The integration of wind and solar renewable energy sources into 3 kV DC railway systems

This thesis focuses on the integration of photovoltaic and wind energy sources into 3 kV DC railway systems to aid in the power supply of the traction loads in conjunction with the traction substations. This solution is regarded with particular interest in research due to the possibility to exploit the DC section of the PV and wind generators for direct connection to the railway system, without the need for an AC conversion stage, while also preserving the inherent advantages that characterize DC railway traction. The thesis includes a theoretical overview of photovoltaic systems, wind systems, and DC railway traction systems and their relevant components, followed by the modeling of and simulation of a traction load based on the ETR 1000 high-speed train operating within the 3 kV DC railway system. The simulations are conducted considering different scenarios with and without the renewable generators in parallel to the traction substations, in order to investigate their contribution in terms of power and energy supplied to the traction loads.

Questa tesi si focalizza sull'integrazione delle risorse di energia fotovoltaica ed eolica nei sistemi ferroviari a 3 kV in corrente continua per contribuire, congiuntamente alle sottostazioni di trazione, all’alimentazione dei carichi di trazione. Tale soluzione è considerata con particolare interesse a livello di ricerca grazie alla possibilità di sfruttare la sezione DC dei generatori fotovoltaici ed eolici per il collegamento diretto al sistema ferroviario in corrente continua, eliminando la necessità di un successivo stadio di conversione AC, e preservando i vantaggi intrinseci che caratterizzano i sistemi ferroviari in corrente continua. La tesi comprende una panoramica teorica dei sistemi fotovoltaici, eolici e dei sistemi di trazione ferroviaria in corrente continua e dei relativi componenti, seguita dalla modellazione e simulazione di un carico di trazione basato sul treno ad alta velocità ETR 1000 operante all'interno del sistema ferroviario a 3 kV DC. Gli scenari considerati nelle simulazioni comprendono casistiche con e senza i generatori rinnovabili in parallelo alle sottostazioni di trazione, al fine di indagare gli scambi di potenza con i carichi di trazione.