• ISSN 0258-2724
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电气化铁路绿电直连方案及其潮流控制方法

李群湛 黄小红 吴磊 范红静

李群湛, 黄小红, 吴磊, 范红静. 电气化铁路绿电直连方案及其潮流控制方法[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20260029
引用本文: 李群湛, 黄小红, 吴磊, 范红静. 电气化铁路绿电直连方案及其潮流控制方法[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20260029
LI Qunzhan, HUANG Xiaohong, WU Lei, FAN Hongjing. Direct Connection Schemes of Green Electricity and Power Flow Control Methods for Electrified Railways[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20260029
Citation: LI Qunzhan, HUANG Xiaohong, WU Lei, FAN Hongjing. Direct Connection Schemes of Green Electricity and Power Flow Control Methods for Electrified Railways[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20260029

电气化铁路绿电直连方案及其潮流控制方法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20260029
基金项目: 国铁集团重大课题基金项目(K2024Z001)
详细信息
    作者简介:

    李群湛(1957—),男,教授,博士,研究方向为牵引供电与电能质量,E-mail:lqz3431@263.net

    通讯作者:

    黄小红(1978—),男,讲师,博士,研究方向为牵引供电系统技术、储能与新能源技术,E-mail: hxhxj924@163.com

  • 中图分类号: U223.6

Direct Connection Schemes of Green Electricity and Power Flow Control Methods for Electrified Railways

  • 摘要:

    电气化铁路牵引供电系统与新能源的深度融合,是贯彻国家“双碳”目标、推动轨道交通绿色转型的重要举措. 针对新能源规模化接入需求,结合国家绿电直连策略,本文提出一种牵引供电系统绿电直连技术方案,并研究其潮流控制策略. 首先,对比分析绿电直连不同方案,明确绿电直连贯通供电是实现电网与铁路共赢的最佳选择;在此基础上,考虑电网支撑强度与耦合程度,构建绿电直连网格化贯通供电物理系统的三种构架,基于分段所划界形成供电分区,实现供电分区内的发电、用电和储能相匹配. 其次,建立并网/离网模式下绿电装置与储能装置的控制逻辑,构建以控制器信息流驱动能量流的调控体系;基于分段所电气量信息辨识列车运行状态与牵引负荷功率,实现并网/离网方式下发-储-用的实时电量平衡与自律协同控制. 最后,以实际改造线路为例,验证方案的有效性与经济性. 研究结果表明:绿电直连贯通供电有利于铁路沿线新能源的规模化接入,同时可解决电网负序与牵引网电分相断电区双重痛点,达成零电网干扰与零运行中断的核心目标;通过分段分区供电与潮流自律协同控制,在牵引变电所/牵引绿电所各自管辖区段内实现系统能量自律、运行自律与控制自律. 结合线路数据进行经济性分析,采用磷酸铁锂电池储能装置,考虑并网与离网两种运行场景,初步成本回收期分别约为3.9年和7.2年.

     

  • 图 1  高压侧直连方案

    Figure 1.  Direct connection scheme on high-voltage side

    图 2  牵引侧异相直连

    Figure 2.  Out-of-phase direct connection on traction side

    图 3  牵引侧同相直连

    Figure 3.  Co-phase direct connection on traction side

    图 4  牵引网分布式直连

    Figure 4.  Distributed direct connection of traction network

    图 5  贯通供电示意

    Figure 5.  Schematic diagram of through-feeding power supply

    图 6  绿电直连电气化铁路贯通供电系统

    Figure 6.  Through-feeding power supply system of electrified railway with direct connection of green electricity

    图 7  绿电直连贯通供电控制框架

    Figure 7.  Control framework of through-feeding power supply with direct connection of green electricity

    图 8  分段分区自律供电示意

    Figure 8.  Schematic diagram of segmented and partitioned autonomous power supply

    图 9  分段供电简化电路原理

    Figure 9.  Simplified circuit principle of segmented power supply

    图 10  案例供电示意

    Figure 10.  Schematic of case power supply

    图 11  牵引变电所负荷过程

    Figure 11.  Load process of traction substation

    图 12  优化配置运行结果

    Figure 12.  Operation results of optimized configuration

    图 13  储能SOC

    Figure 13.  SOC of energy storage

    图 14  光伏/储能出力

    Figure 14.  Output of photovoltaic/energy storage

    图 15  储能充/放电柱状图

    Figure 15.  Bar chart of charge/discharge of energy storage

    表  1  4种直连方案对比

    Table  1.   Comparison of four direct connection schemes

    直连方案 优点 缺点
     高压侧直连  与电网共享绿电,节省投资  潮流优化控制复杂,分界点模糊,三相绿电装置受牵引负荷负序影响需采取措施
     牵引侧异相直连  适用异相牵引供电系统  绿电直连有助于解决负序问题,牵引网电分相未纳入考虑
     牵引侧同相直连  取消电分相,消除断电区,供电品质高,再生绿电自行利用 涉及牵引变电所改造
     牵引网分布直连  匹配绿电直连政策,直连灵活,适用于并网和离网多种场景  大规模直连尚待示范验证
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    表  2  光伏和储能推荐配置

    Table  2.   Recommended configuration of photovoltaic and energy storage

    阶段 光伏 储能 弃光率/%
    功率/MWp 功率需求/MW 容量需求/(MW·h) 循环次数/年 充放电倍率
    并网 12 5 5 763.7 1.00P 0.1
    离网 42 35 140 223.8 0.25P 3.8
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    表  3  初步产出效益

    Table  3.   Preliminary output benefits

    阶段 降低最大
    需量/MW
    年节省电/
    (万kW·h)
    年收益/
    万元
    成本回收/
    并网 0 1501.7 735.8 3.9
    离网 9 5064.0 2818.3 7.2
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    表  4  牵引变电所牵引功率

    Table  4.   Traction power of traction substation

    项目 数值
    3 s 功率最大值/MW 23.1
    24 h 功率平均值/MW 5.8
    15 min 最大需量值/MW 9.0
    折合年耗电量/(万kW·h) 5064
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  • 收稿日期:  2026-01-21
  • 修回日期:  2026-03-23
  • 网络出版日期:  2026-04-03

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