光伏发电在CRH2动车组辅助供电系统中的应用研究

发布时间：2020-06-19 16:57

【摘要】：随着高速铁路的迅猛发展,高铁动车组成为目前重要的研究热点。动车组具有载客量大、正点率高、速度快、舒适方便等众多优势。但随着运行年限的增加,如何提高动车组的稳定可靠性和安全系数,如何做到节能减排绿色环保,是动车组今后的发展方向。因此,本文将动车组稳定可靠和节能环保的发展要求相结合,提出了在动车组车顶安装太阳能电池板,利用光伏发电为车内设备供电的构想,具体内容如下:(1)分析高速动车组运行特点、现有的供电缺陷以及车顶状况,结合新能源与微电网背景,提出了利用动车组车顶空闲空间,安装太阳能光伏电池板为动车组辅助设备供电的设计构想。(2)以中国铁路高速(China Railways High-speed,CRH)2型动车组为具体研究对象,基于动车组车顶设备和状况,研究论述了车顶光伏电池板的选型及具体安装方案;对CRH2动车组中原有的辅助供电系统进行分析,基于辅助设备类型和参数特征,设计了接入车顶光伏装置后供电系统的整体结构。(3)根据所设计的动车组车顶光伏电池板的安装方案、器件选型和供电方案,通过数据分析和理论运算,详细分析了安装光伏电池板后对动车组高速运行环境下造成的各方面影响,并对动车组车顶光伏电池板增设后的经济效益和节能减排的力度进行分析说明。研究表明:动车组车顶安装电池板后对动车组的空气阻力、列车重量和牵引功率的影响程度较小,符合实际需求;同时每列CRH2动车组的年发电量为175万千瓦时,每年可节省资金10万元,减少二氧化碳排放58吨,在节能减排方面具有重大意义与实践价值。这些均表明了这一设计构想的可行性与必要性。(4)动车组在正常工况下时,车顶光伏发电系统可与原有供电系统配合,并网供电。通过对比分析各类光伏逆变器的并网控制策略,根据动车组的运行特点和供电方案,最终选择了适合动车组车顶光伏发电系统并网逆变器的无差拍控制。据此研究分析无差拍控制策略的原理和供电方案,通过MATLAB/Simulink仿真软件搭建了正常工况下车顶光伏装置并网给辅助设备供电的仿真模型,通过改变光照强度和负载大小,验证了供电方案和控制策略的可行性与正确性。(5)动车组发生供电故障时,车顶光伏发电系统与原有供电系统断开,孤岛运行。为了抑制光伏系统的间歇性和波动性,提出了光伏系统与车载蓄电池配合的供电结构和方案。通过对比分析各类光伏系统的孤岛微电网的控制策略,根据动车组失电后的特点和供电方案,最终选择了适合动车组光伏发电系统孤岛运行的基于下垂控制逆变器的对等控制微电网。据此研究分析下垂控制策略的原理,通过MATLAB/Simulink仿真软件搭建了供电故障时车顶光伏装置和蓄电池独立地为重要的辅助设备供电的仿真模型,通过改变重要负载的大小,验证了供电方案和控制策略的可行性与正确性。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U223;TM615
【图文】：

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预计到2030年，将实现国内高铁运营网络的“八横八纵”，中国高速铁路网规划示意图(2030年)截图如图1.1所示。中国高铁的蓬勃发展已经创造了多项世界之最，随着高铁“走出去”，高铁技术在国际竞争中占据了有利地位。图 1.1 中国高速铁路网规划示意图(2030 年)截图然而我国高速铁路发展过程中，着重追求安全性能与动车组速度，忽视了可持续发展的理念。高铁发展过程中没有考虑到经济效益、环保节能以及长期运行后的稳定可靠性等方面。目前我国高铁事业依然处于上升发展阶段。因此，在高速铁路迅猛发展和环境问题日益严重的背景下，如何提高其安全性能、可靠性能是我们所面临的首要任务，如何节能减排、绿色环保是我们今后的发展方向[7]。

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以日本新干线 E2-1000 型列车为基础，国内由中车青岛改进设计、创新优化和国内再生产的高速列车车型之一熟、经济、可靠等多方面优势。动车组采用铝合金材质器件和牵引系统；动车组的原型车是日本新干线动车组的运行业绩；动车组采用流线型车头，各车厢的最大轴。同时，动车组采用再生制动方式，在节能、环保以及优越性；动车组具有速度提升能力，通过调节动车、拖到 300km/h 各个速度等级运行，动车组还可通过自动联了先进的防滑、防控转控制系统和自动列车保护系统，时性提供了可靠的保障。组是动力分散性列车，动车的牵引主回路是经过交-直动机车运行[29]。CRH2 动车组的牵引变流器应用的是单效减小电网侧的谐波次数和含量[30]。同时相对于其他型快、能耗低、载客量大、稳定可靠、噪声小、设备轻型是国内动车组的主流[31]。CRH2 动车组外形图截图如图

【参考文献】