本發(fā)明屬于鐵路供電領(lǐng)域，具體涉及一種荒漠區(qū)鐵路供電系統(tǒng)及供電方法。

背景技術(shù)：

鐵路是國(guó)家重要的基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈，有利于帶動(dòng)沿線地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。但是，因?yàn)殍F路運(yùn)輸?shù)墓嫘院土畠r(jià)性，龐大的鐵路供電系統(tǒng)和巨額的購電電費(fèi)讓鐵路公司承受著運(yùn)營(yíng)成本高昂和供電安全的雙重壓力。

特別是，建設(shè)在我國(guó)西北荒漠化地區(qū)的鐵路，途經(jīng)許多無人區(qū)，距離電網(wǎng)資源超過幾百公里，從供電安全可靠性考慮還需要從電網(wǎng)引兩路獨(dú)立電源供電，供電成本巨大。然而，荒漠區(qū)的地理緯度高，太陽能光照資源和風(fēng)能資源豐富，具備發(fā)展風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的有利條件。隨著新能源發(fā)電技術(shù)的日趨成熟和商業(yè)化應(yīng)用，光伏和風(fēng)電成為鐵路供電技術(shù)領(lǐng)域可能的供電電源。

但是，光伏和風(fēng)電發(fā)出電力具有波動(dòng)性大和不能連續(xù)供電的致命弱點(diǎn)，如果僅僅依靠新能源供電，不能滿足鐵路的供電可靠性要求。按照慣例，光伏和風(fēng)電首先需要經(jīng)過交流—直流和直流—交流的多次整流或逆變過程，產(chǎn)生的交流電還要再經(jīng)過幾次升壓后遠(yuǎn)距離送至電網(wǎng)；然后鐵路又需要建設(shè)很長(zhǎng)的專用供電線路從電網(wǎng)引接交流電，鐵路內(nèi)部供電系統(tǒng)還包含交流—直流和直流—交流的若干次整流或逆變過程。上述整個(gè)供電過程存在舍近求遠(yuǎn)和電力流向的迂回現(xiàn)象，且存在許多技術(shù)環(huán)節(jié)的冗余配置，帶來巨大的建設(shè)投資浪費(fèi)，也不利于新能源的就地平衡消納，還很容易帶來電能質(zhì)量和供電可靠性方面的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的荒漠區(qū)鐵路供電系統(tǒng)，解決光伏和風(fēng)電發(fā)出電力具有波動(dòng)性大和不能連續(xù)供電的問題。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的荒漠區(qū)鐵路供電方法，解決荒漠區(qū)鐵路的牽引電機(jī)和機(jī)車照明、空調(diào)、插座等用電負(fù)荷的輔助供電問題。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：一種利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的荒漠區(qū)鐵路供電系統(tǒng),包括光伏陣列、風(fēng)機(jī)；它還包括光伏直流匯集線路、風(fēng)電直流匯集線路、直流接觸網(wǎng)，光伏陣列經(jīng)光伏直流匯集線路連接于貫通的直流接觸網(wǎng)，風(fēng)機(jī)經(jīng)風(fēng)電直流匯集線路連接于貫通的直流接觸網(wǎng)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，鐵路在正中間，鐵路外側(cè)排列有光伏陣列和風(fēng)機(jī)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，光伏直流匯集線路與直流接觸網(wǎng)之間設(shè)有光伏發(fā)電功率控制裝置。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，風(fēng)電直流匯集線路與直流接觸網(wǎng)之間設(shè)有風(fēng)力發(fā)電功率控制裝置。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述直流接觸網(wǎng)上設(shè)有儲(chǔ)能裝置。無機(jī)車經(jīng)過時(shí)實(shí)現(xiàn)光伏和風(fēng)電電力的存儲(chǔ)，有機(jī)車經(jīng)過時(shí)儲(chǔ)能裝置釋放電力，與新能源發(fā)電站一起為鐵路機(jī)車提供不間斷、可持續(xù)的電源。

一種利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的荒漠區(qū)鐵路供電系統(tǒng)進(jìn)行供電的方法，鐵路沿線采用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電布置方法，即鐵路外側(cè)排列有光伏陣列和風(fēng)機(jī)，光伏陣列和風(fēng)機(jī)共用相同電壓等級(jí)的直流系統(tǒng)，鐵路機(jī)車通過受電弓從直流接觸網(wǎng)取電，直接給直流牽引電機(jī)供電，利用直流牽引電機(jī)易于變頻調(diào)速的優(yōu)勢(shì)；通過機(jī)車逆變裝置為交流負(fù)載供電。實(shí)現(xiàn)新能源電力的就地平衡消納；同時(shí)滿足新能源匯集和鐵路機(jī)車供電的要求，通過減少技術(shù)環(huán)節(jié)以節(jié)省投資。

傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電包含交流—直流—交流的整流和逆變過程，本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電僅包含交流—直流的整流過程，經(jīng)過升壓后直接采用直流匯集。

傳統(tǒng)光伏發(fā)電包含直流—交流的逆變過程，本發(fā)明光伏發(fā)電不需要逆變器，經(jīng)過升壓后直接采用直流匯集。

本發(fā)明針對(duì)荒漠區(qū)鐵路利用風(fēng)電和光伏新能源供電的問題，提出實(shí)施風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的應(yīng)用方法以及滿足新能源匯集線路和鐵路供電接觸網(wǎng)的共用直流系統(tǒng)，通過在鐵路沿線的擴(kuò)大安全保護(hù)區(qū)內(nèi)建設(shè)風(fēng)電和光伏，實(shí)現(xiàn)土地綜合利用；改變光伏和風(fēng)電的傳統(tǒng)發(fā)電和升壓方式，均采用直流匯集方案，減少了新能源的逆變過程，減少了諧波分量；改變鐵路機(jī)車的交流接觸網(wǎng)為直流接觸網(wǎng)，從接觸網(wǎng)取電后直接給直流牽引電機(jī)供電，并通過逆變裝置給機(jī)車照明、空調(diào)、插座等交流負(fù)載供電，解決了新能源的平衡消納。

本發(fā)明技術(shù)效果詳述如下：

首先，適當(dāng)擴(kuò)大了鐵路兩側(cè)的安全保護(hù)區(qū)用于布置光伏和風(fēng)機(jī)。眾所周知，鐵路沿線的安全保護(hù)區(qū)的土地長(zhǎng)期閑置，未能綜合開發(fā)利用，風(fēng)景單調(diào)，風(fēng)沙也特別大；因此，本發(fā)明擴(kuò)大安全保護(hù)區(qū)的征地范圍是可行的，因?yàn)殍F路是公益性基礎(chǔ)設(shè)施，鐵路公司擁有征地的優(yōu)先權(quán)和優(yōu)惠政策，同時(shí)征地可降低新能源的征地成本，通過建設(shè)光伏和風(fēng)電，既提高了土地綜合利用率，又美化了風(fēng)景，新能源發(fā)電裝置作為緩沖隔離帶，還能有效治理風(fēng)沙。

其次，風(fēng)電和光伏采用共用的直流匯集系統(tǒng)。按照慣例，光伏組件發(fā)出直流電，經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，然后經(jīng)箱式變電站升壓后匯集送出；風(fēng)機(jī)發(fā)出非常規(guī)的交流電，通過頂倉內(nèi)整流和逆變裝置轉(zhuǎn)換為交流電，然后經(jīng)箱式變電站升壓后匯集送出；本發(fā)明采用直流匯集方式，減少了新能源的逆變過程，降低了投資，還減少了諧波分量。

最后，鐵路采用直流接觸網(wǎng)系統(tǒng)。按照慣例，鐵路機(jī)車接觸網(wǎng)普遍采用交流供電系統(tǒng)，牽引電機(jī)多數(shù)使用交流電機(jī)；本發(fā)明鐵路直流接觸網(wǎng)直接利用新能源的直流集電干線，將二者合二為一，統(tǒng)一電壓等級(jí)，節(jié)省了投資；鐵路機(jī)車通過電弓從直流接觸網(wǎng)取電后直接給直流牽引電機(jī)供電，利用直流牽引電機(jī)易于變頻調(diào)速的優(yōu)勢(shì)；并且經(jīng)逆變裝置為機(jī)車照明、空調(diào)、插座等交流負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)新能源電力的就地平衡消納。

另外，本發(fā)明在直流接觸網(wǎng)上加裝儲(chǔ)能裝置，無機(jī)車經(jīng)過時(shí)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電和光伏電力的存儲(chǔ)，有機(jī)車經(jīng)過時(shí)儲(chǔ)能裝置釋放電力，與新能源發(fā)電站一起為鐵路機(jī)車提供不間斷、可持續(xù)的電源。

附圖說明

圖1為一種利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的荒漠區(qū)鐵路供電系統(tǒng)的總體布局示意圖；

圖2為一種利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的荒漠區(qū)鐵路供電系統(tǒng)應(yīng)用方案示意圖。

圖中：1—光伏陣列，2—風(fēng)機(jī)，3—光伏直流匯集線路，4—風(fēng)電直流匯集線路，5—光伏發(fā)電控制裝置，6—風(fēng)力發(fā)電控制裝置，7—直流接觸網(wǎng)，8—受電弓，9—鐵路機(jī)車，10—直流牽引電機(jī)，11—機(jī)車逆變裝置，12—交流負(fù)載，13—儲(chǔ)能裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例中的光伏發(fā)電控制裝置和風(fēng)力發(fā)電控制裝置均為商購。

