[发明专利]考虑储能的高速铁路长大坡道牵引变压器容量优化方法

说明书

本发明提供考虑储能的高速铁路长大坡道牵引变压器容量优化方法，涉及轨道交通牵引供电技术领域。考虑储能的高速铁路长大坡道牵引变压器容量优化方法，包括以下步骤：制定相对应的功率分配策略：根据功率分配策略对牵引供电系统供电臂的工况进行分类；根据对牵引供电系统供电臂的工况分类对储能装置与10kV电力系统的工作状况进行分类；根据长大坡道牵引变电所日负荷数据，对储能设备进行选型，确定合适的容量配比；根据所选设备的容量、功率、荷电状态等建立经济效益的目标函数与约束条件。通过利用储能设备与10kV系统联合配置不仅可以有效利用再生制动电能，还能削峰填谷、平滑负荷，降低牵引变压器容量进而提高系统的经济性。

技术领域

本发明涉及轨道交通牵引供电技术领域，具体为考虑储能的高速铁路长大坡道牵引变压器容量优化方法。

背景技术

截至2020年底，我国高速铁路运营里程达3.79万公里，占全世界高铁总里程的60%之多，我国高速铁路快速发展的同时，牵引供电系统运营成本也在逐渐增多，其牵引能耗占据铁路部门总能耗的2/3之多，同时由于长大坡道再生制动频繁，牵引网存在大量的再生制动能量，造成电能的浪费，因此采取改善高铁能耗较高的有效措施是我国在高速铁路发展的趋势下亟需解决的问题。

长大坡道的牵引负荷普遍具有冲击性强、随机波动大、变化频率快、峰谷差距大等特点，由于负荷峰值与两部制电价中主变压器容量计费和最大需量计费密切相关，峰值过高铁路用户将付出额外代价，同时，由于国内没有关于牵引负荷的系统运行数据，致使牵引变压器在容量设计上只能以满足牵引负荷峰值为需求边界，导致变压器容量利用率偏低，使牵引供电系统的经济性下降。因此根据牵引负荷的特点，将储能装置与10kV电力系统联合配置，对牵引变压器进行削峰填谷，平滑负荷，可以实现牵引变压器容量优化进而降低高铁部门的用电成本，提高系统经济性。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了考虑储能的高速铁路长大坡道牵引变压器容量优化方法，解决了国内没有关于牵引负荷的系统运行数据，致使牵引变压器在容量设计上只能以满足牵引负荷峰值为需求边界，导致变压器容量利用率偏低，使牵引供电系统的经济性下降的问题。

（二）技术方案

1．为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：考虑储能的高速铁路长大坡道牵引变压器容量优化方法，包括以下步骤：

S1.首先根据储能与10kV电力系统联合配置，制定相对应的功率分配策略,根据功率分配策略对牵引供电系统供电臂的工况进行分类,根据对牵引供电系统供电臂的工况分类对储能装置与10kV电力系统的工作状况进行分类。

S2.通过将铁路功率调节器添加至牵引供电系统中，实现牵引网两供电臂的能量流动。

S3.通过将双向DC/DC电路添加至牵引供电系统中的直流电路中，实现储能设备与10kV电力系统增加至牵引供电系统中，通过联合配置实现牵引变压器的容量优化。

S4.根据长大坡道的牵引变电所日负荷数据，对储能设备进行选型，确定合适的容量配比;

S5.根据所选设备的容量、功率、荷电状态等建立经济效益的目标函数与约束条件，采用改进的粒子群优化算法对模型进行求解。

优选的，根据储能与10kV电力系统联合配置，制定相对应的功率分配策略：

S1.当系统为再生制动状态，再生制动能量首先在同一或相邻供电臂转移利用;

S2.再生制动能量转移至储能系统作为次优先级;

S3.当再生制动能量于储能系统存储完毕后，剩余能量反馈于10kV电力系统;

S4.当系统处于牵引状态，牵引功率首先由电网提供;

S5.当系统牵引功率达到设定基准值，牵引功率由电网与储能系统提供;

S6.当系统牵引功率达到设定基准值且储能能量不足时，10kV电力系统给储能装置充电，牵引功率由电网与储能系统提供。