铁路沿线光伏供电系统优化设计方法研究

作     者：胡田飞 刘济华 张翊敏 袁一飞 梁硕 HU Tianfei;LIU Jihua;ZHANG Yimin;YUAN Yifei;LIANG Shuo

作者机构：石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁道大学河北省交通工程结构力学行为演变与控制重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学交通运输学院河北石家庄050043 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2024年第21卷第2期

页      面：769-780页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 070802[理学-空间物理学] 08[工学] 081401[工学-岩土工程] 0708[理学-地球物理学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0835[工学-软件工程] 0814[工学-土木工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(42001059) 中央引导地方科技发展资金资助项目(226Z5402G) 河北省自然科学基金资助项目(E2020210044,E2023210064) 河北省省级科技计划资助项目(225676162GH) 

主　　题：铁路 光伏供电系统 光伏阵列 太阳辐照量 最优倾角 冬季型负载 

摘      要：离网式太阳能光伏系统是解决铁路沿线设施电气化运维用电需求的必要途径。《光伏发电站设计规范》(GB 50797―2012)等相关规范的规定或建议一般以年最大发电量为目标,主要面向均衡性负载和并网发电,直接用于铁路沿线时存在盲目性。针对铁路沿线特殊的用电场景与负载需求,提出了铁路沿线离网式光储系统的组件匹配原则及设计流程,构建了面向任意时间跨度的光伏供电系统优化设计模型,并基于Python语言编制了计算程序。模型包括太阳辐照量模型、光伏阵列倾角及间距模型、发电量模型、光伏组件数量及串并联方案模型、蓄电池模型、控制器模型及逆变器模型等。计算程序实现了光伏阵列最优倾角的自动搜索,可以针对不同地理位置、用电量和用电时间跨度(月、季节、年等)的负载需求,并考虑气象条件、组件性能衰减等因素的影响,完成光储系统的设计选型和安装方案优化。在准池铁路的实际应用表明,一年中光伏阵列在各月对应的最优倾角存在明显差异,6月达到最小值16°,12月达到峰值69°。以全年、夏半年、冬半年的最大总辐照量为目标时,最优倾角分别为46°、25°、61°。对于案例中冬季型负载,采用基于本文模型的设计方案相比规范建议方案节省投资8.8%。研究成果可为铁路沿线光伏供电系统应用提供一种便捷的设计方案。