推动轨道交通与新能源融合发展的关键技术
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轨道交通与新能源融合一体化发展尚处于萌芽阶段，亟需新一代信息通信技术、电力变换与控制技术、新能源牵引网群控制技术、先进储能技术、广域保护与自愈技术、能量自洽调度技术等使/赋能技术的支撑，使适配轨道交通能源融合系统的新技术、新模式、新设备等得以涌现，规划配置、系统效能、运行弹性、能量调度、保护控制等技术性能得以优化提升，为构建一套轨道交通与新能源融合发展驱动下的完整闭环技术理论体系提供保障。 1 新一代信息通信技术轨道交通与新能源融合发展需要充分借助新一代信息通信技术。基于物联网、大数据、云计算、人工智能、预诊断等新一代数字信息处理技术，贯通数据采集、传输、存储与分析环节，保障轨道交通能源融合系统的全要素和全运行过程的可监、可测、可视、可控，实现实时感知设备级、区域级、系统级信息，提前预警设备和系统不安全运行状态，并主动进行动态适配调整，为系统功率安全稳定运行、能量自洽调度、保护控制、应急响应等进行赋能。 2 电力变换与控制技术轨道交通与新能源融合系统的构建得益于电力变换与控制技术。面向城市轨道、干线铁路电化区段和非电化区段提出的不同场景下的适配方案，电力电子化特征显著，风电、光伏、燃氢汽轮机、小水电、10 kV/35 kV电网、储能等全部基于电力变换设备互联耦合，横向多源协同互补、纵向“网-源-储-车”深度互动的功能亦是依托设备控制技术实现，使轨道交通牵引系统涌现出并网协同运行、独立无网运行、应急支撑、辅助服务、电能质量改善、一/二次调频调压等多种运行模式，并可根据需要主动柔性灵活适配调整，具有较强的自组织、自适应与自趋优能力，提升了系统运行弹性和效能。 3 新能源微电网群控技术伴随基于风、光、储、水、氢等元素组构的牵引新能源网在轨道交通沿线因地制宜、因荷制宜、因网制宜的逐步集聚，必将牵引轨道交通能源系统向绿色、弹性、自洽方向逐步演进。面向轨道交通构建的广域新能源牵引网群具有时间和空间双重属性，电气上互联互通、能量上互济互动、供电上互保互备，基于全局动态调整优化和本地独立自治的有效结合，实现了新能源牵引网集群的高效协同运行，提升了轨道交通与新能源融合系统运行方式的灵活性、能量供给的可靠性以及扰动抵御的坚韧性。 4 先进储能技术储能是支撑轨道交通与新能源融合发展的关键核心要素，具有能量转化、搬移、存储、释放等内核技术属性，是新型轨道交通牵引供电系统关键使能技术，系统源荷能量互动关键媒介。轨道交通能源融合系统中风光等绿色再生能源的出力具有一定随机性、间歇性与波动性，列车牵引负荷的功率具有一定冲击性、波动性与不确定性。 面对源荷随机强波动的系统特征，具有大容量、大倍率、高安全、强惯性技术属性的先进储能系统利用快速吞吐功率的能力，可实现系统能量的供给自洽和功率的实时平衡，保证交通能源融合系统运行的稳定性，提升系统能效与运行弹性。 5 广域保护与自愈技术轨道交通与新能源融合系统具有布局分散、广域互联、能流时空耦合等特征，设备特性、故障类型、产生机理等与轨道交通现有供电系统差异较大，需考虑采用广域保护与自愈技术进行赋能。 广域保护技术构建于不同工况下故障扰动在系统内传播特性的分析与不同时间尺度下故障暂态演化过程的研究的基础之上，是一套涵盖设备、区域、系统多层级的逻辑架构完整清晰的安全广域保护体系，继电保护方案和整定计算根据N1供电安全准则提出，通过多层级的协同配合可实现扰动抵御与故障的快速识别、隔离与自愈，提升了轨道交通与新能源融合系统运行的弹性与设备的安全性。 6 能量自洽调度技术轨道交通与新能源融合系统具有气象型驱动属性，系统能量几乎全部来自风光等新能源，电能供给受天气影响很大。为实现含高比例新能源的轨道交通能源系统能量供需平衡，考虑采用能量自洽调度技术进行赋能。 能量自洽调度技术以日前和日内不同时间尺度下的新能源发电功率预测结果和行车时刻表为依据，提前下发新能源牵引网内部和新能源牵引网群之间的日前调度计划，并根据日内源荷的动态变换进行灵活适配调整与滚动优化，保证轨道交通与新能源系统能量供给平衡自洽，支撑系统安全可靠连续稳定运行。
本文编自《电工技术学报》，论文标题为“去碳化导向的轨道交通与新能源融合发展—形态模式、解决方案和使/赋能技术”。本课题得到国家能源集团科技创新项目、国家重点研发计划项目和中国工程院战略研究与咨询项目的支持。 |
