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鐵路是交通系統(tǒng)的重要組成部分，其電力消耗巨大。利用光伏系統(tǒng)發(fā)電進(jìn)行用電替代，對(duì)于滿足節(jié)能需求、減少碳排放、實(shí)現(xiàn)鐵路交通綠色低碳發(fā)展，具有重要意義。奧地利聯(lián)邦鐵路公司（?BB）一直致力于降低奧地利鐵路的二氧化碳排放量。為達(dá)到這一目標(biāo)，?BB下屬基礎(chǔ)設(shè)施子公司（?BB Infrastruktur AG）于2015年在維也納（Wien）東南部的威爾弗萊因斯多夫（Wilfleinsdorf）建設(shè)并投產(chǎn)16.7Hz光伏系統(tǒng)試驗(yàn)工廠，以測試和驗(yàn)證將光伏系統(tǒng)生產(chǎn)的電能直接饋入接觸網(wǎng)為軌道車輛供電的可行性和有效性。在試驗(yàn)成功以后，?BB Infrastruktur AG于2020年—2021年安裝了另外5套16.7Hz光伏系統(tǒng)，并將其生產(chǎn)的電能直接饋入15kV接觸網(wǎng)。至2021年底，該公司已經(jīng)擁有總裝機(jī)容量為5.5MWp的6套16.7Hz光伏系統(tǒng)（圖1）。其計(jì)劃在中期將16.7Hz光伏系統(tǒng)的發(fā)電量增加100GWh以上，從而進(jìn)一步減少鐵路運(yùn)輸?shù)亩趸寂欧帕?、提高其環(huán)保性。

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Wilfleinsdorf的地面安裝式光伏系統(tǒng)

位于Wilfleinsdorf的地面安裝式16.7Hz光伏系統(tǒng)總裝機(jī)容量為1MWp，于2015年投入運(yùn)營，是奧地利第一個(gè)直接饋入15kV接觸網(wǎng)的16.7Hz光伏系統(tǒng)（圖2）。該系統(tǒng)自2015年投入使用至今一直無故障運(yùn)行，2020年的年產(chǎn)量為1230MWh，遠(yuǎn)超前期預(yù)測的1100MWh。

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Tullnerfeld聲屏障安裝式光伏測試系統(tǒng)

?BB-Infrastruktur AG采取了多種措施以降低軌道交通產(chǎn)生的噪聲，其中包括在線路兩旁建造總長度為950km的聲屏障。聲屏障具有較大的表面積，理論上可安裝光伏系統(tǒng)。但是，諸如施工成本高、饋電方式有限、鋪設(shè)電纜長及由此產(chǎn)生的電能損耗大等因素也制約了光伏系統(tǒng)在聲屏障上的使用。電網(wǎng)中的自用變壓器、應(yīng)急供電變壓器和道岔加熱變壓器是合適的饋入點(diǎn)。

圖爾納菲爾德（Tullnerfeld）的16.7Hz光伏測試系統(tǒng)（圖3）安裝在鐵路沿線聲屏障朝南的外側(cè)，其產(chǎn)生的電能饋入Tullnerfeld變電站的自用變壓器，總裝機(jī)容量為30kWp，用于測試聲屏障安裝式光伏系統(tǒng)及研究鐵路運(yùn)營對(duì)該系統(tǒng)的影響。該系統(tǒng)由輸出功率為10kWp的光伏組件模塊、傳統(tǒng)太陽能電池板等組成。太陽能電池板分別以0°（即緊貼聲屏障，垂直于地面，圖3中的③）、15°（圖3中的①）和30°（圖3中的②）3種傾斜度安裝在聲屏障上。該光伏測試系統(tǒng)還配置了1臺(tái)獨(dú)立的10kVA16.7Hz逆變器。

近2年的運(yùn)營實(shí)踐表明：

（1）從鐵路運(yùn)營對(duì)聲屏障安裝式光伏系統(tǒng)的影響看，到目前為止，鐵路運(yùn)營（最高速度230km/h）所產(chǎn)生的振動(dòng)及過度污染情況均未對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響；

（2）從太陽能電池板3種傾斜度下的系統(tǒng)年電能產(chǎn)量看，傾斜30°的系統(tǒng)電能產(chǎn)量最高，0°產(chǎn)量略低，15°最低（圖4）

3

Auhof變頻器廠屋頂安裝式光伏系統(tǒng)

2020年，奧地利首個(gè)16.7Hz屋頂安裝式光伏系統(tǒng)投入運(yùn)行。該系統(tǒng)安裝在奧霍夫（Auhof）變頻器廠的屋頂上，總裝機(jī)容量為88.3kWp，年電能產(chǎn)量約為64MWh，由276個(gè)面積為453?平方米的光伏組件模塊構(gòu)成（圖5）。由于屋頂向南的傾斜度非常適宜，可以省去用于調(diào)整傾斜度的支架，光伏組件模塊通過與屋頂平行、帶有折疊式夾具的軌道系統(tǒng)直接固定在屋頂上。除光伏系統(tǒng)生產(chǎn)的電能外，變頻器廠還連接來自相鄰Auhof變電站自用變壓器的16.7Hz230V電源。光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能直接供變頻器廠使用，如有剩余則饋入接觸網(wǎng)。

