城市轨道交通光伏-储能系统研究

摘要

城市轨道交通迅速发展的同时也成为电网的耗能大户，为缓解城轨系统供电压力，促进节能减排，引入新能源成为了一项有效措施并得到了初步应用。随着我国太阳能发电技术的提高和国家政策支持，光伏优势突出将是未来轨道交通应用可再生能源的重要组成部分。由于机车负荷波动大且伴有大量再生制动能量，光伏接入城轨牵引供电系统需引入储能系统平衡能量分配、抑制网压剧变。目前针对光储接入城市轨道交通系统研究处于初步探索阶段，大规模系统化接入仍面临挑战，为此，本文做了如下方面的研究：　　首先，分析了光伏接入城市轨道交通供电系统的运行特性。搭建了城轨供电系统Matlab/Simulink仿真模型，并进行谐波及无功分析。介绍了光伏基本原理并建立仿真模型，为探究光伏对城轨系统电能质量方面的影响，将光伏分别接入主变交流35kV侧和降压所交流400V侧进行仿真分析。针对大容量光伏接入引起的并网点功率因数下降，通过改进控制策略，使逆变器输出一定无功从而提高功率因数。　　然后，对光储接入城轨直流牵引供电系统展开研究。基于单列列车牵引计算数据建立变电站负荷的数学模型，并结合所建再生回馈装置仿真模拟牵引网功率－电压变化。对比储能加入前后新能源系统电量节省及光伏利用情况，验证了储能接入的必要性，并提出采用QPSO算法优化储能充放电时间的能量管理策略，以此来提高对机车再生制动能量的回收效率。在原有储能功率控制策略基础上，引入基于模糊PID的电压控制策略，实现在能量分配控制下维持并网电压的稳定。　　最后，建立了光储接入牵引供电系统的全寿命周期经济性模型，探讨了不同利益主体运营模式下的收益模型，分析成本与补贴共同变化、储能充放电效率及借贷方式对经济效益的影响。为优化光储容量配置，提出了不同运营模式下的容量配置方法。计及单利益主体下，以总成本最低和总光储利用电量最高为目标进行优化，并利用模糊理论获取折中方案；计及不同利益主体下，通过方案比较及数据分析得到光储容量推荐方案，相关研究结果可供项目投资者参考。

目录

声明

第1章绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 光伏在城轨系统的应用现状

1.2.2 储能在城轨系统的应用现状

1.3 本文主要工作

第2章光伏接入城市轨道交通的运行特性

2.1 城市轨道交通供电系统

2.1.1 供电系统基本结构

2.1.2 供电系统建模

2.1.3 谐波与无功分析

2.2 光伏并网方式研究

2.2.1 光伏发电系统建模

2.2.2 光伏 AC35kV 并网

2.2.3 光伏 AC400V 并网

2.2.4 光伏直流并网简述

2.3 本章小结

第3章光储接入城轨直流牵引供电系统

3.1 城轨牵引负荷及再生回收装置建模

3.1.1 列车动态负荷建模

3.1.2 电池储能系统建模

3.2 能量管理策略优化

3.2.1 光伏发电系统接入牵引供电系统

3.2.2 光伏-储能系统接入牵引供电系统

3.2.3 基于量子粒子群算法的能量优化策略

3.3 电压波动抑制控制策略

3.3.1 电压波动问题

3.3.2 模糊 PID 控制原理

3.3.3 基于模糊 PID 的储能充放电控制

3.4 本章小结

第4章经济性分析与容量优化配置

4.1 基于全寿命周期理论的经济性建模及分析

4.1.1 全寿命周期的光储系统成本

4.1.2 全寿命周期的光储系统收益

4.1.3 成本-效益分析

4.2 光伏-储能容量优化配置

4.2.1 基于 NDX 算子的 NSGA2 算法

4.2.2 基于模糊理论的折中解确定

4.2.3 计及单利益主体的容量优化配置

4.2.4 计及不同利益主体的容量优化配置

4.3 本章小结

结论和展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果