电气化铁路光伏发电技术及其经济性研究

当前,我国铁路的快速发展带来了日益严重的能耗问题,而牵引能耗占铁路系统总能耗的比例最大,因此降低牵引能耗是降低铁路系统能耗的关键。为了实现铁路系统的节能减排,应用可再生能源成为了一项重要举措,光伏发电因其无噪音、无污染、易维护的特点成为了良选之一。考虑到铁路系统中的牵引能耗占比最大,将光伏发电通过合理的方式接入电气化铁路牵引供电系统是改善其用能结构最为有效的手段,同时牵引负荷可以直接消耗光伏所发电能,有助于缓解当下光伏电能的消纳问题。鉴于目前对于将光伏发电应用于牵引供电系统的研究较少,本文做了如下几个方面的研究。首先,对牵引供电和光伏发电的基本原理做了介绍,针对电气化铁路牵引负荷两相取电的特殊性,提出了一种基于单相背靠背逆变器的背靠背光伏发电系统,建立了其电压电流双闭环控制方法,提出光伏电能利用率来评价牵引负荷对光伏电能的消纳能力,同时分析了光伏接入对牵引供电系统的功率因数、负序问题的影响。其次,对背靠背光伏发电系统进行了一系列优化,包括:引入Boost电路的限功率控制方法来限制光伏阵列的输出功率,以此来抑制背靠背光伏发电系统向电力系统反送有功功率;改进了背靠背光伏逆变器的控制方法,使其能够向牵引侧两臂输出不等的光伏功率,从而大幅度提高了光伏电能利用率;通过配置储能系统来进一步提高背靠背光伏发电系统的光伏电能利用率。最后,基于完全自发自用的发电模式,建立了考虑效率、成本、收益、衰减、残值等因素的背靠背光伏储能系统的经济性模型,运用净现值法,以投资回收期和效益成本比为指标,对不同系统、成本、收益参数以及配置方案下背靠背光伏储能系统的经济性进行了分析,所得结果对投资背靠背光伏储能系统有一定指导意义。