一种基于交流电气化储能系统的控制方法

技术领域

本发明涉及电气化铁路技术领域，特别涉及一种基于交流电气化储能系统的控制方法。

背景技术

交流电气化铁路牵引供电系统具有可再生、分布广、能耗高、规律强、波动大等特点，每年消耗大量的电能。近年来能源互联网在电力系统领域的研究不断升温，高速铁路牵引供电系统能耗问题受到广泛关注。2017年，全国18个铁路局总耗电量高达620亿千瓦时，相当于三峡水电站一年发电量的70％，损耗电量高达48亿千瓦时。高速动车组在制动过程中，优先采用再生制动方式，产生了大量的再生制动能量。

目前，为减少再生制动能量浪费，现有技术大多采用定功率回馈再生制动能量，但由于电气化铁路牵引变电所再生制动功率波动大，回馈再生制动能量时易造成系统回馈过度或回馈不足。

发明内容

为解决现有技术中回馈再生制动能量时回馈过度或回馈不足的技术问题，本发明提供了一种基于交流电气化储能系统的控制方法，通过动态分配再生制动能量，有效协调控制再生制动能量按需转移、回馈、存储和释放，实现牵引变电所再生制动能量的高效利用。

本发明提供了一种基于交流电气化储能系统的控制方法，交流电气化储能系统包括牵引供电装置、储能装置及能馈装置，牵引供电装置连接铁路220kV/110kV电网，能馈装置连接铁路10kV电网，控制方法包括如下步骤：

S1：确定交流电气化储能系统的多个功率分配模式，功率分配模式包括第一功率分配模式、第二功率分配模式、第三功率分配模式及第四功率分配模式；

S2：采集牵引供电装置的两供电臂的负荷总功率P

S3：根据步骤S2中采集的各个参数，控制交流电气化储能系统根据第一功率分配模式、第二功率分配模式、第三功率分配模式及第四功率分配模式进行动态功率分配，实现再生制动能量的分配。

进一步地，步骤S1中第一功率分配模式具体包括：储能装置和能馈装置空闲；

第二功率分配模式具体包括：能馈装置空闲，储能装置存储或释放再生制动能量；

第三功率分配模式具体包括：储能装置空闲，能馈装置将再生制动能量回馈至铁路10kV电网；

第四功率分配模式具体包括：能馈装置和储能装置均工作，能馈装置将再生制动能量回馈至铁路10kV电网，且储能装置将再生制动能量进行存储或释放。

进一步地，步骤S3中控制交流电气化储能系统根据第一功率分配模式进行动态功率分配，具体包括：

当负荷总功率P

当负荷功率P

上式中，P

进一步地，步骤S3中控制交流电气化储能系统根据第二功率分配模式进行动态功率分配，具体包括：

当负荷功率P

当负荷功率P

上式中，P

进一步地，步骤S3中控制交流电气化储能系统根据第三功率分配模式进行动态功率分配，具体包括：

当负荷功率P

若否且荷电状态SOC大于储能装置的最高荷电状态SOC

进一步地，当负荷功率P

否则，储能装置处于待机状态，并控制P

进一步地，当负荷功率P

否则，储能装置处于待机状态，并控制P

上式中，P

进一步地，步骤S3中控制交流电气化储能系统根据第四功率分配模式进行动态功率分配，具体包括：

当荷电状态SOC小于等于最高荷电状态SOC

控制P

控制P

上式中，P

进一步地，所述控制方法还包括：

S4：待再生制动能量分配完后，基于同步旋转d-q坐标系的电压电流双闭环控制策略控制交流电气化储能系统。

本发明的技术效果或优点：

本发明提供的基于交流电气化储能系统的控制方法，确定了交流电气化储能系统的多个功率分配模式，功率分配模式包括第一功率分配模式、第二功率分配模式、第三功率分配模式及第四功率分配模式，采集牵引供电装置的两供电臂的负荷总功率P

附图说明

图1为本发明实施例提供的一个交流电气化储能系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一个基于交流电气化储能系统的控制方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的又一个基于交流电气化储能系统的控制方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的一个二阶广义积分器原理图；；

图5为本发明实施例提供的一个积分项数字化离散方法原理图；

图6为本发明实施例提供的一个背靠背四象限变流器控制原理图；

图7(a)为本发明实施例提供的一个补偿前电网侧电压电流相量图；

图7(b)为本发明实施例提供的一个补偿后电网侧电压电流相量图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域应该理解的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为解决现有技术中回馈再生制动能量时回馈过度或回馈不足的技术问题，本发明提供了一种基于交流电气化储能系统的控制方法，通过动态分配再生制动能量，有效协调控制再生制动能量按需转移、回馈、存储和释放，实现牵引变电所再生制动能量的高效利用。

下面结合具体实施例及说明书附图，对本发明的技术方案作详细说明。

本发明实施例提供一种基于交流电气化储能系统的控制方法，交流电气化储能系统包括牵引供电装置、储能装置及能馈装置，牵引供电装置连接铁路220kV/110kV电网，能馈装置连接铁路10kV电网，控制方法包括如下步骤：

