本發(fā)明涉及電氣化鐵路牽引供電領(lǐng)域，尤其涉及電氣化鐵路牽引負荷削峰填谷的管理與控制技術(shù)。

背景技術(shù)：

削峰填谷是電力系統(tǒng)負荷管理的重要舉措，對于電網(wǎng)而言，削峰有利于提高發(fā)輸變電設(shè)備利用率，節(jié)省設(shè)備擴容、更新費用，降低供電成本，對于一般用戶而言，可以利用峰谷差價取得降低電費的經(jīng)濟效益。儲能系統(tǒng)具備電能儲存和釋放的雙重功能，即具有對負荷削峰和填谷的雙重作用，其中電池儲能系統(tǒng)、超級電容儲能系統(tǒng)及其混合儲能系統(tǒng)有著獨到的優(yōu)勢，在實際應用中發(fā)揮著不可替代的、巨大作用，并在發(fā)揮著越來越大的作用。

電氣化鐵路屬于大宗工業(yè)用戶，且有鮮明特點，如牽引負荷波動劇烈，牽引負荷功率峰值是個關(guān)鍵：它不僅在技術(shù)上引起以負序為主的電能質(zhì)量問題，還在經(jīng)濟上直接關(guān)乎用戶效益，因為負荷峰值與兩部制電價中主變壓器容量計費和最大需量計費密切相關(guān)，鐵路用戶將付出額外代價。因此削峰—降低負荷峰值具有技術(shù)經(jīng)濟兼優(yōu)的機會：既可以治理負序、降低不良影響，又可以在執(zhí)行兩部制電價中取得效益，即或者降低最大需量取得效益，或者降低主變壓器容量進而降低固定容量收費來取得效益。

中國專利公開了“電氣化鐵路牽引供電儲能裝置及其方法(201410002241.x)”，其目的是“充分回收機車制動回饋電能，提供牽引供電系統(tǒng)的能量利用率，并降低牽引變壓器的安裝容量和計費容量，節(jié)約成本?！钡牵摷夹g(shù)方案存在的問題是：(1)在有功電流ip＜0時進行儲能(見其權(quán)利要求5和附圖5)的判據(jù)存在不正確的情形。因為列車電氣制動不是每個供電臂都發(fā)生的。如京滬高鐵，全線1318km，24個車站，27個變電所(54個供電臂)，平均站間距(約為55km)遠大于平均供電臂的長度(約為24.4km)，由于正常情況下列車(電氣)制動發(fā)生在車站?？壳樾?，顯然，因為沒有車站的供電臂的概率很大，那么，不發(fā)生電氣制動的概率很高，或者即使發(fā)生制動但其再生功率被同行牽引列車吸收而等效表現(xiàn)為牽引工況，如固鎮(zhèn)變電所就沒有制動再生情形發(fā)生，此時該例判據(jù)就不會發(fā)生；進一步說，即使電氣制動功率沒有被同行列車吸收，將其返回電網(wǎng)不用增加任何設(shè)備，是最直接的、最經(jīng)濟的，也是節(jié)能減排被國家所提倡鼓勵的(就像家庭光伏發(fā)電一樣)，該專利專門設(shè)置儲能裝置在功電流ip＜0時進行儲能也是沒有必要的。(2)該專利使用“總電流is＞所連接供電臂的額定電流ie”(見其權(quán)利要求7)的判據(jù)方法也是不正確的。再以京滬高鐵為例，每個牽引變電所的運行主變壓器(額定)容量為100(2×50)mva，而最大功率只有不足70mva，依該專利判據(jù)就只有谷沒有峰，削峰工況永遠不會出現(xiàn)，其儲能裝置就永遠不可能工作。即使其他線路上，同樣因為存在不發(fā)生電氣制動的供電臂，那么，此時因“有功電流ip＜0”判據(jù)得到的儲能＝0，如果發(fā)生了“總電流is＞所連接供電臂的額定電流ie”的情況，也沒有可以用于削峰的電力。實際上，對應供電臂的額定電流ie的牽引變壓器的安裝容量是設(shè)計階段確定的，一經(jīng)確定，即與實際牽引負荷無關(guān)了，即牽引變壓器或者欠負荷，或者過負荷，已于事無補了。因此所述“總電流is＞所連接供電臂的額定電流ie”不可取。總之，該技術(shù)方案存在儲能與削峰工作失效情形，此時“降低牽引變壓器的安裝容量和計費容量，節(jié)約成本”也就無從談起，更不能實現(xiàn)全工況的、實時的削峰填谷最優(yōu)化。

