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川藏铁路是“世纪工程”,是国家交通强国战略的重要步骤,对于保证国家的长治久安、促进西藏地区的社会进步、带动沿线经济发展具有重大而深远的意义。但是沿线经过广袤的无人区,缺乏有力的电网支撑,叠加极端恶劣的环境条件,外电网建设十分困难。因此,研究适用于川藏铁路的交直流混联牵引与电力一体化供电系统具有重要的现实意义。
本文面向川藏铁路,提出一种交直流混联牵引与电力一体化供电系统,包含单相27.5kV交流母线和6.5kV直流母线,子系统包括光伏电源系统、风力电源系统、再生制动能量接入系统、配电网接入系统、上坡线接入系统和储能系统,可以同时接入光伏发电、风力发电以及利用再生制动能量,增加铁路牵引供电系统的输入来源,保证安全用电。
为了接入光伏发电,本文分析了光伏电源的数学模型,研究了变步长扰动的MPPT控制算法,控制BOOST电路占空比实现最大功率追踪;仿真验证了温度、光强对光伏电源输出功率的影响,仿真结果表明光强的影响远大于温度。为了接入风力发电,分析了风力电源的数学模型,研究了桨距角、转速和机侧整流器的控制算法,控制风力电源和机侧整流器,实现了风力发电的最大功率追踪;仿真验证了不同风速对风力电源工作状态的影响,仿真结果表明在额定风速内桨距角和风能利用系数为最优值,超过额定风速会使系统工作效率降低。
针对川藏铁路长坡道数量多,再生制动能量丰富的特点,本文设计了再生制动能量接入系统,实现再生制动能量的充分利用并稳定直流母线电压;研究了再生制动能量接入系统的数学模型与控制策略;研究了储能系统的储放能原理与变功率控制策略;仿真结果表明通过储能系统的储能与放能,可以提高再生制动能量的利用效率,使系统内部能量流动更加稳定;可以降低直流母线电压的波动,提高系统内部电压的稳定性。
交直流混联牵引与电力一体化供电系统具有多电源输入的特点,为了实现能量的充分利用与平滑切换,本文分析了系统中的功率流动机理,根据系统中的电源和负荷的工作状态,将系统分为六种工作模式;以功率平衡为目标,提出了一种基于直流母线电压稳定的交直流混联牵引与电力一体化供电系统能量管理策略。仿真验证了任意模式间切换及系统整体运行时均能保持能量合理的动态调节与稳定流动,且直流母线电压始终维持稳定,证明了所提能量管理策略的正确性与有效性。
本文面向川藏铁路,提出一种交直流混联牵引与电力一体化供电系统,包含单相27.5kV交流母线和6.5kV直流母线,子系统包括光伏电源系统、风力电源系统、再生制动能量接入系统、配电网接入系统、上坡线接入系统和储能系统,可以同时接入光伏发电、风力发电以及利用再生制动能量,增加铁路牵引供电系统的输入来源,保证安全用电。
为了接入光伏发电,本文分析了光伏电源的数学模型,研究了变步长扰动的MPPT控制算法,控制BOOST电路占空比实现最大功率追踪;仿真验证了温度、光强对光伏电源输出功率的影响,仿真结果表明光强的影响远大于温度。为了接入风力发电,分析了风力电源的数学模型,研究了桨距角、转速和机侧整流器的控制算法,控制风力电源和机侧整流器,实现了风力发电的最大功率追踪;仿真验证了不同风速对风力电源工作状态的影响,仿真结果表明在额定风速内桨距角和风能利用系数为最优值,超过额定风速会使系统工作效率降低。
针对川藏铁路长坡道数量多,再生制动能量丰富的特点,本文设计了再生制动能量接入系统,实现再生制动能量的充分利用并稳定直流母线电压;研究了再生制动能量接入系统的数学模型与控制策略;研究了储能系统的储放能原理与变功率控制策略;仿真结果表明通过储能系统的储能与放能,可以提高再生制动能量的利用效率,使系统内部能量流动更加稳定;可以降低直流母线电压的波动,提高系统内部电压的稳定性。
交直流混联牵引与电力一体化供电系统具有多电源输入的特点,为了实现能量的充分利用与平滑切换,本文分析了系统中的功率流动机理,根据系统中的电源和负荷的工作状态,将系统分为六种工作模式;以功率平衡为目标,提出了一种基于直流母线电压稳定的交直流混联牵引与电力一体化供电系统能量管理策略。仿真验证了任意模式间切换及系统整体运行时均能保持能量合理的动态调节与稳定流动,且直流母线电压始终维持稳定,证明了所提能量管理策略的正确性与有效性。