本實用新型屬于牽引供電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高效節(jié)能的鐵路牽引供電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

光伏發(fā)電作為一種以太陽能為能量來源的新型發(fā)電方式，具有清潔、無污染、無噪聲、規(guī)?？蓸?gòu)等特點，是21世紀替代傳統(tǒng)化石能源發(fā)電的最佳選擇之一。我國的太陽能資源儲量豐富，太陽能年總輻射量大于1050kW·h/m2的地區(qū)占國土面積的96％以上，因此光伏發(fā)電在我國具有良好的發(fā)展前景，光伏發(fā)電的發(fā)展受國家政策的大力支持。

鐵路運輸企業(yè)規(guī)模龐大，具有點多線長的基本特征，擁有大量的站舍、庫房、地產(chǎn)等，如果把這些設(shè)施最大程度地利用起來，大力開發(fā)分布式光伏發(fā)電項目，即可節(jié)省大量的用電成本，又可拿到國家給予的發(fā)電補貼。將光伏電站接入鐵路牽引供電系統(tǒng)具有一次投入、長期受益、節(jié)能環(huán)保的特點，具有良好的發(fā)展前景。

鐵路牽引供電系統(tǒng)是一種將電力系統(tǒng)送來的電能轉(zhuǎn)變?yōu)檫m用于電力牽引的電能，然后分別輸送至沿鐵路線上空架設(shè)的接觸網(wǎng)，為電力機車負荷提供所需電能的供電系統(tǒng)。我國的鐵路牽引供電系統(tǒng)采用單相工頻25kV或55kV交流制，主要的供電方式有直接供電、帶回流線的直接供電、BT供電、AT供電和同軸電力電纜供電等。

在所檢國內(nèi)外公開文獻的范圍內(nèi)，光伏發(fā)電技術(shù)雖是當(dāng)前的研究熱點，但其研究主要集中在交流并網(wǎng)方面，鮮有文獻報道光伏電站接入鐵路牽引供電系統(tǒng)。目前現(xiàn)有的此類供電方案，需要數(shù)量較多的逆變器、變壓器，同時光伏發(fā)電直接接入接觸網(wǎng)可能對牽引供電系統(tǒng)的保護產(chǎn)生不利影響；并且，需要較大的光伏電站容量和較多的一次設(shè)備投資；在此類系統(tǒng)中，常采用蓄電池實現(xiàn)儲電功能，但蓄電池存在充放電功率有限、循環(huán)壽命短的問題，面對鐵路牽引負荷大功率、間歇性的特點，經(jīng)濟性不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本實用新型提出了一種高效節(jié)能的鐵路牽引供電系統(tǒng)，采用自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的發(fā)電形式，在保證牽引供電系統(tǒng)的正常運行的同時，由電網(wǎng)消費剩余電量，且結(jié)構(gòu)簡單，投資成本低。

為達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是：

包括光伏發(fā)電站、三相光伏逆變器、YNd11接線升壓變壓器、牽引變壓器、牽引供電系統(tǒng)和機車負載；

所述光伏發(fā)電站的電能輸出端口連接至三相光伏逆變器的輸入端口，所述三相光伏逆變器的輸出端口連接至YNd11接線升壓變壓器的一次側(cè)端口，所述YNd11接線升壓變壓器的二次側(cè)端口與牽引供電系統(tǒng)輸入端相連，所述牽引供電系統(tǒng)輸入端上還連接有連接至電網(wǎng)輸電線路的牽引變壓器，所述牽引供電系統(tǒng)輸出端連接至機車負載。

光伏發(fā)電站中由容量較小的單個光伏組件通過串并聯(lián)組成光伏列陣，光伏陣列中的光伏組件的串聯(lián)數(shù)和并聯(lián)數(shù)可結(jié)合單個光伏組件的功率、三相光伏逆變器的容量、光伏發(fā)電站的裝機容量、支架成本和直流線纜成本等因素綜合考慮。

所述三相光伏逆變器應(yīng)具有最大功率跟蹤(MPPT)功能，以保證光伏陣列能夠盡可能多地輸出電能。對所述三相光伏逆變器的選擇，可結(jié)合設(shè)備成本、線纜成本、施工成本等因素綜合考慮。

進一步的是，所述牽引變壓器包括相互并列的1號牽引變壓器和2號牽引變壓器。兩臺牽引變壓器互為備用，正常工作時，光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電能通過主用牽引變壓器接入系統(tǒng)。

進一步的是，所述YNd11接線升壓變壓器的一次側(cè)與三相光伏逆變器連接，YNd11接線升壓變壓器的二次側(cè)中的兩相分別與牽引供電系統(tǒng)中的兩條供電臂相連，YNd11接線升壓變壓器的第三相分別與1號牽引變壓器、2號牽引變壓器的二次側(cè)的第三相相連，且YNd11接線升壓變壓器的第三相同時與鋼軌連接，所述鋼軌接地網(wǎng)；所述1號牽引變壓器和2號牽引變壓器二次側(cè)的兩相分別與牽引供電系統(tǒng)中的兩條供電臂相連，1號牽引變壓器和2號牽引變壓器的一次側(cè)與電網(wǎng)輸電線路相連。形成三相交流供電網(wǎng)絡(luò)，以配合牽引供電系統(tǒng)使用。