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Ladendorf和Kottingneusiedl地面安裝式光伏系統(tǒng)

2套新一代16.7Hz地面安裝式光伏系統(tǒng)在下奧地利州北部Laaer Ostbahn架設(shè)并于2021年下半年投入運(yùn)行。其中，拉登多夫（Ladendorf）光伏系統(tǒng)（圖6）的總裝機(jī)容量為1.2MWp，科廷諾伊西德爾（Kottingneusiedl）光伏系統(tǒng)（圖7）的總裝機(jī)容量為1.13MWp。

研究人員基于從Wilfleinsdorf光伏系統(tǒng)中獲得的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)這兩套地面安裝式光伏系統(tǒng)提出了一種新的系統(tǒng)理念（圖8），即以中壓側(cè)安裝的斷路器替代高壓高性能保險(xiǎn)絲。由于上述光伏系統(tǒng)位于鐵路影響區(qū)域內(nèi)，因此其接地系統(tǒng)和鐵路的接地系統(tǒng)是相連的。光伏系統(tǒng)的歸線和保護(hù)接地線分開布線，并通過反向電流補(bǔ)償軌相互連接及與鐵路接地系統(tǒng)連接。與Wilfleinsdorf光伏系統(tǒng)不同，出于對(duì)市場情況的考慮，這兩套光伏系統(tǒng)采用了中央逆變器。上述理念均根據(jù)兼容性研究成果，在奧地利理工學(xué)院的網(wǎng)格模擬器上預(yù)先進(jìn)行了測試和驗(yàn)證。

光伏系統(tǒng)的操作和監(jiān)控由梅德林（Meidling）能源控制中心完成，如限制功率等。Meidling能源控制中心還建立了一個(gè)測量值檔案庫，用于接收和存儲(chǔ)光伏系統(tǒng)傳輸過來的各種測量值、狀態(tài)信息和報(bào)警信息。

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Inzersdorf物流大廳屋頂安裝式光伏系統(tǒng)

因澤斯多夫（Inzersdorf）16.7Hz光伏系統(tǒng)安裝于維也納南站新建物流大廳（圖9）的屋頂上，該大廳被設(shè)計(jì)為多功能轉(zhuǎn)運(yùn)站及公鐵運(yùn)輸?shù)闹修D(zhuǎn)中心，位于Pottendorf鐵路線上。該系統(tǒng)于2021年底投入使用，總裝機(jī)容量為2.03MWp，是維也納裝機(jī)容量最大的屋頂安裝式光伏系統(tǒng)。大廳的朝向?yàn)槲髂希瑸樘岣唠娔墚a(chǎn)量，該系統(tǒng)采用傾斜度為13°的東西向光伏陣列。光伏陣列共包含輸出功率為450Wp的4515個(gè)光伏組件模塊，占地面積超過9800平方米。

由于該光伏系統(tǒng)與Pottendorf線路饋入點(diǎn)的距離超過325m，鐵路的接地系統(tǒng)與光伏系統(tǒng)的接地系統(tǒng)是分開的，研發(fā)人員為此開發(fā)了一種新的饋電方案。該光伏系統(tǒng)有2座技術(shù)站，一座位于大廳附近，包含中央逆變器、15kV變壓器和系統(tǒng)運(yùn)行所需的遙控、控制和保護(hù)裝置，另一座位于饋入點(diǎn)附近，包含1個(gè)15kV斷路器。2座技術(shù)站之間由1條15kV的絕緣電纜（其中的去線和歸線均為中壓電纜）連接。這種配置可在鐵路接地系統(tǒng)和50Hz公共電網(wǎng)接地系統(tǒng)之間實(shí)施電氣隔離，并防止在發(fā)生故障時(shí)引入不良電位。新饋電方案的另一項(xiàng)創(chuàng)新是在光伏系統(tǒng)向接觸網(wǎng)饋電時(shí)，自動(dòng)調(diào)整相應(yīng)接觸網(wǎng)開關(guān)設(shè)備的保護(hù)設(shè)置。由于光伏系統(tǒng)的饋電功率更高，因此必須進(jìn)行這種調(diào)整。該光伏系統(tǒng)的斷路器配備自動(dòng)夜間關(guān)閉功能，該功能是利用傳感器測量輻照實(shí)現(xiàn)的。

6

展望

在接下來的幾年里，?BB-Infrastruktur AG將繼續(xù)安裝并調(diào)試數(shù)個(gè)16.7Hz光伏系統(tǒng)。為評(píng)估將光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能饋入15kV接觸網(wǎng)的影響并確定最佳饋電區(qū)域，該公司將選擇適宜地點(diǎn)進(jìn)行電網(wǎng)模擬，并對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)調(diào)整。此外，針對(duì)16.7Hz光伏系統(tǒng)面臨諸多的挑戰(zhàn)，如既有電網(wǎng)容量不足、發(fā)電量波動(dòng)性大、投資成本比同等尺寸的50Hz光伏系統(tǒng)高出約20%～30%（由于增加逆變器、變壓器、開關(guān)設(shè)備等組件引起的）等，該公司將繼續(xù)加大研發(fā)力度，力求加以解決，從而推動(dòng)鐵路交通綠色、低碳發(fā)展。

來源：《現(xiàn)代城市軌道交通》編輯部