光伏电站与城市轨道交通牵引供电系统的发展概述

光伏电站与城市轨道交通牵引供电系统的发展概述

朱杰

(镇江大全赛雪龙牵引电气有限公司江苏扬中212200)

摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，城市轨道交通建设越来越多，而光伏发电的快速发展给我们提供了源源不断的能源，将光伏电站接入牵引供电系统是就近消纳光伏电能的有效途径，既能节能减排，又具有经济性。本文对光伏电站与城市轨道交通牵引供电系统的发展进行概述，并对二者结合发展提出了研究方向，对今后光伏接入牵引供电系统的研究具有一定参考价值。

关键词：光伏电站；牵引供电系统；城市轨道交通；

引言

牵引供电系统大多由电力机车、牵引网、电缆等几部分组成，由于该系统采用直流牵引方式，具有非线性强、电压波动大、电缆引发的充电无功功率大等诸多特征，其接入对城市电网电能质量以及供电可靠性、稳定性都带来了较大的影响。为了防患于未然，在轨道交通接入前进行电能质量预评估并提出相应的预防性措施，可提高电网的电能质量及供电可靠性和稳定性，消除轨道交通接入对电网造成事故的潜在隐患。

1城市轨道交通牵引供电系统的发展现状

为了解决城市的交通拥堵和城市人员分布集中等状况，我国的轨道交通行业正在飞速的发展，大量的地铁、轻轨、有轨电车等项目也在不断的建设当中。

城市轨道交通作为城市电网的重要用户，一般直接从城市电网获取电能，供电系统主要由电源系统、牵引供电系统和动力照明系统组成。其中外部电源可以看作是城市轨道交通供电系统与城市电网的接口，将电能从城市电网引入供电系统；牵引供电系统主要负责向全线运行的车辆提供电能，通常包括牵引变电所和牵引网两大部分；动力照明系统为除城市轨道交通车辆以外的其他所有地铁用电负荷提供电能，其中包括通信、信号、事故照明和计算机系统等许多一级负荷。

2光伏电站建设发展现状及前景

光伏电站建设发电具有明显的优势：首先，取之不尽，用之不竭，不用担心枯竭不足问题，同时的光伏电站项目安全性和可靠性有保证，光伏电站没有噪声污染或污染物排放，属于干净无公害的清洁能源等，光伏电站建设有利于环境保护和可持续发展；其次，光伏电站项目建设不受资源分布等的地域限制，光伏电站项目建设可与屋顶相结合，既节省空间又有效利用屋顶、墙面等本来闲置浪费的空间，同时光伏电站建设在生产过程中无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电；最后，光伏电站项目发电能源质量高，建设周期短，获取能源花费的时间短，使用者从感情上容易接受光伏电站项目。我国地域辽阔，资源丰富，具有发展光伏电站的巨大优势，同时，国家一系列扶持政策和补贴办法的出台，使国内光伏市场开始启动，各发电企业开始大规模建设规划光伏并网电站项目。根据专家预测，光伏电站项目在今后的世界能源消费中所占的比重将越来越大，伴随着部分常规能源的枯竭，光伏电站项目发电将成为21世纪世界能源供应的主体，到21世纪末期，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，其中发电将占到60%以上。由此可见光伏产业有着广阔光明的发展前景，必将在今后的能源领域中占据重要地位。

3光伏电站接入铁路牵引供电系统

3.1光伏电站接入方式

光伏发电并网目前有三种模式：完全自发自用、自发自用余电上网、完全上网。光伏接入铁路牵引供电系统时只可能存在完全自发自用、自发自用余电上网两种情况。考虑光伏接入的位置，其接入方案包括高压侧全部自用和余电上网、牵引侧全部自用。高压侧（110kV）接入方案的改造工程量较小，但由于接入铁路的光伏系统容量一般不大，经济性需要另行考虑。牵引侧（27.5kV）接入方案需考虑光伏侧升压变压器与牵引变压器接线形式相对应，易出现电能质量问题。我国国家技术监督局颁布的GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》规定：标称电压为110kV的公用电网电压总谐波畸变率不能高于2%，奇次谐波含有率不能超过1.6%。光伏接入牵引侧可维持27.5kV母线运行方式不变，可同时向两侧母线供电。

3.2牵引供电系统供电制式

城市轨道交通牵引供电系统的供电制式多为直流制和交流制两种形式，近年来也逐渐兴起了将直流制和交流制相结合的模式，即双制式供电系统。其中直流制是牵引供电系统中常用的供电制式，牵引变电所将从中压网络引入的电流经降压整流机组变为直流电(DC1500V或DC750V),然后将直流电输送到牵引网上，向列车提供电能。直流制供电是出于地铁牵引电机的需求，可以将整流装置安装在牵引变电所，减轻车身重量；同时直流牵引网供电连贯，可以在故障运行时进行双边供电向单边供电和大双边供电的供电方式切换，保障列车的可靠受电。但直流制供电也有着一定的弊端，如线路损耗较大、杂散电流危害、再生能量反馈难和供电距离较短等。

4城市轨道轨道交通供电系统相关技术的探讨

4.1供电系统中谐波分析及治理

在城市轨道交通供电系统中由于存在非线性负荷，如牵引整流机组、荧光灯和UPS电源等，会产生大量的谐波，降低电能质量。供电网络中的谐波不仅会对供电线路产生附加损耗，影响系统中电气设备的正常运行，还会对通信系统产生干扰。在直流制牵引供电系统中，整流机组是产生谐波的主要原因。限制谐波的方法有增加整流装置的脉波数，加装无源或有源滤波器等措施。

4.2不同运行状态下牵引供电能力对比分析

目前国内城市轨道交通牵引变电所的运行方式为：当一座牵引变电所解列退出运行时，由相邻牵引变电所越区，实现大双边供电，并满足列车正常运行条件。因此其供电能力完全由大双边供电运行方式决定，当正常供电时，各牵引负荷计算参数均无法达到极限，供电能力受到较大限制。正常供电时牵引变电所供电臂载流量和牵引功率更大，变电所、牵引网的各类导线载流能力和变压器容量的选择则由正常供电时的参数决定。

4.3供电系统继电保护技术

在城市轨道交通供电系统中，继电保护技术可以对供电的运行起到重要的保护作用，当故障发生时可以快速有效地切除故障设备或进行报警。对于交流供电部分，主要有过负荷保护和零序电流保护，分别应用于负荷过载运行和配电变压器高压侧和进线电缆单相接地故障。对于直流馈线保护，主要有大电流脱扣保护、电流上升率和电流增量保护、过流保护、双边联跳保护、接触网热过负荷保护和自动重合闸等。供电系统继电保护中可以将灵敏性和速动性较高的纵联差动保护措施作为主保护，即用通信信道将输电线两端的保护装置纵向联结，将两端的电气量传送到对端，通过比较后进行判断是否执行保护动作。

结束语

综上所述，本文归纳了光伏电站与城市轨道交通牵引供电系统的发展现状；讨论了光伏的发展前景、牵引供电系统的相关技术、光伏电站接入牵引供电系统的方式及存在的问题，并对二者结合发展提出了研究方向，对今后光伏接入牵引供电系统的研究具有一定参考价值。

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