進一步的是，所述YNd11接線升壓變壓器的一次側(cè)額定電壓為三相光伏逆變器的額定輸出電壓，二次側(cè)額定電壓為27.5kV或55kV。根據(jù)牽引供電要求所設(shè)定。

進一步的是，所述牽引變壓器以YNd11接線形式并入牽引供電系統(tǒng)。

YNd11接線變壓器在低壓側(cè)和高壓側(cè)均保持了三相結(jié)構(gòu)，有利于供應(yīng)牽引變電站的自用電，也為光伏發(fā)電系統(tǒng)向附近地區(qū)提供三相電力提供了可能；YNd11接線變壓器在我國使用廣泛，有比較多的工程經(jīng)驗，制造相對簡單，價格也較便宜。

進一步的是，所述牽引變壓器采用YNd11接線形式；所述牽引變壓器的一次側(cè)額定電壓為110kV或220kV，牽引變壓器的二次側(cè)額定電壓為27.5kV或55kV；所述牽引變壓器的一次側(cè)與電網(wǎng)輸電線路三相連接，牽引變壓器二次側(cè)的兩相分別與牽引供電系統(tǒng)的兩條供電臂相連，牽引變壓器二次側(cè)的第三相同時與鋼軌和YNd11接線升壓變壓器相連，所述鋼軌接地網(wǎng)。根據(jù)牽引供電系統(tǒng)和電網(wǎng)輸電線路的電壓等級需求而設(shè)定，實現(xiàn)電網(wǎng)輸電線路和牽引供電系統(tǒng)之間的電能交互。

進一步的是，還包括電能計量器，所述電能計量器分別位于牽引變壓器的高壓側(cè)與電網(wǎng)輸電線路相連的線路上。用以計算牽引供電系統(tǒng)所用電能以及計算光伏電站的余電上網(wǎng)量，從而與電力系統(tǒng)進行結(jié)算。

采用本技術(shù)方案的有益效果：

1.采用自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的發(fā)電形式，即光伏電站所發(fā)電能首先滿足機車負載的需求，當(dāng)有多余電能時，光伏電站所發(fā)電能經(jīng)過牽引變壓器饋送至高壓輸電系統(tǒng)。

2.光伏組件以光伏電站的形式布置于牽引變電所的附近，不需要另行架設(shè)天棚，使輸電線路更加整齊，降低了因各種原因?qū)е录茉O(shè)天棚損壞帶來的危險。

3.光伏組件產(chǎn)生的電能經(jīng)集中逆變、升壓后并入牽引變電所兩條供電臂的交流母線上，一個光伏電站只需一臺升壓變壓器即可接入牽引供電系統(tǒng)，能夠有效防止將光伏發(fā)電直接接入接觸網(wǎng)對牽引供電系統(tǒng)的保護產(chǎn)生的影響。

4.本實用新型對于光伏電站的容量要求無限制，且一次設(shè)備投資較少。

5.YNd11接線形式能夠適用于，變壓器在低壓側(cè)和高壓側(cè)均保持了三相結(jié)構(gòu)，有利于供應(yīng)牽引變電站的自用電，也為光伏發(fā)電系統(tǒng)向附近地區(qū)提供三相電力提供了可能；YNd11接線變壓器在我國使用廣泛，有比較多的工程經(jīng)驗，制造相對簡單，價格也較便宜。

YNd11接線變壓器在低壓側(cè)和高壓側(cè)均保持了三相結(jié)構(gòu)，有利于供應(yīng)牽引變電站的自用電，也為光伏發(fā)電系統(tǒng)向附近地區(qū)提供三相電力提供了可能；YNd11接線變壓器制造相對簡單，造價低，是我國電氣化鐵道最早使用的牽引變壓器，使用廣泛，積累了比較多的工程經(jīng)驗。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種高效節(jié)能的鐵路牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例中一種高效節(jié)能的鐵路牽引供電系統(tǒng)的具體接線圖；

圖3為本實用新型實施例中當(dāng)牽引變電站的供電范圍內(nèi)有牽引負荷且光伏電站出力大于牽引負荷時，系統(tǒng)內(nèi)的電流流向圖；

圖4為本發(fā)明實施例中當(dāng)牽引變電站的供電范圍內(nèi)有機車負載且光伏電站出力小于機車負載時，系統(tǒng)內(nèi)的電流流向圖；

圖5為本發(fā)明實施例中當(dāng)牽引變電站的供電范圍內(nèi)無機車負載時，系統(tǒng)內(nèi)的電流流向圖；

其中，11為光伏組件，12為光伏發(fā)電站，13為三相光伏逆變器，14為YNd11接線升壓變壓器，15為1號牽引變壓器，16為2號牽引變壓器，17為牽引供電系統(tǒng)，18為機車負載，19為電能計量器，20為電網(wǎng)輸電線路。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步闡述。

