方法，尤其是采用风能、光能互补发电的牵引供电技术领域。
背景技术：
随着电气化铁路的快速发展，2010年我国铁路电气化率已达45%。在我国北方地区，铁路时常穿越戈壁、沙漠等无人区，沿线车站及通讯中继站无电源可供接引，偏远地区电网电压等级难以满足电气化铁路的运行需求，远距离输电方式供电能力较弱且耗资较多。其次，由于牵引负荷的不对称性，大量牵引负荷接入电力系统会引起电力系统的三相不平衡，严重影响电力系统的电能质量。再次，随着高速铁路的发展，电气化铁路电分段长度增加到Ikm左右，约5%的供电区段属于无电区，严重影响了接触网的可靠性和机车运行效率。从而影响了牵引供电系统的可靠性与安全性。因此，偏远地区的电气化铁路不仅要解决牵引供电电源的接引问题，也需要解决负序问题带来的电力系统电能质量问题，还需要消除传统电气化铁路电分相对牵引供电系统安全性的影响。我国北方地区尤其是西北地区具有风能资源丰富、日照时间长等特点，国家已建立和拟建立多处风电场和太阳能发电站用以大规模开发利用风能资源和太阳能资源。目前，由于北方地区高耗能负荷较少、风电配套输电工程滞后，已建立的风电场运行时间短， 产生了较严重的风电资源浪费现象。如果利用风能资源和太阳能资源建立风光互补型发电系统直接为电气化铁路供电，不仅能为牵引供电系统提供连续稳定的电能，解决偏远地区特定区段电气化铁路的供电问题，也可以解决负序问题带来的电力系统电能质量问题，还可以消除传统电气化铁路电分相对牵引供电系统的影响。
发明内容
鉴于以上陈述的目前牵引供电系统存在的负序问题和过分相问题，本发明旨在提供一种以风光互补系统为主电源、蓄电池组为备用电源直接为电气化铁路供电的单相供电方法，使之能够解决偏远地区特定区段电气化铁路供电电源的接引问题，并抑制电气化铁路产生的负序问题对电力系统的影响，同时消除传统电气化铁路电分相对牵引供电系统的影响。本发明的目的通过如下手段来实现。风光互补型牵弓I供电电源单相供电方法由若干个单相逆变单元实现，每个单相逆变单元由单相逆变器和单相变压器组成。采用如下工作方式风电机组发出额定电压为 690V的三相交流电经整流电路和Boost电路变换为直流1200V ；光伏电池发出的直流电经 Boost电路变换为直流1200V ；1200V直流电经逆变单元逆变为单相50Hz交流电，由单相变压器升压至35KV，整套风光互补型牵引供电电源不并网运行，直接供给牵引变电所作为牵引供电电源，牵引变电所采用单相接线方式为牵引负荷供电。采用本发明的牵引供电系统，具有如下优点(1)本发明提出的风光互补型牵引供电电源单相供电方法可以使发电系统在离网运行方式下正常工作，输出为单相工频交流电，可直接作为牵引供电电源，该供电方式可以有效避免电气化铁路产生的负序问题对电力系统的影响。(2)本发明提出的风光互补型牵引供电电源单相供电方法输出为单相50Hz交流， 直接作为单相电源接入牵引变电所，变电所采用单相变压器为牵引负荷供电，有效避免了传统电气化铁路电分相对牵弓I供电系统的影响。(3)本发明提出的风光互补型牵弓I供电电源单相供电方法有助于促进新能源在牵引供电中的应用。(4)本发明提出的用于牵引供电的风光互补发电系统结构简单，成本较低且容易实现。
如下图1是风光互补发电单元结构示意图。图2是风光互补型牵引供电电源单相逆变单元结构示意图。图3是风光互补型牵引供电电源单相供电方法示意图。图4是风光互补型牵引供电电源单相供电方法应用方案示意图。
具体实施例方式本发明提出的用于牵引供电的风光互补发电系统如图1-图4所示。以下结合附图对本发明做进一步说明如图1所示，每个风光互补发电单元均由永磁直驱风力发电机组、风电机组电机侧整流器、Boost升压电路、光伏电池阵列、蓄电池组组成。1. 5MW永磁直驱风电机组发出额定电压为690V三相交流电，通过电机侧变流器和Boost升压电路变换为直流1200V。光伏电池发出直流电通Boost升压电路变换为直流1200V。风电机组和光伏电池互补发电，保持供电单元的恒定输出。蓄电池组通过充放电控制保证中间直流环节的电压稳定。如图2所示，风光互补发电单元的单相逆变器由单相全桥逆变电路和机端变压器组成。单相全桥逆变电路中，VTl和VT2的栅极信号互补，VT3和VT4的栅极信号互补，1、4 桥臂和2、3桥臂轮换导通，将直流1200V逆变为单相50Hz交流，再由单相变压器升压至35 千伏。如图3所示，η个风光互补发电单元通过η个单相逆变单元并联组成单相交流电源，直接接入牵引变电所一次侧，变电所采用单相牵引变压器给牵引负荷供电。传统供电方法是将三相电源接入牵引变电所原边，再由不同接线的牵引变压器给单相负荷供电。如图4所示，风光互补型发电系统根据本发明提供的单相供电方法，为电气化铁路供电，能量管理系统对整套发电系统进行安全可靠管理，从而实现风光互补型牵引供电电源的正常工作。本发明提供的单相供电方法将风光互补发电系统作为单相电源直接接入牵引变电所一次侧，变电所采用单相牵引变压器给牵引负荷供电，简化了牵引变压器的复杂性，消除了供电区段电气化铁路产生的负序问题和过分相问题，同时也有利于促进可再生能源在牵引供电中的应用。
权利要求
1.一种风光互补型牵引供电电源单相供电方法，由若干个单相逆变单元接入牵引变电所予以实现，每个单相逆变单元由单相逆变器和单相变压器组成，其特征在于，各单相逆变单元将1200V直流电逆变为单相50Hz交流电，直接供给牵引变电所，牵引变电所变压器采用单相接线方式为牵引负荷供电。
2.根据权利要求1所述的一种风光互补型牵引供电电源单相供电方法，其特征在于， 所述风光互补型牵引供电电源由单相逆变器直接逆变为单相50Hz交流电，由单相变压器升压至35kV。
3.根据权利要求1所述的一种风光互补型牵引供电电源单相供电方法，其特征在于， 所述牵引变电所采用单相接线方式为牵引负荷供电。
全文摘要
本发明公开了一种风光互补型牵引供电电源单相供电方法，所述风光互补型牵引供电电源单相供电方法采用如下工作方式风电机组发出额定电压为690V的三相交流电经整流电路和Boost电路变换为直流1200V；光伏电池发出的直流电经Boost电路变换为直流1200V；1200V直流电经逆变单元逆变为单相50Hz交流电，由单相变压器升压至35kV，直接供给牵引变电所作为牵引供电电源，牵引变电所采用单相接线方式为牵引负荷供电。本发明的供电方法将风光互补发电系统作为单相电源直接接入牵引变电所一次侧，简化了牵引变压器的复杂性，消除了供电区段电气化铁路产生的负序问题和过分相问题，同时也有利于促进可再生能源在牵引供电中的应用。
文档编号H02M7/5387GK102244478SQ20111019571
公开日2011年11月16日 申请日期2011年7月13日 优先权日2011年7月13日
发明者廖兴林, 李中西, 李聪, 杨佳, 段晚晴, 王砚帛, 褚召伟, 覃六生, 谭永东, 鲁小兵 申请人:西南交通大学