电气化铁路牵引供电系统光伏发电理论与技术

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 光伏储能技术及牵引供电系统发展概况 4

1.2.1 光伏发电技术概况 4

1.2.2 储能技术应用概况 5

1.2.3 牵引供电系统概况 6

1.3 光伏发电在铁路系统中的应用现状 8

1.3.1 光伏发电在非牵引领域中的应用 8

1.3.2 光伏发电在牵引领域中的应用 9

第2章 光伏发电系统与牵引供电系统的基本原理及建模 13

2.1 光伏发电系统基本原理 13

2.1.1 光伏发电系统基本结构 13

2.1.2 光伏阵列模型 14

2.1.3 最大功率点跟踪控制策略 16

2.1.4 光伏发电功率估算模型 19

2.2 牵引供电系统基本原理及建模 22

2.2.1 牵引供电系统基本结构 22

2.2.2 牵引变压器 23

2.2.3 牵引负荷特性 25

2.2.4 牵引供电系统电能质量 27

2.3 光伏发电系统总体接入方案 29

2.4 本章小结 29

第3章 光伏发电系统三相接入方案及其适应性分析 31

3.1 系统拓扑结构及运行特性分析 31

3.1.1 三相接入方案系统拓扑结构 31

3.1.2 光伏侧升压变压器选取及接入特性分析 32

3.1.3 三相光伏并网逆变器及其控制策略 36

3.2 三相接入方案仿真验证与分析 38

3.2.1 仿真验证 38

3.2.2 典型工况仿真分析 40

3.2.3 光伏电能倒送程度分析 44

3.3 三相接入方案实验验证与分析 45

3.3.1 铁光互补实验平台 45

3.3.2 实验验证 48

3.3.3 典型工况实验分析 51

3.4 本章小结 53

第4章 光伏发电系统背靠背接入方案及适应性分析 55

4.1 系统拓扑结构及运行特性分析 55

4.1.1 背靠背接入方案系统拓扑结构 55

4.1.2 限幅电流动态修正的系统能量分配策略 56

4.1.3 背靠背变流器及其控制策略 58

4.2 背靠背接入方案仿真验证与分析 58

4.2.1 仿真验证 58

4.2.2 典型工况仿真分析 60

4.3 最优接入方案对比 60

4.4 系统适应性分析 62

4.4.1 负序问题 62

4.4.2 无功问题 65

4.4.3 光伏电能消纳能力 66

4.5 本章小结 69

第5章 光伏接入对牵引侧的影响 70

5.1 项目建设/安装过程对牵引站的影响及应对措施 70

5.1.1 对总体设计的影响及应对措施 70

5.1.2 对既有继电保护的影响及应对措施 72

5.1.3 对电费计量方案的影响及应对措施 74

5.2 项目实施过程对牵引供电质量的影响 75

5.2.1 三相接入方案对牵引供电质量的影响 75

5.2.2 背靠背接入方案对牵引供电质量的影响 76

5.3 本章小结 76

第6章 优化治理方案研究 77

6.1 考虑电能质量综合补偿的复合优化控制策略 77

6.1.1 综合补偿机理及控制系统结构 77

6.1.2 光伏发电系统综合能量分配策略 78

6.1.3 背靠背变流器优化补偿数学模型 79

6.1.4 仿真验证与分析 81

6.2 储能系统的应用方案 83

6.2.1 锂电池及其应用形式 83

6.2.2 储能系统特性 84

6.2.3 含储能系统的控制策略 86

6.2.4 含储能系统的光伏电能利用率 89

6.3 本章小结 90

第7章 光伏储能系统的经济性评估 92

7.1 光伏储能系统的经济性模型 92

7.1.1 光伏储能系统的效率 92

7.1.2 光伏储能系统的成本模型 93

7.1.3 光伏储能系统的收益模型 94

7.1.4 光伏储能系统的衰减模型 94

7.1.5 光伏储能系统的残值 96

7.2 光伏储能系统的经济性评估方法 96

7.2.1 净现值法 96

7.2.2 经济性评估指标 97

7.3 光伏储能系统的经济性分析 98

7.3.1 系统及成本收益参数 98

7.3.2 系统参数对经济性的影响 99

7.3.3 成本参数对经济性的影响 100

7.3.4 收益参数对经济性的影响 101

7.3.5 不同配置方案对经济性的影响 102

7.4 本章小结 103

第8章 光伏发电在城市轨道交通中的应用 105

8.1 城市轨道交通概述 105

8.1.1 城市轨道交通供电系统 105

8.1.2 负荷特性 106

8.2 光伏发电在城市轨道中的并网技术 107

8.3 光伏发电在城市轨道交通中的应用方案 112

8.4 光伏发电在城市轨道交通中的应用现状 115

8.4.1 车辆段分布式光伏发电项目 115

8.4.2 地铁站/高架车站光伏发电项目 118

8.4.3 有轨电车光伏发电应用项目 119

8.4.4 车载光伏应用项目 119

8.5 本章小结 121

参考文献 1222100433B

《电气化铁路牵引供电系统光伏发电理论与技术》围绕电气化铁路牵引供电系统光伏发电理论与技术，重点针对其基本原理、拓扑结构、接入形式、系统建模、运行控制、系统适应性、对既有电气结构的影响、优化治理方案、系统经济性、相关扩展应用等问题进行了一系列研究，以期能够构建、设计并优化牵引用光伏发电系统及其关键技术，保证系统的安全、稳定、高效运行，进而为后续示范性工程及商业化应用提供一定的技术参考。

电气化铁路牵引供电系统是指供给电力机车牵引用电的供电系统。主要由牵引变电所和接触网组成。牵引变电所将发电厂经髙压输电线送来的110kV或220kV的三相交流电变换成适合于电力机车的电流与电压后，送至接触网，再由接触网向机车供电。按向机车供电的电流制式分为直流与交流。

直流制接触网电压较低，一般为1500V、3000V，很难提高，沿线每隔10〜30km须设置一个牵引变电所。交流制分为工频单相交流制及低频单相交流制。中国采用50Hz25kV工频单相交流制，随着交流网压提高及接触网构造简化，牵引变电所设置的间距已扩大至30〜70km。2100433B

牵引供电系统是将交流中压电压经降压整流变成直流1 500 V或直流750 V的电压，为电动列车提供牵引供电。它包括牵引变电所与牵引网。

牵引变电所可以分成正线牵引变电所、车辆段或停车场牵引变电所，正线牵引变电所义分为车站牵引变电所和区间牵引变电所。牵引变电所一般采用设备安装在建筑物内的形式，另外也有少量的箱式牵引变电所。作为试点，上海轨道交通5号线工程采用了箱式牵引变电所。

牵引网包括接触网与回流网。接触网有架空接触网和接触轨两种悬挂方式。大多数工程利用走行轨兼作回流网，少数工程单独设置回流轨。 2100433B

牵引供电是指拖动车辆运输所需电能的供电方式。牵引供电系统是指铁路从地方引入220（110）KV电源，通过牵引变电所降压到27.5KV送至电力机车的整个供电系统。

例如城市电车，地铁等，我们主要研究的内容是电气化铁道牵引供电系统。在我们这里简称牵引供电系统。