光伏电气化公路供电系统动态潮流优化研究

作     者：杨国勋 

作者单位：石家庄铁道大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王硕禾

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0814[工学-土木工程] 

主      题：电气化高速公路 直流牵引供电系统 光储系统 交直流混合潮 

摘      要：近年来,随着电气化高速公路概念的提出,围绕新能源接入下的电气化高速公路供电技术研究成为热点。本文在分析对比光伏发电接入电气化高速公路供电技术基础上,围绕电气化公路牵引供电系统拓扑结构及供电系统潮流分布优化展开研究。主要完成以下工作:首先,本文针对新能源接入下的新型电气化高速公路供电系统拓扑结构展开研究;通过分析路测光伏、混合储能及牵引负荷特性,确定了电气化公路的牵引供电模式;构建了光储系统经DC/DC变换器接入直流接触网,交流电网经VSC变换接入下的自洽式电气化公路交直流供电系统结构;完成了对电气化公路牵引供电系统和负荷的数学建模计算,为后续工作奠定了基础。其次,针对牵引负荷随机性、波动性等特点,为实现交直流混合牵引供电网络的安全、可靠与经济运行,在分析供电系统直流网多车动态模拟运行及含VSC节点交流子系统的供电模型基础上,建立了交直流网络节点模型,通过网络扫描法扫描供电系统某时刻的静态结构,利用牛顿—拉夫逊法对多车运行的交直流混合潮流交替迭代求解,进而进行动态模拟,分析牵引供电系统潮流分布;结合工程算例验证该模型的有效性。再次,考虑到光伏与牵引负荷随机性对潮流分布的影响以及储能接入的潮流优化等问题。在建立了光伏发电系统以及牵引负荷的概率密度函数基础上,本文采用改进的拉丁超立方法采样将其作为潮流计算基础数据。考虑到负荷需求、光储以及与上级电网间功率平衡等约束,本文建立以最小网损为优化目标的24时序的随机最优潮流模型,并提出一种改进线性递减策略—粒子群优化算法(LDW-PSO)求解该模型。算例及仿真表明,改进后的算法收敛更快,优化后的算法在对交直流模型求解时的各节点电压期望的概率密度分布和累积分布偏差更小,光储接入后供电系统的网压波动较低,可有效降低系统能耗。最后,结合现场数据搭建仿真模型,验证了上述工作的有效性;配置光储系统后可从空间和时间尺度上解决分布式可再生能源的不平衡供需问题,为清洁能源与自洽式电气化高速公路的结合提供一种解决思路。