注意到電氣化鐵路牽引負荷削峰填谷的關(guān)于技術(shù)經(jīng)濟的重要性，而在方法上更要注意電氣化鐵路運行圖以日為單位的特點，即有固定、準確的周期性，因此可以從中提取有意義的統(tǒng)計值加以研究、利用?，F(xiàn)在要解決的技術(shù)問題是：如何根據(jù)牽引負荷的特點，通過專門設(shè)備與方法，實現(xiàn)實時最優(yōu)化削峰，減少變壓器容量或最大需量，取得最佳經(jīng)濟效益，同時治理負序，改善技術(shù)性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電氣化鐵路儲能供電裝置，它能有效地解決牽引負荷實時最優(yōu)化削峰的設(shè)備的技術(shù)問題，以減少主變壓器容量或最大需量，取得最佳經(jīng)濟效益，同時治理負序，改善技術(shù)性能。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種電氣化鐵路儲能供電裝置的控制方法，它能有效地解決牽引負荷實時最優(yōu)化削峰的實時控制和管理的技術(shù)問題，以減少主變壓器容量或最大需量，取得最佳經(jīng)濟效益，同時治理負序，改善技術(shù)性能。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種電氣化鐵路儲能供電裝置，包括耦合變壓器、交直變流器、電壓互感器、電流互感器及測控單元；牽引進線連接牽引母線；牽引母線經(jīng)饋線連接牽引網(wǎng)給列車供電；電壓互感器測量牽引母線對地電壓；電流互感器測量饋線的牽引負荷；耦合變壓器原邊連接牽引母線和地，次邊連接交直變流器的交流端口；交直變流器的直流端口與儲能器連接；電壓互感器的測量端、電流互感器的測量端連接測控單元輸入接口，測控單元輸出接口與交直變流器的控制端相連接。

本發(fā)明的另一個目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，一種電氣化鐵路儲能供電的控制方法是：測控單元經(jīng)電壓互感器和電流互感器獲得牽引負荷功率，記錄往日正常工況下牽引負荷功率曲線，計算其均值，統(tǒng)計往日最大值；以負荷削峰為目標，選擇：目標，選擇：均值≤基準值＜最大值；高于基準值的負荷功率曲線為峰，低于基準值的負荷功率曲線為谷；儲能器的最大功率(kw)＝往日峰的最大值(kw)，儲能器的容量(kwh)＝往日面積最大的峰的面積(kwh)；當牽引負荷功率＜基準值時，測控單元控制交直變流器整流給儲能器充電，此時整流充電的功率＝此時基準值與牽引負荷功率之差；當牽引負荷功率＞基準值時，測控單元控制交直變流器逆變，使儲能器放電，將逆變后的交流電饋入牽引母線，此時放電逆變的功率＝此時牽引負荷功率與基準值之差；當牽引負荷功率＝基準值時，測控單元控制交直變流器待機。

考慮到牽引負荷波動具有劇烈波動的鮮明特點，峰谷交替頻繁，要求儲能器具有較高的充放電循環(huán)次數(shù)，以保證較長的使用壽命。因此儲能器應優(yōu)先考慮超級電容器。

本發(fā)明的工作原理是：電氣化鐵路牽引負荷波動劇烈，許多技術(shù)和經(jīng)濟問題都伴隨著牽引負荷峰值而出現(xiàn)：經(jīng)濟上，負荷峰值與行兩部制電價中的主變壓器容量計費和最大需量計費密切相關(guān)，削峰—降低負荷峰值可以降低電費、取得經(jīng)濟效益，即或者降低最大需量取得效益，或者降低主變壓器容量進而降低固定容量收費來取得效益；技術(shù)上，負荷峰值引起電能質(zhì)量問題并備受關(guān)注，例如，由于因負序造成的電壓不平衡為主的電能質(zhì)量問題突出，國標中電壓不平衡度的兩個限值(見gb/t15543—2008電能質(zhì)量三相電壓不平衡)就是分別針對負荷峰值和95％概率最大值制定的，因此削峰—降低負荷峰值同時可以治理負序，改善技術(shù)性能；同時，電氣化鐵路運行圖以日為單位，周期性極強，往日正常工況下牽引負荷的均值具有較好的穩(wěn)定性和準確性；記錄往日正常工況下牽引負荷功率曲線，計算其均值，統(tǒng)計往日最大值；選擇：均值≤基準值＜最大值；定義：大于基準值的負荷功率曲線為峰，小于等于基準值的負荷功率曲線為谷；在規(guī)定時段內(nèi)，當基準值＝均值時，所有峰的積分(面積)＝所有谷的積分(面積)，當基準值大于均值時，所有峰的積分(面積)＜所有谷的積分(面積)；儲能器的最大功率＝往日峰的最大值，選擇儲能器的容量＝往日面積最大的峰的面積；將牽引負荷功率與基準值對比即可實時控制儲能器的充放電工況，實現(xiàn)實時削峰填谷；相比均值，基準值越大，峰的數(shù)量就越少，充放電次數(shù)就越少，儲能器容量也就越小，投資也越少，但削峰的作用也就越小，電費降低也越少，反之亦然；因此通過基準值的選擇可以尋求一個技術(shù)經(jīng)濟最佳方案。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