S1：确定交流电气化储能系统的多个功率分配模式，功率分配模式包括第一功率分配模式、第二功率分配模式、第三功率分配模式及第四功率分配模式；

S2：采集牵引供电装置的两供电臂的负荷总功率P

S3：根据步骤S2中采集的各个参数，控制交流电气化储能系统根据第一功率分配模式、第二功率分配模式、第三功率分配模式及第四功率分配模式进行动态功率分配，实现再生制动能量的分配。

本实施例提供的一种基于交流电气化储能系统的控制方法，通过动态分配再生制动能量，有效协调控制再生制动能量按需转移、回馈、存储和释放，实现牵引变电所再生制动能量的高效利用。

参考图1和图2，本发明实施例提供的基于交流电气化储能系统的控制方法，交流电气化储能系统包括牵引供电装置、储能装置及能馈装置，牵引供电装置连接铁路220kV/110kV电网，能馈装置连接铁路10kV电网，其中，储能装置包括背靠背四象限变流器、三电平双向DC/DC变换器和超级电容，背靠背变流器采用多模块并联的多重化技术(本实施例采用二重化，不限于二重化)，不仅可以提升装置功率而且还可以降低高压侧电流的谐波值。控制方法包括如下步骤：

S1：确定交流电气化储能系统的多个功率分配模式，功率分配模式包括第一功率分配模式、第二功率分配模式、第三功率分配模式及第四功率分配模式。

在本实施例中，步骤S1中第一功率分配模式具体包括：储能装置和能馈装置空闲；

第二功率分配模式具体包括：能馈装置空闲，储能装置存储或释放再生制动能量；

第三功率分配模式具体包括：储能装置空闲，能馈装置将再生制动能量回馈至铁路10kV电网；

第四功率分配模式具体包括：能馈装置和储能装置均工作，能馈装置将再生制动能量回馈至铁路10kV电网，且储能装置将再生制动能量进行存储或释放。

其中，第一功率分配模式中，牵引供电装置与铁路10kV电网之间无能量联系。

S2：采集牵引供电装置的两供电臂的负荷总功率P

在本实施例中，P

S3：根据步骤S2中采集的各个参数，控制交流电气化储能系统根据第一功率分配模式、第二功率分配模式、第三功率分配模式及第四功率分配模式进行动态功率分配，实现再生制动能量的分配。

参考图3，在本实施例中，步骤S3中控制交流电气化储能系统根据第一功率分配模式进行动态功率分配，具体包括：

当负荷总功率P

当负荷功率P

上式中，P

在本实施例中，储能装置处于待机状态，即P

在具体应用中，首先判断负荷功率P

继续参考图3，步骤S3中控制交流电气化储能系统根据第二功率分配模式进行动态功率分配，具体包括：

当负荷功率P

当负荷功率P

上式中，P

在具体应用中，作为一个示例，当负荷功率P

继续参考图3，步骤S3中控制交流电气化储能系统根据第三功率分配模式进行动态功率分配，具体包括：

当负荷功率P

若否且荷电状态SOC大于储能装置的最高荷电状态SOC

在本实施例中，当负荷功率P

否则，储能装置处于待机状态，并控制P

在本实施例中，当负荷功率P

否则，储能装置处于待机状态，并控制P

上式中，P

在具体应用中，作为一个示例，当负荷功率P

继续参考图3，步骤S3中控制交流电气化储能系统根据第四功率分配模式进行动态功率分配，具体包括：

当荷电状态SOC小于等于最高荷电状态SOC

控制P

控制P

上式中，P

在具体应用中，作为一个示例，控制P

S4：待再生制动能量分配完后，基于同步旋转d-q坐标系的电压电流双闭环控制策略控制交流电气化储能系统。

在本实施例中，参考图6，采用电流内环控制和电压外环控制，在电流内环控制时，基于同步旋转d-q坐标系进行解耦。在同步旋转d-q坐标系下，交变的正弦量转化成直流量，可以采用PI控制器进行调节。对交流量进行坐标变换，都需要有两个或两个以上自由度。储能装置中的背靠背四象限变流器是单相的电压或电流只有一个自由度，不能直接进行坐标变换，因此，本实施例通过构造一个与单相系统实际交流量正交的交流量来满足两个自由度的条件。本实施例中采用二阶广义积分器(SOGI)构造单相电压电流的虚拟相。D轴和Q轴的传递函数分别为:

上式中，k表示阻尼系数，ω

上式中，T

本实施例中为降低负序电流，改善牵引供电系统电能质量，对牵引供电装置进行负序补偿控制，利用背靠背变流器四象限运行能力：一方面通过输出无功电流进行一定的无功补偿；另一方面，通过对两供电臂的有功电流进行动态转移，储能装置参与余缺调剂的方式，降低负序电流，减小三相电压不平衡度，以实现对牵引供电装置无功负序的综合补偿。忽略空载电流，参考图1，其中，C相为公共相，V/x变压器一次侧和二次侧点电流关系如下：

以两臂均为牵引工况为例，不妨设

由图可见，补偿前牵引变压器一次侧电流幅值不相等，相位不对称，不平衡程度比较严重，而且功率因素较低。要使一次侧

本实施例提供的一种基于交流电气化储能系统的控制方法，通过动态分配再生制动能量，有效协调控制再生制动能量按需转移、回馈、存储和释放，实现牵引变电所再生制动能量的高效利用。。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。