[发明专利]一种应用于铁路牵引供电的超导磁储能太阳能供电方案

说明书

技术领域

本发明属于铁路牵引供电技术领域，尤其是一种将带有超导磁储能装置的太阳能发电应用于为电力机车提供牵引动力的系统。

背景技术

一年中太阳辐射到地球表面的能量，相当于人类现有各种能源在同时期内所提供能量的上万倍，成为最具应用潜力的可再生能源。我国太阳能资源主要分布在北纬22°至35°，青藏高原为资源最高值中心，同时西藏地区铁路分布稀疏，列车次数相对较少，架设长距离的牵引供电系统耗材耗力，同时没有有效利用当地丰富的太阳能源。因此，建设一个应用于铁路牵引供电的带有超导磁储能装置的太阳能发电系统具有广阔的发展前景。

太阳能电池是一种通过光射入半导体时所引起的光电效应而直接把光能转化成直流形式电能的器件，目前,单晶硅光伏电池的光能到电能的平均转换效率可达到25％上下。随着太阳能电池的发展，太阳能电池产业在快速增长，发电成本逐渐减小。但是，目前太阳能电池的转换效率仍然较低，常规储能的损耗又相对较大，因此可引入超导利用其零电阻特性制成超导储能装置在超导体线圈内无损耗地储存电能。超导储能装置可以长期无损耗地循环储能,转换效率高达95％，储能线圈通过电力电子变流器接入系统,响应返度快,可以快速充、放电,并能够独立地提供有功和无功功率,装置体积小,重量轻,建造不受地点限制,储能密度大。由于以上优点，超导储能在整个系统中具有重要的作用。

对变流器的控制是超导磁储能的核心问题。90年代初期，Lassesteer和Jalali提出了两种组合式变流器拓扑结构方案，即电流源变流器和电压源变流器。其中，采用电流源变流器，有功功率和无功功率的控制可以通过控制桥的不对称触发进行，但存在无功功率的调节范围窄以及谐波问题。由于超导线圈可以等效为一个电流源，引入直流斩波器即可构成电压源变流器，直流斩波器的控制决定电流的直流侧电压，变压器的控制侧决定输出交流电压的相位角。因此，这种电压源变流器系统可以实现较宽范围的独立有功功率和无功功率的控制。

牵引供电系统是指从电力系统或一次供电系统接受电能，通过变压、变相或换流后，向电力机车负荷提供所需电流制式的电能，并完成牵引电能传输、配电等全部功能的完整系统。我国电气化铁路采用单向工频25kV交流制。牵引供电方式主要有直接供电方式、BT供电方式、AT供电方式、直供加回流线供电方式、同轴电力电缆供电方式等。其中，直接供电方式是指牵引变电所与接触网间不设置任何防干扰设备。这种供电方式的馈电回路结构简单、造价低。目前，直接供电方式下已不设分区亭，而用两个分相绝缘器和一台隔离开关来代替。由于我国铁路沿线每两个牵引变电所之间的距离为40～60KM，为了让接触网末端的电压不低于工作电压，要求牵引变电所馈出的母线上的额定电压为27.5kV。由此可见这种供电方式其损耗相对较高，因此可以考虑利用分布式发电系统来近距离为列车提供能量。

供电方面，以CRH1型动车组为例，CRH1型动车组采用交-直-交传动，即牵引电源经过单向定频交流电压-固定直流-三相变压变频交流电压的转换后，供应交流牵引电动机并驱动列车运行。首先，后电工通过接触网接入25000V(50Hz)的高压交流电，输送给牵引变压器，降压成单向902V(50Hz)的交流电。降压后的交流电在输入整流器，2台并联的四象限脉冲整流器模块(LCM)将输入的交流电整流成两路1650V直流电，其中一台直流电再经过2台IGBT牵引逆变器模块(MCM)你变成电压和频率均可控的三相交流电，输送给牵引电动机牵引列车。

发明内容

为了克服现有技术的以上不足，本发明的目的是提供一种应用于铁路牵引供电的超导磁储能太阳能供电方案。

本发明的目的是这样实现的：

一种应用于铁路牵引供电的超导磁储能太阳能供电方案,在由太阳能电池组件、超导储能装置和电力输送装置三部分构成分布式太阳能供电铁路牵引供电系统中，利用超导磁储能装置储存的由可再生能源产生电能直接为电力机车提供牵引动力，采用如下的工作方式:

由太阳能电池板产生电能，利用串联充电将产生的电能存储于一定容量的多个超导磁储能装置中；当容量达到一定值，超导磁储能装置进入储能模式；当列车到达该区段则启动超导磁储能装置进入并联放电运行模式，这时电能将经过带有一定控制策略的变流器完成超导磁体的受控放电过程，释放三相交流电；由超导磁储能体释放的电能经过三相牵引变压器变为列车可使用的902V工频单相交流电输入接触线，经过四象限脉冲整流器、直流滤波电容器、逆变器为车载电动机供电；列车驶离该供电区段，整个装置停止输电，进入充电运行模式。