一、電氣化鐵路運行圖以日為單位，周期性極強，往日正常工況下牽引負荷的均值和大于均值的基準值具有較好的穩(wěn)定性和準確性，以此為基準可以用最小儲能器容量實現(xiàn)實時削峰。

二、以削峰為目標，通過基準值的選擇可以減少主變壓器容量或最大需量，取得最佳經(jīng)濟效益，同時治理負序，改善技術(shù)性能。

三、技術(shù)先進，易于實施。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例的控制方法與控制流程示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例的削峰過程示意圖。

具體實施方式

實施例

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步描述：

圖1示出，本發(fā)明的一種具體實施方式為：一種電氣化鐵路儲能供電裝置，包括耦合變壓器1、交直變流器2、儲能器3、電壓互感器4、電流互感器5及測控單元6；以高鐵牽引變電所為例，其中單相接線主變壓器次邊引出牽引進線7，牽引進線7連接牽引母線8；牽引母線經(jīng)饋線9連接牽引網(wǎng)給列車供電；電壓互感器5測量牽引母線8對地電壓；電流互感器5測量饋線9的牽引負荷；耦合變壓器1原邊連接牽引母線8和地，次邊連接交直變流器2的交流端口；交直變流器2的直流端口與儲能器3連接；電壓互感器4的測量端、電流互感器5的測量端連接測控單元6輸入接口，測控單元6輸出接口與交直變流器2的控制端相連接。

圖2是本發(fā)明實施例的控制方法與控制流程示意圖。測控單元6經(jīng)電壓互感器4和電流互感器5獲得牽引負荷功率，記錄往日(如7日)正常工況下牽引負荷功率曲線，計算其均值，統(tǒng)計往日(如7日)牽引負荷的最大值；以負荷削峰為目標，選擇：均值≤基準值＜最大值；高于基準值的負荷功率曲線為峰，低于基準值的負荷功率曲線為谷；儲能器3的最大功率＝往日峰的最大值，儲能器3的容量＝往日面積最大的峰的面積；取時間t步長△(s)，當時刻t的牽引負荷功率＜基準值時，測控單元6控制交直變流器2整流給儲能器3充電，此時整流充電的功率＝此時基準值與牽引負荷功率之差；當牽引負荷功率＞基準值時，測控單元6控制交直變流器2逆變，使儲能器3放電，將逆變后的交流電饋入牽引母線8，此時放電逆變的功率＝此時牽引負荷功率與基準值之差；當牽引負荷功率＝基準值時，測控單元6控制交直變流器2待機；如此以日為單位循環(huán)。

圖3是實施例的削峰過程示意圖，圖中曲線10是實際饋線9的實測負荷功率，正的表示牽引(用電)工況，負的表示制動再生(發(fā)電)工況，橫坐標為min，縱坐標為mw。記錄往日正常工況下牽引負荷功率曲線，計算其均值11；圖中選擇一個時段(1h)的負荷功率曲線，以負荷削峰為目標，選擇基準值13＞基準值12＞均值11；高于基準值的負荷功率曲線為峰，低于基準值的負荷功率曲線為谷；儲能器3的最大功率＝往日峰的最大值，儲能器3的容量＝往日面積最大的峰的面積；當牽引負荷功率＜基準值時，測控單元6控制交直變流器2整流給儲能器3充電，此時整流充電的功率＝此時基準值與牽引負荷功率之差；當牽引負荷功率＞基準值時，測控單元6控制交直變流器2逆變，使儲能器3放電，將逆變后的交流電饋入牽引母線8，此時放電逆變的功率＝此時牽引負荷功率與基準值之差；當牽引負荷功率＝基準值時，測控單元6控制交直變流器2待機。

顯然，將牽引負荷功率與基準值對比即可實時控制儲能器3的充放電工況，實現(xiàn)實時削峰填谷；基準值越大，如選基準值13大于基準值12，峰的數(shù)量就越少，充放電次數(shù)就越少，儲能器3容量也就越小，投資也就越小，但削峰能力越弱，電費降低越少，反之亦然；因此通過基準值的選擇可以尋求一個技術(shù)經(jīng)濟最佳方案。

從工作原理可知，所述電氣化鐵路儲能供電裝置及其控制方法以及均值、基準值、峰谷等定義同樣適于包含再生工況即牽引負荷功率＜0的情形。

考慮到牽引負荷波動具有劇烈波動的鮮明特點，峰谷交替頻繁，要求儲能器3具有較高的充放電循環(huán)次數(shù)，以保證較長的使用壽命。因此儲能3器應優(yōu)先考慮超級電容器。