(天津南环铁路电务有限责任公司 天津 300000)
摘要：分布式发电(DG)在分布式网络中的高渗透已经改变了传统的电力系统。然而，目前的研究大多集中在DG不确定性和双向潮流对系统保护和配电系统规划运行的影响，对电能质量的优化研究较少。
关键词：分布式电能；铁路电力系统；优化
一、控制架构和算法流程
1、系统架构
由于光伏发电具有成本低、体积小、无噪声污染等诸多优点，因此在铁路电力系统运用广泛。本文以光伏发电为例阐述具有分布式网络特征的铁路电力系统架构。
提出的多区域架构的铁路电力系统如图1所示。每个区域由区域控制、智能逆变器、太阳能电池板和电池组成。区域控制器由数据库中心、控制算法软件和信号控制器组成。区域控制器的功能是在智能逆变器上实现。
图1带DG连接的通用铁路电力系统
图2中的流程图显示了所提出控制系统的总体数据流。在这个控制模型中，最终的解决方案是由全局优化问题决定的。在实施这一步骤之前，经济的电压/电压灵敏度分析被提出来估算每个DG装置的理想无功功率。可用光伏电能通过自适应能量储备方式转化为适当的输出。然后，从这些前提条件导出理想功率。理想功率意味着可以帮助将电压分布保持在可接受范围内而不考虑其他系统目标。假定DG的互连点处的逆变器的额定值大于分布式电源可获得的最大能量。
图2控制算法流程图
2、电压和无功功率灵敏度控制
在本文中，电压/无功功率的灵敏度是由不同的负荷总线上的电压值所产生的反应强度来定义的。具体的灵敏度关系可以从潮流方程中的雅可比矩阵得到，如下所示:
其中，nl代表系统中的总线数量。并且上述矩阵的每列的总和是用于计算每个负载总线j的灵敏度系数的基值。相应的等式由下式给出:
由此导出了最终的经济敏感系数矩阵SN为:
由于每个负载母线的电压分布受其功耗影响，我们可以推断出每个发电站的理想无功功率与负载母线上所需的无功功率成正比。因此，每个发电总线的理想无功功率由以下公式得出:
3、适应性能源储备方法
本文所提出的自适应能量储备方法考虑了可用太阳能和负载消耗的动态关系。完整的能源储备数据流程图如图3所示。
图3自适应能量储备方法流程图
其中，Psolart是初始的太阳能功率分布，Ploadt是铁路电力系统的功率消耗。
通过比较这两种不同的功率分布，确定电池的充电或放电状态(SOC)，并且可以通过在每个分支下的等式(9)中呈现的差异率来选择相应的充电或放电系数。充电或放电系数ω决定ESS的操作状态(充电或放电)。比较这两种能源概况的好处是利用分布式能源，最大限度地减少资源浪费，并提供更合理的能源，并满足系统的电力需求。
4、多目标优化
目标规划是一种多目标优化技术，它基于试图实现与最优解决方案最接近的特定目标集合的概念。由于这种多目标函数的非线性特性，可能很难找到最优解。因此，最近的解决方案将被视为最佳解决方案，它被限制在距最佳解决方案的小距离范围内。
多目标优化问题中的不同目标函数可能具有不同的幅度范围。为了解决这个问题，本文提出了一种加权目标规划方法。基本原则是将权重系数加到每个部分以实现整个函数的幅度均匀性。该优化模型被提出为下面的方程和梯度下降算法用来搜索MATLAB中的最终解决方案。
如果电压指数超出预期范围，则r是惩罚因子。并且多目标函数的每个权重系数由下面的等式按顺序给出。
二、案例分析
1、测试系统
选择六总线系统模型进行方法验证。模型数据可以在文献中找到，并对DG进行了一些修改，下面将对其进行描述，如图4所示。
图4六总线测试系统
节点1被认为是连接到传统配电变电站的松散母线。两个DG在节点2和节点3处连接。所有其它总线将被模拟为牵引变电站，其连接到每个附近变电站并标示为节点4、节点5和节点6。这些牵引变电站将直接为电力机车负载供电。
本文采用国家辐射数据库(NERL)记录的太阳辐射测量数据来模拟太阳能模式。铁路电力系统上的负载功耗由以下等式给出:
其中，Etotal－t代表t时刻铁路系统的总能耗或功率要求。Pt通过比较系统中实际运行的列车数量和预先配置的时间表中的列车数量来描述准时性。Espeed代表目标速度下每辆车的能耗。
对光伏发电功率和铁路电力系统能耗的仿真结果如图5所示。
图5太阳能和单位负载功耗的比较和预测
每个DG站设定为16，000平方米太阳能电池基板，因此，8．5MW额定输出被确定为其电力基准值。通过应用所提出的自适应能量储备能量，电池中存储的能量变化如图6所示。
图6自适应能量储备法储存电池的能量
结束语
本文提出了一种面向电能质量优化的分布式电能集成与管理的铁路电力系统管理策略。该策略利用光伏发电和自适应能量储备方法以满足铁路电力需求。基于不同发电成本和电力调度成本的平衡进行了经济敏感性分析。并针对铁路电力系统的多目标优化问题提出了目标规划模型。从仿真结果的角度来看，所提出的方法可以同时改善电压分布和降低功率损耗，并且能够利用分布式电能优化铁路电力系统的电能质量管理。
参考文献:
［1］陶琼，王德顺，叶季蕾，等．考虑储能配置模式的多数据源融合分布式光伏发电并网接纳分析方法［J］．高电压技术，2018，44(4):1093－1098．
［2］王畴．城市轨道交通再生制动能源利用分析［J］．城市轨道交通研究，2018，21(4):48－52．
论文作者:闫云飞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第35期
论文发表时间:2019/5/24
标签：功率论文; 铁路论文; 分布式论文; 电力系统论文; 目标论文; 电压论文; 电能论文; 《电力设备》2018年第35期论文;