文/黄巨朋

摘  要：为了解决轨道交通自用电管理方案，提升土地的综合利用率，并开发其潜在价值，本文研究了分布式新能源微电网系统。这一研究提升了线性工程资源的利用价值，推动了分布式新能源自适应微电网系统的发展，实现源、荷、储之间的互动模式，最大化光、电、储能源的消纳，从而提高了电力系统的经济性、效率和安全性，实现了分布式电源的绿色利用。

关键词：轨道交通；分布式新能源；自适应；微电网

1国内外研究现状

近年来，我国可再生能源发展迅猛，其中以风能和太阳能为代表。数据显示，截至2020年底，可再生能源发电的装机容量取得了显著增长。水电、风电和光伏发电均呈现积极发展态势，其中，水电装机容量达到3.7亿千瓦、风电装机容量达到2.81亿千瓦、光伏发电装机容量达到2.53亿千瓦，为我国能源转型提供了有力支撑。

2021年8月25日，江苏省发改委印发《关于支持江苏省光伏发电发展的若干意见（征求意见稿）》，提出拓展分布式光伏发电的应用场景。在交通基础设施领域，江苏省鼓励在高速公路沿线、轨道交通边坡、加油站、充电桩、车棚以及路灯等多样化场景中部署光伏发电系统。同时，文件还提出重点开发数据中心、5G通信基站、农业仓储设施等新型基础设施的光伏覆盖。此外，为推动光伏产业的可持续发展，江苏省规定新建工业园区和重大基础设施项目必须预留分布式光伏系统所需的结构荷载和电力配网容量，为光伏发电的规模化应用创造有利条件。

2021年12月30日，国家电投公司内蒙古能源公司成功将一座12兆瓦的分布式光伏项目并网投入运行。该项目位于轨道交通专用线的边坡上，是内蒙古自治区首个实现并网的边坡分布式光伏项目。其采用“自发自用、厂内消纳”的运营模式，预计每年发电量约1800万千瓦时。

光伏发电系统在轨道交通车站屋面的应用：在轨道交通沿线的车站屋顶安装光伏发电系统，虽然有其自身设计和建设的特殊性，但这种结合光伏发电项目与轨道交通工程的方案已变得普遍，并已应用于北京、上海、广州、深圳、石家庄、济南等多个城市的轨道交通车辆段和高架站。上海川沙、封浜与九亭三个地铁基地屋顶光伏项目即将竣工，标志着城市轨道交通基础设施与可再生能源技术的深度融合。这三个分布式光伏项目总装机规模达12.4兆瓦，预计每年可以稳定发电1170万千瓦时。从能源与环境角度来看，该项目将带来显著的生态效益。预计每年可节约标准煤约3370吨，减排二氧化碳近9220吨，为城市绿色转型贡献实质性力量。

2轨道交通分布式新能源微电网系统

轨道交通分布式新能源微电网整合了光伏、储能、用电负荷以及其他电源，形成一个集发电、配电和用电于一体的综合控制系统。该系统的一体化运行是轨道交通多种负荷有序用电管理的重要保障，能够促进供需的精准匹配，确保电力供应的可靠性。同时，其丰富了用户侧电力系统调节资源、提升系统平衡的能力。

2.1分布式光伏发电系统

以轻质化光伏瓦片的新材料为基础，结合新建轨道交通站房顶、生产生活用房屋顶以及综合开发区域屋顶，建立分布式、安全性、经济性以及稳定性的屋顶光伏发电系统，这有助于利用光伏发电系统实现降本增效的功能；针对已建设运营的轨道交通站房、站区空地以及地铁车辆段车库的屋顶，将建设分布式光伏发电系统。通过建立气候、日照影响的光伏发电系统仿真模型，结合实际用电需求和供电系统电源情况，综合考虑光照条件、风力载荷、极端温度等因素对光伏组件和光伏支架的影响，完成基于模块化、轻量化、一体化的设计理念，实现光伏发电系统的最大功率输出，确保总体方案达到最佳效果。

