风光互补能源系统在铁路系统中的应用：余家华

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1、风光互补能源系统在铁路系统中的应用余家华1.序言电能是我们日常生产、生活中必需品，电能的应用极大的促进了社会的发展和改善了我们的生活。但同时也耗费了大量的自然资源，并对人类赖以生存的环境造成了极大的破坏。随着人们对环境保护意识的提高以及矿藏型资源的日益匮乏，我们对新型可再生绿色能源的需求变得更加迫切。目前，在欧洲、日本、美国等发达国家正在加快发展风光互补/太阳能/风力绿色能源系统，这几种新型能源系统都是集环保和节能于一体的产品。随着全球常规能源短缺情况的加剧，风能和太阳能这两种清洁可再生自然能源的利用将会越来越普及，并代

2、表着未来绿色能源的发展方向，是当今社会大力提倡推广的可再生能源产品。在全国人大十届四次会议的政府工作报告中，提出了建设资源节约型社会，发展循环经济的任务和政策措施，为可再生能源产品在国家建设发展中的应用提供了机遇。推广风光互补系统，既可节约能源，促进经济发展，又可改善环境，普及可再生能源知识，促进可再生能源技术应用。2.风光互补能源系统简介太阳能作为传统的绿色能源已经广泛应用在我们的日常生活和生产中，而且，我国太阳能极板等产品的生产技术水平已经达到世界先进水平，产品的免维护期已经超过10年。在灯塔、航标、基站上的应用非常

3、广泛。但是，太阳能供电系统在夜间、阴雨天气、冬天、太阳光线不够充足，电池电能将耗尽时，就非常有必要由风能为储能装置进行充电。据有关部门的统计，太阳能每天实际充电工作时间约5h，而风能不受太阳光线的影响，可以在一天24h根据风速的大小不断的产生电能。采用风能和太阳能互补的系统，实现阴雨天也能够利用风能补充电能，保证持续阴雨天能正常供电；利用风力发电机与太阳能互补系统，可减少太阳能电池极板组件的配置数量，并减少太阳能电池板组件的迎风面积，从而降低整体的投资。3.拟采用风光互补系统的铁路沿线负荷类型及特点3.1光纤直放站系统⑴

4、光纤直放站系统是450MHz铁路通信系统的一种信号弱场区覆盖设备，利用光纤作为中继传输介质，起到延伸电台的信号覆盖、消除通信盲区的作用，以满足现今铁路无线列调的通信模式。⑵光纤直放站系统近端机采用DC-48V（1±10%）（正接地）供电；远端机采用AC220V（1±20%），50Hz供电，设置备用电池引入接口及备用电池（电池容量满足设备连续工作大于6h，浮充供电）。电源单元均双套热备份。⑶光纤直放站系统为Ⅰ级负荷，分别由10kV一级负荷贯通线和综合负荷贯通线各提供一路AC220V电源，并自备双电源切换装置。⑷光纤直放站系

5、统的功耗：待机状态＜15W，通话状态＜80W。⑸在铁路沿线根据场强情况，每5～10km设一个光纤直放站。3.2GSM-R铁路数字移动系统⑴GSM-R铁路数字移动系统是在GSM技术的基础上提供的一种端到端分组交换业务，可最大限度重用已有的GSM网络基础设施，可提供高效的无线资源利用率，可提供高达171.2Kbps的无线接入速率，与已有的GSM-R电路交换系统有很多交互，基于标准的开放接口。⑵GSM-R铁路数字移动基站采用DC-48V供电。⑶GSM-R铁路数字移动基站为Ⅰ级负荷，分别由10kV一级负荷贯通线和综合负荷贯通线各

6、提供一路AC220V电源，并自备双电源切换装置。⑷GSM-R铁路数字移动基站交流负荷1kW，直流负荷（DC-48V）0.5kW，电压波动范围42～58V之间，自备直流电池要求后备时间≥3h，一般按6h考虑。⑸在铁路沿线根据场强情况，每3～5km设一个GSM-R铁路数字移动基站。4.风光互补系统在铁路系统中的应用方案光纤直放站系统和GSM-R铁路数字移动系统的正常负荷≤1kW，考虑到风能和太阳能受到自然条件制约，不能稳定输出电能，所以采用1kW～3kW功率型应用方案，由蓄电池储能供电，以缓解太阳能和风能在特殊环境（如：无风

7、或者无阳光气候）无法供电的情况。并且该系统从10kV一级负荷贯通线（或综合负荷贯通线）引接一路AC220V电源，避免因长时间蓄电池无电能补充导致设备无法正常运行。4.1系统组成风光互补发电系统由风力发电机组、太阳能节板、逆变器、蓄电池组和远程监控系统（选项）组成，各部分功能如下：⑴风力发电机将风能转化为电能；⑵太阳能节板将太阳能转化为电能；⑶逆变器将直流电压转化换成交流电压；⑷蓄电池储存太阳能及风能转换成的电能，并向负载提供电能；⑸远程监控系统实时记录、监控系统工作情况，并将数据传回控制中心（该项功能根据需求选配）。4.

8、2系统结构及说明整套系统由于1～3kW的用电负荷较低，可采用直接由蓄电池充电，当风力和太阳能供电不足时，切换至贯通线供电。系统结构如图1。图1风光互补供电系统结构图（注：图中电网可为贯通线或自闭线，也可是他们经切换后引入的电源）如图所示，涡旋风机和太阳能电池板同时对蓄电池充电，正常情况下由蓄电池对用电设备供电。当蓄电