地铁节能电容能量存储系统

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1、西安市华光电子有限责任公司目录一、地铁列车运行时电力消耗的基本状态2二．电容能量存储系统的解决方案3三．电容储能系统的结构构成5四．系统的安装7五.系统实施步骤710西安市华光电子有限责任公司地铁节能电容能量存储系统一、地铁列车运行时电力消耗的基本状态城市轨道交通是耗电大户，而如何高效利用电能是目前城市轨道交通节能技术的关键问题。车辆在运行过程中，由于站间距一般较短，因此要求起动加速度和制动减速度比较大，并要具有良好的起动和制动性能。由于频繁起动和制动，地铁列车制动能量的回收有着很大的潜力。车辆再生制动产生的反馈能量一般为牵引能量的30％甚至更多。而这些再生能量除了

2、按一定比例(一般为20％～80％，根据列车运行密度和区间距离的不同而异)被其它相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被车辆的吸收电阻以发热的方式消耗掉或被线路上的吸收装置吸收。如果在一列地铁列车刹车时附近没有其他列车加速运行，那它所回馈的电能中只有30％～50％能被再次利用(尤其是在低电压、高电流的网络系统里)。如果当列车发车的间隔大于10min时，再生制动能量被相邻列车吸收重新利用的概率几乎为零。地铁列车运行时启动和制动带来的能量消耗状态有如下的情况：1、启动时，因为列车重量很大，启动时牵引的阻力就很大，需要比常规运行高的多的能量(一般为2-3倍的常规功率)，这会造成

3、牵引网在启动时供电电压下降的情况。10西安市华光电子有限责任公司2.地铁列车在减速或制动时，需要将列车本身的动能消耗掉以达到减速和停止的目的，这时牵引电机处于发电状态。目前传统针对对列车制动有两种解决方案:a.将列车制动能量消耗在列车或电网配置的制动电阻器上以达到消耗制动动能的目的，这是目前国内的地铁采用的主要方法。该方法每次制动会有大量能量以发热方式消耗浪费掉。b.将列车制动能量通过逆变器逆变回电网交流侧的电网中，以达到制动的目的。该方法制动时会造成电网大幅度电压升高。该方式带来的问题是造成电网电压在列车启动和制动停止时大幅度的变化（以1500VDC供电电网为例，

4、一般启动时列车电网会跌落到1450V左右，制动时电压会上升到1850V）从而引起系统欠压或过压。以上两种方案，都存在牵引网电压的大范围跌落或升高问题。牵引网压波动太大不利于车辆平稳、可靠运行，尤其对车载电气设备造成周期性大电压波动冲击而影响寿命。在采用制动电阻的发热消耗制动能量时，引发站台和地下隧道热量积累、温度上升，某些城轨系统隧道温度高达50℃，不得不加大通风设备的容量，造成严重的二次能量消耗。二．电容能量存储系统的解决方案：该方案是将列车制动时的能量给一组高可靠性的电容组充电，将能量存储在电容组中，同时避免了电网电压升的过高；在列车启动时将电容中存储的能量反馈

5、给直流电网，提供列车启动需要的部分能量，同时避免了电网电压的大幅跌落。电容组通过反复的充放电，达到节能和避免电网电压大范围变化的目的。1.列车制动时会产生制动能量抬高电网电压，此时控制系统使电容能量存储系统处于充电状态，将制动能量存储于电容组中。（图一）10西安市华光电子有限责任公司（图一）1.列车启动时的所需能量大大高于平时匀速运行时的能量，从而造成电网电压跌落，此时控制系统使电容能量存储系统处于放电状态，将制动时存储的能量释放回电网供列车启动时使用，从而减少了列车从外部电网输入的能量，达到节能的目的。（图二）10西安市华光电子有限责任公司（图二）1.由于电容储能

6、系统本身具有削峰平谷的作用，所以在该系统投入使用后可以大大降低列车制动和启动时电网波动，从而避免了由于电网电压波动过大带来的问题。(图三，图四)（图三）10西安市华光电子有限责任公司（图四）三．电容储能系统的结构构成1．系统示意图（图五）（图五）2.系统构成说明10西安市华光电子有限责任公司基本组成分三部分：a.控制部分：使用专用控制器监控电网电压、电流、电容组的储能情况并且在列车制动、启动时控制相应开关器件完成电容组的充电和放电，以完成系统节能、平压和保护的功能。同时针对每组电容器进行监控、保护和管理。由一个控制柜构成，提供12.1英寸的彩色触摸显示屏用于监控和设

7、定数据。(图六、图七)（图六）10西安市华光电子有限责任公司（图七）a.斩波器和开关部分：针对每组电容柜配置一个高效高速晶闸管的斩波器保证电网能量流入或流出电容组。同时各种隔离、保护和分断的开关被集成在一起。该部分由一个斩波器柜和一个开关柜组成。b.电容柜部分：采用超级电容组成大容量的电容阵列完成系统储能的主体。根据不同的储能要求可以进行平行的扩展，仅仅需要增加电容柜的个数就可以达到扩容的目的,由一个或多个电容柜构成。2.系统外形示意图：（图八）10西安市华光电子有限责任公司（图八）四．系统的安装电容储能系统可以灵活的安装于原地铁牵引配电房中，连接进入原地铁牵引