2.2停车场光伏发电及储能系统

通过将高压、变压器、低压交直流配电、电动汽车充电和放电、智慧储能、分布式光伏等多种系统柔性互联，形成具备能量路由、信息采集交互、负荷管理、电能质量调节、离网运行等多种微网调度管理功能的交直流混合微网系统。该系统针对市政、轨道交通公路、片区综合开发以及停车场内充电桩电力供电系统的需求，灵活搭配各组成单元，提供适用于新建及既有停车场的用能解决方案，特别是针对具有重卡汽车充电需求的高速公路服务区，采用充电与储能相结合的方式，能够最大程度地提高收益率。

2.3轨道交通储能电站的应用

随着地区分布式光伏发电系统的发展，地区电网调峰压力增加。由于光伏发电系统具有随机性和波动性，其发电功率受到光照强度和温度的显著影响。为保证系统安全运行并避免能量浪费，必须配置能量回收装置和储能设备。充分利用轨道交通工程的既有建设用地，例如在桥梁下方、场站、片区综合开发、轨道交通车站站前广场及服务区剩余空地上建设成本低、运营年限长、免维护且安全性能高的固态分布式储能电站。利用其充放电特性进行能量的储存和释放，在满足高价值商业用电的情况下，为地方电网提供储能、调峰、削峰填谷、调频等多种功能。针对轨道交通等线性工程特点，分布式储能电站的建设积少成多，形成大面积的储能电网体系，从而提升了用电效益与经济效益。

2.4高可靠性、高性能、高过载10kV配电变压器应用

针对轨道交通配套生产生活用电、站房用电、居民区生活用电、工程施工临时用电以及城市综合开发办公楼生活用电等领域，普遍存在负荷波动大和平均负载率低的问题。这些问题不仅增加了变压器的投资成本和相关土建成本，还导致变压器空载损耗增大，从而增加了运营风险、运营成本以及铁路投资建设成本。因此，研究高可靠性、高性能的10kV配电变压器，可以有效地提高供电系统的稳定性，同时显著减少配电网的投资成本，降低配电变压器的空载损耗，提高运行效率，并相应的减少人工成本等。

2.5分布式新能源自适应微电网控制系统

针对轨道系统用电负荷的分布特点，研究分布式光伏发电、储能以及高可靠性、高性能、高过载能力的10kV配电变压器一体化的微电网系统。该系统不仅能够与配电网、大型电力网以及铁路供电网络实现无缝对接，构建多层次、高度协同的电力供应生态系统，而且能够独立为停车场、场站、服务区以及综合开发片区办公楼等特定场景提供电力需求。

研究自适应“光—源—储”智能微电网控制系统，搭建自售电管理系统及能源管理平台。针对轨道交通工程，该系统在满足高价值商业用电的同时，提供新能源发电的自用电比例，从而提高负荷侧的供电灵活性和可靠性。此外，该系统实现了光、储、变压器等多能源的系统化管理，在不增加工程建设用地成本的前提下，提高新能源的高收益目标。

2.6轨道交通微电网控制方案研究

2.6.1高渗透率DERs接入条件下的调度控制模型

在轨道交通供电系统的智能化转型过程中，传统的电网优化调度模式面临着根本性变革。作为一个动态、开放的主动配电系统，其调度控制模型呈现出多元化和复杂化的特征。调度可控变量不再局限于传统的电源控制，而是拓展至分布式电源、储能系统、可调节负荷以及配电网络中的灵活单元，例如联络开关、有载调压变压器等。与传统仅关注单一时点的经济性优化不同，轨道交通供配电系统的调度目标已经转向整个周期的综合经济性。

技术约束条件也更加丰富和严苛，除了常规的功率平衡、潮流控制、发电功率限制外，还必须深入考量光伏电站的发电波动性、负荷的不确定性，以及储能系统的容量极限和能量转化过程中的守恒原则^[1]。

