文档名：光储接入牵引供电系统应急供电方案下低频稳定性研究
摘要："双碳"目标背景下,新能源较大规模接入牵引网可能成为铁路运输新趋势.为对意外失电的列车紧急牵引并打破铁路领域传统用能壁垒,实现铁路能源自给型低碳供电并与电网互为备用,各系统能量互联互通,首次提出一种应急供电方案灵活利用牵引网侧接入的光储装置牵引列车并对"光-储-车网"耦合系统的低频稳定性展开研究.首先,制定RPC双模式单相全桥逆变器的控制方法结合光储运行状态协调控制策略划分工作模态;然后,利用小信号及状态空间平均法建立光储、客车(CRH3型动车)以及投影到dq坐标系下铁路功率调节器直流侧阻抗模型;最后,利用所得"光-储-车网"3个子系统的导纳模型,引入一种适应多工况的无源判据,揭示控制器参数及多源对牵引供电系统电气稳定性的影响规律.研究结果表明:所提方案通过新能源及储能装置在昼夜多工况下均能长时持续稳定牵引列车,当新能源或电网供电出现意外二者可互补切换,故障条件下机车仍可受电稳定行走.此外,光储电压环比例增益对该系统阻抗匹配性稳定性有较强的电气敏感性,所建模型结合无源判据指导调参接入不同供电源补偿系统阻抗可治理部分失稳现象,该方案下储能系统具有良好的补偿特性.在Starsim半实物实验平台验证了"光-储-车网"耦合系统应急供电方案的可行性及稳定性研究的正确性.
Abstract：Giventhe"carbon-neutral"context,thelarge-scaleintegrationofnewenergysourcesintothetractiongridcanbecomeanewtrendinrailwaytransportation.Toaddressunexpectedpoweroutagesandbreakthroughtraditionalenergybarriersintherailwaysector,anovelemergencypowersupplyschemewasproposed.Itutilizedthetractiongrid-connectedphotovoltaicenergystoragesystemtoprovideemergencytractionfortrains,andexploredthelow-frequencystabilityofthe"photovoltaic-battery-vehiclenetwork"coupledsystem.ThecontrolmethodfortheRPCdual-modesingle-phasefull-bridgeinverterwasdeveloped,combiningtheoperationstatuscoordinationcontrolstrategyofthephotovoltaicenergystoragesystemtodefineworkingmodes.Thesmall-signalandstate-spaceaveragingmethodwasappliedtoestablishtheimpedancemodelsofthephotovoltaicandenergystoragesystems,thepassengervehicle(CRH3typehigh-speedtrain),andtherailwaypowerconditionerinthedqcoordinatesystem.Theobtainedimpedancemodelsofthethreesubsystemswereusedtointroduceapassivecriterionadaptabletovariousoperatingconditions.Thiscriterionrevealedtheimpactofcontrollerparametersandmultiplepowersourcesontheelectricalstabilityofthetractionpowersupplysystem.Theresearchresultsshowthattheproposedschemecanstablyprovidetractiontotrainsusingnewenergyandenergystoragesystemsundervariousoperatingconditions,includingdayandnight.Incaseofunexpectedpowersupplyfailuresfromeithernewenergyorthegrid,thetwosourcescancomplementarilyswitch,ensuringstabletrainoperationeveninfaultconditions.Furthermore,thephotovoltaicstoragevoltageloopproportionalgainhasstrongelectricalsensitivitytotheimpedancematchingstabilityofthesystem.Theconstructedmodel,combinedwiththepassivecriterion,guidesthecontrolparametersandcompensatesfortheimpedanceofdifferentpowersources,addressingcertaininstabilityphenomena.Theenergystoragesysteminthisschemeexhibitsgoodcompensationcharacteristics.Thefeasibilityandstabilityofthe"photovoltaic-battery-vehiclenetwork"coupledsystem'semergencypowersupplyschemehavebeenvalidatedontheStarsimsemi-physiologicalexperimentalplatform.
作者：王英 辛月阳 谢子昀 母秀清 陈小强 Author：WANGYing XINYueyang XIEZiyun MUXiuqing CHENXiaoqiang
作者单位：兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州730070;教育部光电技术与智能控制重点实验室,甘肃兰州730070兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州730070
刊名：铁道科学与工程学报
Journal：JournalofRailwayScienceandEngineering
年，卷(期)：2024, 21(3)
分类号：TM922.3
关键词：新能源牵引 应急供电 "光-储-车网"耦合系统 铁路功率调节器 小信号模型 无源判据 Starsim
Keywords：newenergytraction emergencypowersupply "photovoltaic-battery-vehiclenetwork"couplingsystem railwaypowerregulators small-signalmodel passivecriterion Starsim
机标分类号：TM46TM76TM615
在线出版日期：2024年4月12日
基金项目：国家自然科学基金，甘肃省科技厅自然科学重点基金资助项目，甘肃省科技厅自然科学重点基金资助项目，甘肃省科技厅自然科学重点基金资助项目，兰州交通大学天佑创新团队项目光储接入牵引供电系统应急供电方案下低频稳定性研究[
期刊论文] 铁道科学与工程学报--2024, 21(3)王英 辛月阳 谢子昀 母秀清 陈小强"双碳"目标背景下,新能源较大规模接入牵引网可能成为铁路运输新趋势.为对意外失电的列车紧急牵引并打破铁路领域传统用能壁垒,实现铁路能源自给型低碳供电并与电网互为备用,各系统能量互联互通,首次提出一种应急供电方...参考文献和引证文献
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