本實施例中，參見圖1所示，本實用新型提出了一種高效節(jié)能的鐵路牽引供電系統(tǒng)，包括光伏發(fā)電站12、三相光伏逆變器13、YNd11接線升壓變壓器14、牽引變壓器、牽引供電系統(tǒng)17和機車負載；

所述光伏發(fā)電站12的電能輸出端口連接至三相光伏逆變器13的輸入端口，所述三相光伏逆變器13的輸出端口連接至YNd11接線升壓變壓器14的一次側(cè)端口，所述YNd11接線升壓變壓器14的二次側(cè)端口與牽引供電系統(tǒng)17輸入端相連，所述牽引供電系統(tǒng)17輸入端上還連接有連接至電網(wǎng)輸電線路20的牽引變壓器，所述牽引供電系統(tǒng)17輸出端連接至機車負載。

光伏發(fā)電站12中由容量較小的單個光伏組件11通過串并聯(lián)組成光伏列陣，光伏陣列中的光伏組件11的串聯(lián)數(shù)和并聯(lián)數(shù)可結(jié)合單個光伏組件11的功率、三相光伏逆變器13的容量、光伏發(fā)電站12的裝機容量、支架成本和直流線纜成本等因素綜合考慮。

所述三相光伏逆變器13應(yīng)具有最大功率跟蹤MPPT功能，以保證光伏陣列能夠盡可能多地輸出電能。對所述三相光伏逆變器13的選擇，可結(jié)合設(shè)備成本、線纜成本、施工成本等因素綜合考慮。

作為上述實施例的優(yōu)化方案，所述牽引變壓器包括相互并列的1號牽引變壓器15和2號牽引變壓器16。兩臺牽引變壓器互為備用，正常工作時，光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電能通過主用牽引變壓器接入系統(tǒng)。

所述YNd11接線升壓變壓器的一次側(cè)與三相光伏逆變器13連接，YNd11接線升壓變壓器的二次側(cè)中的兩相分別與牽引供電系統(tǒng)17中的兩條供電臂相連，YNd11接線升壓變壓器的第三相分別與1號牽引變壓器15、2號牽引變壓器16的二次側(cè)的第三相相連，且YNd11接線升壓變壓器的第三相同時與鋼軌連接，所述鋼軌接地網(wǎng)；所述1號牽引變壓器15和2號牽引變壓器16二次側(cè)的兩相分別與牽引供電系統(tǒng)17中的兩條供電臂相連，1號牽引變壓器15和2號牽引變壓器16的一次側(cè)與電網(wǎng)輸電線路20相連。形成三相交流供電網(wǎng)絡(luò)，以配合牽引供電系統(tǒng)17使用。

所述YNd11接線升壓變壓器14的一次側(cè)額定電壓為三相光伏逆變器13的額定輸出電壓，二次側(cè)額定電壓為27.5kV或55kV。根據(jù)牽引供電要求所設(shè)定。所述牽引變壓器以YNd11接線形式并入牽引供電系統(tǒng)17。

所述牽引變壓器采用YNd11接線形式；所述牽引變壓器的一次側(cè)額定電壓為110kV或220kV，牽引變壓器的二次側(cè)額定電壓為27.5kV或55kV；所述牽引變壓器的一次側(cè)與電網(wǎng)輸電線路20三相連接，牽引變壓器二次側(cè)的兩相分別與牽引供電系統(tǒng)17的兩條供電臂相連，牽引變壓器二次側(cè)的第三相同時與鋼軌和YNd11接線升壓變壓器14相連，所述鋼軌接地網(wǎng)。根據(jù)牽引供電系統(tǒng)17和電網(wǎng)輸電線路20的電壓等級需求而設(shè)定，實現(xiàn)電網(wǎng)輸電線路20和牽引供電系統(tǒng)17之間的電能交互。

作為上述實施例的優(yōu)化方案，還包括電能計量器19，所述電能計量器19分別位于牽引變壓器的高壓側(cè)與電網(wǎng)輸電線路20相連的線路上。用以計算牽引供電系統(tǒng)17所用電能以及計算光伏電站的余電上網(wǎng)量，從而與電力系統(tǒng)進行結(jié)算。

本實用新型工作原理，如圖3-5所示：

當(dāng)牽引供電系統(tǒng)17的供電范圍內(nèi)有機車負載18時，光伏發(fā)電站12所發(fā)的電能將首先滿足機車負載18的需求，若此時光伏發(fā)電站12的出力大于機車負載18的需求，多余的電能將通過牽引變壓器饋送至電網(wǎng)輸電線路20，若此時光伏發(fā)電站12的出力小于機車負載18的需求，則不足的電能將通過牽引變壓器由電網(wǎng)輸電線路20輸送至牽引供電系統(tǒng)17；

當(dāng)牽引供電系統(tǒng)17的供電范圍內(nèi)無機車負載18時，光伏發(fā)電站12所發(fā)的全部電能將通過牽引變壓器饋送至電網(wǎng)輸電線路20。

以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。