本實用新型屬于牽引供電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于牽引供電的光伏儲能并網(wǎng)裝置。

背景技術(shù)：

截至2015年度，我國鐵路運營里程12.1萬公里，至2020年，鐵路網(wǎng)規(guī)模將達到15萬公里，全行業(yè)年用電量將達400億千瓦時，相當于每年消耗160億公斤標準煤，二氧化碳排放約400億公斤，二氧化硫排放約12億公斤，氮氧化物排放約6億公斤；其中，60％以上的耗電量和污染物排放由鐵路牽引供電系統(tǒng)造成。

由以煤炭等化石能源為主的能源消費結(jié)構(gòu)引發(fā)的大氣污染和能源安全問題，已經(jīng)廣泛地影響到環(huán)境質(zhì)量和經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，太陽能發(fā)電、風力發(fā)電和水力發(fā)電等可再生能源接入鐵路牽引供電系統(tǒng)，對我國鐵路系統(tǒng)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

光伏發(fā)電具有清潔、無污染、無噪聲、規(guī)模可構(gòu)等特點，是解決能源危機的最佳選擇之一。鐵路運輸企業(yè)規(guī)模龐大，擁有大量的站舍、庫房、地產(chǎn)等，如果把這些設(shè)施最大程度地利用起來，大力開發(fā)分布式光伏發(fā)電項目，即可節(jié)省大量的用電成本，又可拿到國家給予的發(fā)電補貼，前景可觀。

光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量來源是太陽能，而光照強度隨時間呈現(xiàn)隨機變化的趨勢，這就造成了光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率具有不確定性。因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)往往與儲能系統(tǒng)結(jié)合使用，儲能系統(tǒng)的作用在于對光伏發(fā)電系統(tǒng)隨機波動的輸出功率進行“削峰填谷”，從而平抑整個系統(tǒng)的吸收或輸出的功率，避免系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。

在目前我國的新能源市場中，三相變流器因其適應(yīng)性強、容量大而占據(jù)了主導(dǎo)地位，其中包括三相光伏逆變器以及三相儲能變流器。牽引供電系統(tǒng)對于電力系統(tǒng)來說是一種不平衡的負荷，一般的牽引供電系統(tǒng)均會通過三相-兩相變壓器來將電力系統(tǒng)中的三相電壓轉(zhuǎn)換為兩相電壓來向兩個供電臂上的單相負荷進行供電的。對于三相的光伏儲能系統(tǒng)來說，也可以通過匹配的兩相-三相變壓器接入到牽引供電系統(tǒng)中。

目前我國牽引供電系統(tǒng)中，常用的三相-兩相變壓器包括V型接線牽引變壓器、YNd11接線牽引變壓器、Scott接線牽引變壓器和阻抗匹配平衡變壓器等，其中V型接線牽引變壓器和YNd11接線牽引變壓器的二次側(cè)兩相電壓呈60°夾角，Scott接線牽引變壓器和阻抗匹配平衡變壓器的二次側(cè)兩相電壓呈90°夾角。對應(yīng)的兩相-三相變壓器包括V型接線變壓器、YNd11接線變壓器、Dyn11接線變壓器、逆斯科特接線變壓器等，其中V型接線變壓器、YNd11接線變壓器和Dyn11接線變壓器的一次側(cè)兩相電壓呈60°夾角，逆斯科特接線變壓器的一次側(cè)兩相電壓呈90°夾角。

但是，由于牽引負荷對于電力系統(tǒng)來說是一種波動性的、不對稱的兩相負荷，而光伏系統(tǒng)三相接入后輸出的電流始終是對稱的，若只有光伏系統(tǒng)三相接入牽引供電系統(tǒng)，易使整個牽引供電系統(tǒng)對于電力系統(tǒng)而言不對稱性加劇、功率因數(shù)下降，甚至在電力系統(tǒng)側(cè)出現(xiàn)不同相別之間潮流相反的情況。在這種情況下，可能出現(xiàn)兩種結(jié)果：一，電力系統(tǒng)無法接納牽引供電系統(tǒng)的反送的不合格電能，造成光伏系統(tǒng)投資者的經(jīng)濟損失；二，電力系統(tǒng)接納不合格電能，但由于不對稱電流增大、功率因數(shù)下降，可能危害電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本實用新型提出了一種用于牽引供電的光伏儲能并網(wǎng)裝置，光伏系統(tǒng)輸出功率可以直接供應(yīng)給牽引負荷，也可以反送回電力系統(tǒng)來獲得收益，儲能系統(tǒng)能夠根據(jù)指令進行充放電，通過合理安排儲能系統(tǒng)的充放電，可大大減輕光伏系統(tǒng)的接入對牽引供電系統(tǒng)和對電力系統(tǒng)的影響，加強了牽引供電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

