[发明专利]低排放安全可靠的轨道交通系统供电方法、设备和系统

说明书

本发明涉及低排放安全可靠的轨道交通系统供电方法、设备和系统。本发明涉及一种燃料电池发电技术应用于电气化轨道交通供电系统和电气化无轨电车供电系统的方法、设备和系统，提供一种基于燃料电池技术建立分布式电站为电气化线路或车站供电。对于现有非电气化线路，通过沿线布置基于燃料电池技术的分布式电站，快速方便实现电气化改造。通过多个或多组燃料电池的串并组合，再由变流装置进行升压，同时配置一定容量的蓄能装置，及输出端接变流装置，提供牵引电网所需要的功率、电压等级、供电制式的电力，同时可以提供多套冗余、或复合其他发电技术、或与电网冗余供电，满足电气化线路牵引用电需求。

技术领域

本发明属于轨道交通领域，具体涉及燃料电池发电技术应用于电气化轨道交通供电系统和电气化无轨电车供电系统的方法、设备和系统。

背景技术

为降低有害及温室气体的排放，需要减少对包括石油、煤炭等化石能源的依赖，而我 国电力大部分来自煤炭发电，采用更清洁能源如氢气、天然气等绿色能源可帮助实现上述目 的。轨道交通领域的供电系统尤其是牵引供电系统较为独立，可采用燃料电池技术进行发电， 需要基于燃料电池技术的轨道交通系统供电的方法、设备和系统。

现有的轨道交通系统供电系统和燃料电池列车存在下述问题：

1)目前国内电网电力大部分来自于化石能源燃烧发电，能源转化效率低且污染严重。电气化轨道交通系统取电来自电网，并不能保证使用清洁能源或可再生能源，对降低排放和污染作用不明显。

2)电气化线路供电从电网取电，存在安全性、可靠性和稳定性不可控的问题，同时电力质量也不能保证。

3)电气化轨道交通系统尤其是牵引供电系统，大部分为单相电制式或直流供电，采用电网供电需要考虑电网平衡和冲击问题。

4)采用燃料电池驱动的机车或列车，不适用于电气化轨道线路系统或电气化无轨电车系统担当主力牵引任务，同时机车或列车安装有储能装置，尤其是氢气罐，对乘客和司乘人员带来严重的安全风险。

5)国内轨道交通系统绝大部分实现电气化，采购的机车或列车针对此设计的，采用燃料电池驱动的机车或列车，总体替换成本昂贵。

6)采用光伏、太阳能建立分布式电站，受地理位置和环境条件等影响，不能保证持续供电或不具备条件建设。采用燃气轮机建立分布式电站，存在排放、噪音污染，且效率不够高等问题。

经专利检索，与本发明有一定关系的专利主要有以下专利：

1、申请号为“201911422806.9”、申请日为“2019-12-31”、公开号为“CN111137180A”、公开日为“2020-05-12”、名称为“一种电气化铁路牵引供电系统及方法”、申请人为“青海能高新能源有限公司微电网储能技术分公司”的中国发明专利，本申请公开了一种电气化铁路牵引供电系统及方法,所述系统包括电源单元、混合储能单元、牵引供电调节单元与牵引网单元；所述电源单元为混合储能单元充电,混合储能单元为牵引网单元供电,满足机车供电需求,所述牵引供电调节单元与牵引网单元相连,调节牵引网单元两供电臂之间的功率平衡。所述的电气化铁路牵引供电系统及方法,利用牵引供电调节单元优化牵引变压器、储能变流器的容量配置,实现混合储能单元放电满足机车/动车组用能需求时牵引变压器、储能变流器免受不对称负载影响,大幅提高了牵引变压器、储能变流器利用率,利用混合储能单元隔离电网与牵引供电单元的直接电气连接,实现电网与铁路牵引供电网的松耦合。