因此，面对大规模波动性光伏发电和复杂多变的负荷特征，迫切需要构建一个具有全面感知能力的轨道交通供配电网智能调度控制模型。

2.6.2源网荷协调的电压控制技术

随着光伏电站规模化接入，轨道交通变配电系统正面临电压调控的重大挑战。无功电压优化控制已成为主动配电系统技术创新的核心议题。通过全面整合电网中各电压等级的无功资源，实现网络无功潮流的精准调控，确保在分布式电源大规模并网情况下，系统电压能够稳定在合理范围内。在复杂的电压调控过程中，需要灵活调节高压和低压侧有载调压变压器的分接头，综合考虑网络拓扑结构的动态变化以及光伏发电、需求侧资源的短期和超短期波动趋势^[2]。

2.6.3主动配电系统的态势感知技术

在轨道交通系统的供电网络中，分布式光伏电站数量庞大且分布广泛，传统的在线监测方法已难以全面捕捉电气运行状态。因此，迫切需要发展一套基于高精度预测的超短期光伏发电与负荷感知技术。这种感知技术的核心在于多维信息融合，其通过整合来自智能电表、综合测量单元、同步测量装置等多源异构数据，并结合光伏电站出力与负荷预测结果，构建一个全方位、实时动态的系统运行感知平台，实现轨道交通供配电系统从被动监测向主动管控的根本性转变^[3]。

2.6.4轨道交通微电网系统的源网荷协调控制技术

轨道交通微电网系统的源网荷协调控制技术体现了能源管理的前沿理念，其本质是在系统运行优化层面实现多元能源要素的动态平衡。

该技术通过整合需求侧管理的特征，深入挖掘光伏发电、储能系统、柔性负荷在多维时间尺度上的互补性，并充分利用电价信息、气象预测和负荷预测等数据。其核心目标是对光伏电站、储能系统、柔性负荷以及配电网的可控单元进行系统性、智能化的协同优化。在确保供电安全性、可靠性和质量的基础上，充分发挥储能系统的快速功率调节能力和柔性负荷的灵活调控特性，提升主动配电网的智能调控能力和经济运行水平^[4]。

2.7轨道交通微电网保护方案分析

尽管微电网保护技术的研究已经取得了一定进展，但仍面临诸多挑战。国内外学者在微电网保护方法探索中，主要集中于创新故障判据和保护动作原则上。然而，这种研究路径往往导致保护方案复杂化，增加了新型保护装置的运行成本。更为关键的是，现有研究未充分重视继电保护装置可能出现的拒动和误动问题，直接影响了保护系统的整体可靠性。

微电网的运行模式在并网与孤网状态下存在显著差异。多数微电源通过电力电子装置实现与系统的接口，但这类装置在提供短路电流方面存在先天局限。其根本原因在于：电力电子器件缺乏传统旋转式发电机的惯性特性，无法像大电网系统那样既能维持稳定性又能供给充足的故障电流；同时，逆变器的载流能力本质上是有限的，其故障电流通常仅为额定电流的2倍左右。逆变器等装置电流供给能力的局限性，在孤岛运行的微电网中影响更为严重。

相比之下，并网运行的微电网能够同时获得配电网系统和微电源的故障电流支持，且配电网提供的故障电流足以满足保护装置的动作阈值要求。这一特征为微电网保护技术的进一步优化提供了重要的技术空间。

3结语

综上所述，本文从轨道交通工程特性的角度出发，分析了轨道交通分布式新能源的发电场景。在新型电力系统改革过程中，必须明确将新能源置于主体地位，将碳中和作为最终目标。未来，随着技术的日新月异与市场的日益成熟，将共同赋予分布式光伏更强大的动能，使其成为推动能源转型与可持续发展不可或缺的关键力量。

参考文献

[1]谭浩.含高渗透率DERs的主动配电系统运行控制策略研究[D].重庆:重庆理工大学,2018.

[2]陈琢.孤岛微电网无功电压控制能力综合评估及源网荷协调优化调度[D].广州:华南理工大学,2020.

[3]刘琦.主动配电系统安全态势感知建模方法研究[D].北京:华北电力大学,2018.

[4]田伟稼.源网荷储微电网系统协调控制研究[D].黑龙江:哈尔滨理工大学,2024.

（作者单位：中铁第五勘察设计院集团有限公司）