為達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是：

一種用于牽引供電的光伏儲能并網(wǎng)裝置，包括光伏陣列、三相光伏逆變器、儲能裝置、三相儲能變流器、兩相-三相降壓變壓器；

兩相-三相降壓變壓器高壓側(cè)的三個端口與外部連接；其中，兩個端口分別連接至牽引供電系統(tǒng)兩個供電臂的母線，另一個端口連接至牽引供電系統(tǒng)的鋼軌，鋼軌連接地網(wǎng)；

所述三相光伏逆變器和三相儲能變流器的交流側(cè)并聯(lián)連接，且共同連接至兩相-三相降壓變壓器的低壓側(cè)；

所述三相光伏逆變器的直流側(cè)連接光伏陣列；所述三相儲能變流器的直流側(cè)連接儲能裝置。

進一步的是，所述光伏陣列通過光伏組件的串并聯(lián)來構(gòu)成，光伏陣列中光伏組件的串聯(lián)數(shù)和并聯(lián)數(shù)結(jié)合單個光伏組件的標稱功率、三相光伏逆變器的容量、牽引供電系統(tǒng)的功率需求、支架成本和直流線纜成本來確定；通用性能強。

進一步的是，所述三相光伏逆變器是一種將光伏陣列產(chǎn)生的直流電能變換為交流電能的裝置，且選擇具有最大功率跟蹤功能的三相光伏逆變器，以保證光伏陣列能夠盡可能多地輸出電能。

進一步的是，所述儲能裝置是實現(xiàn)電能儲存與釋放功能的設(shè)備，包括壓縮空氣儲能、飛輪儲能、蓄電池儲能、超導(dǎo)儲能和/或超級電容儲能。

進一步的是，所述三相儲能變流器將儲能裝置產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，根據(jù)控制指令完成電能的雙向流動，以實現(xiàn)儲能裝置的充放電。

進一步的是，所述兩相-三相降壓變壓器為V型接線變壓器、YNd11接線變壓器、Dyn11接線變壓器或逆斯科特接線變壓器；適用于現(xiàn)有通用的牽引變壓器。

進一步的是，在并網(wǎng)裝置與牽引供電系統(tǒng)兩個供電臂的母線連接處，還并聯(lián)連接牽引變壓器的一次側(cè)，所述牽引變壓器的二次側(cè)連接至電力網(wǎng)絡(luò)。

進一步的是，所述兩相-三相降壓變壓器的選擇根據(jù)牽引變壓器的結(jié)構(gòu)來確定。

進一步的是，當牽引變壓器為V型接線牽引變壓器或YNd11接線牽引變壓器時，所述兩相-三相降壓變壓器為V型接線變壓器、YNd11接線變壓器或Dyn11接線變壓器；當牽引變壓器為Scott接線牽引變壓器或阻抗匹配平衡變壓器時，所述兩相-三相降壓變壓器為逆斯科特接線變壓器。

采用本技術(shù)方案的有益效果：

一種基于三相變流器的牽引供電系統(tǒng)光伏儲能并網(wǎng)裝置，光伏系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)為并聯(lián)連接，通過合理安排儲能系統(tǒng)的充放電，可大大減輕光伏系統(tǒng)的接入對牽引供電系統(tǒng)、對電力系統(tǒng)的影響，并保證光伏系統(tǒng)反送回電力系統(tǒng)的電能滿足并網(wǎng)電能質(zhì)量要求。

光伏系統(tǒng)輸出功率可以直接供應(yīng)給牽引負荷，也可以反送回電力系統(tǒng)來獲得收益，儲能系統(tǒng)能夠根據(jù)指令進行充放電，通過合理安排儲能系統(tǒng)的充放電，可大大減輕光伏系統(tǒng)的接入對牽引供電系統(tǒng)和對電力系統(tǒng)的影響，加強了牽引供電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種用于牽引供電的光伏儲能并網(wǎng)裝置的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例中一種用于牽引供電的光伏儲能并網(wǎng)裝置與牽引供電系統(tǒng)的外部接線形式示意圖；