一種利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的荒漠區(qū)鐵路供電系統(tǒng),包括光伏陣列、風(fēng)機(jī)、光伏直流匯集線路3、風(fēng)電直流匯集線路4、直流接觸網(wǎng)7，光伏陣列1經(jīng)光伏直流匯集線路3連接于貫通的直流接觸網(wǎng)7，風(fēng)機(jī)2經(jīng)風(fēng)電直流匯集線路4連接于貫通的直流接觸網(wǎng)7。鐵路在正中間，鐵路外側(cè)排列有光伏陣列1和風(fēng)機(jī)2。光伏直流匯集線路3與直流接觸網(wǎng)7之間設(shè)有光伏發(fā)電功率控制裝置5。風(fēng)電直流匯集線路4與直流接觸網(wǎng)7之間設(shè)有風(fēng)力發(fā)電功率控制裝置6。直流接觸網(wǎng)7上設(shè)有儲(chǔ)能裝置13。

一種利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的荒漠區(qū)鐵路供電系統(tǒng)進(jìn)行供電的方法，鐵路沿線采用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電布置方法，即鐵路外側(cè)排列有光伏陣列1和風(fēng)機(jī)2，擴(kuò)大荒漠區(qū)鐵路兩側(cè)的安全保護(hù)區(qū)，鐵路兩側(cè)征地寬度按200米控制，降低了新能源的征地成本，提高了土地綜合利用率。在擴(kuò)大征地范圍內(nèi)布置光伏和風(fēng)機(jī)，用于光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電，新能源發(fā)電裝置有利于沿線觀光旅游和風(fēng)沙治理。

光伏陣列1和風(fēng)機(jī)2共用相同電壓等級(jí)的直流系統(tǒng)，鐵路機(jī)車9通過受電弓8從直流接觸網(wǎng)7取電，直接給直流牽引電機(jī)10供電，通過機(jī)車逆變裝置11為交流負(fù)載12供電。

從接觸網(wǎng)取電后直接給直流牽引電機(jī)供電，通過逆變裝置為機(jī)車照明、空調(diào)、插座等用電負(fù)荷供電，實(shí)現(xiàn)新能源電力的就地平衡消納；在直流接觸網(wǎng)上加裝儲(chǔ)能裝置，無機(jī)車經(jīng)過時(shí)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電和光伏電力的存儲(chǔ)，有機(jī)車經(jīng)過時(shí)儲(chǔ)能裝置釋放電力，與新能源發(fā)電站一起為鐵路機(jī)車提供不間斷、可持續(xù)的電源。

實(shí)施例

（1）、參見圖1：按照常規(guī)，荒漠區(qū)鐵路沿線鐵軌兩側(cè)的土地長(zhǎng)期閑置，未能綜合開發(fā)利用，沿線的風(fēng)景單調(diào)枯燥，風(fēng)沙也特別大。本發(fā)明為了開發(fā)利用風(fēng)電和光伏，適度擴(kuò)大安全保護(hù)區(qū)，用于建設(shè)光伏陣列和風(fēng)機(jī)，既解決了土地綜合利用問題，又美化了環(huán)境，同時(shí)新能源發(fā)電裝置作為緩沖隔離帶還能治理風(fēng)沙。

（2）、參見圖1和圖2：按照慣例，光伏陣列發(fā)出的直流電需要經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，然后匯集和升壓，風(fēng)機(jī)發(fā)出的非常規(guī)交流電需要經(jīng)整流器和逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，然后匯集和升壓；鐵路機(jī)車從電網(wǎng)和交流接觸網(wǎng)引來交流電源，經(jīng)過整流器和逆變裝置為牽引電機(jī)和交流負(fù)載供電。本發(fā)明中光伏陣列1和風(fēng)電2均采用直流匯集方案，光伏直流匯集線路3經(jīng)光伏發(fā)電功率控制裝置5連接于鐵路的直流接觸網(wǎng)7，風(fēng)電直流匯集線路4經(jīng)風(fēng)力發(fā)電功率控制裝置6連接于鐵路的直流接觸網(wǎng)7，鐵路的直流接觸網(wǎng)同時(shí)作為光伏和風(fēng)電的集電干線，二者的直流電壓等級(jí)相同。鐵路機(jī)車通過受電弓8從直流接觸網(wǎng)7取得直流電，直接給直流牽引電機(jī)10供電，并通過機(jī)車逆變裝置11為交流負(fù)載12供電。另外，在直流接觸網(wǎng)7上裝設(shè)儲(chǔ)能裝置13，無機(jī)車經(jīng)過時(shí)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電和光伏電力的存儲(chǔ)，有機(jī)車經(jīng)過時(shí)儲(chǔ)能裝置釋放電力，與新能源發(fā)電站一起為鐵路機(jī)車提供不間斷、可持續(xù)的電源。