其中，11為電力網(wǎng)絡(luò)，12為牽引變壓器，13和14分別為牽引供電系統(tǒng)兩個供電臂的母線，15為鋼軌，16為一種用于牽引供電的光伏儲能并網(wǎng)裝置；

21為兩相-三相降壓變壓器，22為光伏儲能系統(tǒng)；221為光伏陣列，222為三相光伏逆變器，223為三相儲能變流器，224為儲能裝置。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步闡述。

在本實施例中，參見圖1所示，本實用新型提出了一種用于牽引供電的光伏儲能并網(wǎng)裝置，包括光伏陣列221、三相光伏逆變器222、儲能裝置224、三相儲能變流器223、兩相-三相降壓變壓器21；

兩相-三相降壓變壓器21高壓側(cè)的三個端口與外部連接；其中，兩個端口分別連接至牽引供電系統(tǒng)兩個供電臂的母線13,14，另一個端口連接至牽引供電系統(tǒng)的鋼軌15，鋼軌15連接地網(wǎng)；

所述三相光伏逆變器222和三相儲能變流器223的交流側(cè)并聯(lián)連接，且共同連接至兩相-三相降壓變壓器21的低壓側(cè)；

所述三相光伏逆變器222的直流側(cè)連接光伏陣列221；所述三相儲能變流器223的直流側(cè)連接儲能裝置224。

作為上述是實施例的優(yōu)化方案，所述光伏陣列221通過光伏組件的串并聯(lián)來構(gòu)成，光伏陣列221中光伏組件的串聯(lián)數(shù)和并聯(lián)數(shù)結(jié)合單個光伏組件的標稱功率、三相光伏逆變器222的容量、牽引供電系統(tǒng)的功率需求、支架成本和直流線纜成本來確定；通用性能強。

所述三相光伏逆變器222是一種將光伏陣列221產(chǎn)生的直流電能變換為交流電能的裝置，且選擇具有最大功率跟蹤功能的三相光伏逆變器222，以保證光伏陣列221能夠盡可能多地輸出電能。

作為上述是實施例的優(yōu)化方案，所述儲能裝置224是實現(xiàn)電能儲存與釋放功能的設(shè)備，包括壓縮空氣儲能、飛輪儲能、蓄電池儲能、超導(dǎo)儲能和/或超級電容儲能。

所述三相儲能變流器223將儲能裝置224產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，根據(jù)控制指令完成電能的雙向流動，以實現(xiàn)儲能裝置224的充放電。

作為上述是實施例的優(yōu)化方案，所述兩相-三相降壓變壓器21為V型接線變壓器、YNd11接線變壓器、Dyn11接線變壓器或逆斯科特接線變壓器；適用于現(xiàn)有通用的牽引變壓器12。

作為上述是實施例的優(yōu)化方案，如圖2所示，在并網(wǎng)裝置16與牽引供電系統(tǒng)兩個供電臂的母線13,14連接處，還并聯(lián)連接牽引變壓器12的一次側(cè)，所述牽引變壓器12的二次側(cè)連接至電力網(wǎng)絡(luò)11。

所述兩相-三相降壓變壓器21的選擇根據(jù)牽引變壓器12的結(jié)構(gòu)來確定。

當牽引變壓器12為V型接線牽引變壓器或YNd11接線牽引變壓器時，所述兩相-三相降壓變壓器21為V型接線變壓器、YNd11接線變壓器或Dyn11接線變壓器；當牽引變壓器12為Scott接線牽引變壓器或阻抗匹配平衡變壓器時，所述兩相-三相降壓變壓器21為逆斯科特接線變壓器。

為了更好的理解本實用新型，下面對本實用新型的工作原理作一次完整的描述：

光伏系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)為并聯(lián)連接，通過安排儲能系統(tǒng)的充放電，大大減輕光伏系統(tǒng)的接入對牽引供電系統(tǒng)和對電力系統(tǒng)的影響，并保證光伏系統(tǒng)反送回電力系統(tǒng)的電能滿足并網(wǎng)電能質(zhì)量要求。

光伏系統(tǒng)輸出功率可以直接供應(yīng)給牽引負荷，也可以反送回電力系統(tǒng)來獲得收益，儲能系統(tǒng)能夠根據(jù)指令進行充放電，通過合理安排儲能系統(tǒng)的充放電，可大大減輕光伏系統(tǒng)的接入對牽引供電系統(tǒng)和對電力系統(tǒng)的影響，加強了牽引供電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。