飞轮储能在地铁系统中的应用

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1、4/200713应用基础研究飞轮储能在地铁系统中的应用蒋启龙，连级三（西南交通大学电气工程学院，四川成都610031）摘　要：地铁列车的制动能量是一种未被开发利用的能量，目前多采用制动电阻消耗制动或将减速过程中的能量转化为热能而浪费。在分析传统的能量消耗和能量回馈方式的基础上，提出一种对供电系统无影响、改善供电品质、降低系统峰值功率要求的能量储存方式，对磁浮飞轮储能装置的结构、原理和工作模式等进行了重点分析，并对大容量磁悬浮飞轮在地铁系统中的应用进行了研究，指出了飞轮储能系统的关键技术和发展方向。关键词：飞轮；磁浮轴承；能量储存；地铁中图分类号：U231文献标识码：A文章编号：167

2、1-8410(2007)04-0013-005ApplicationStudyonFlying-wheelEnergyStorageinSubwaySystemJIANGQi-long，LIANJi-san(ElectricalEngineeringCollege,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu,Sichuan610031,China)Abstract:Theenergy,aunemployedenergyproducedduringbrakeordecelerationofsubwaycar,ismostlytranslatedintohea

3、tenergybybrakeresistor.Besidesconventionalenergyconsumptionandenergyfeedback,anewtypeenergystoragemodewhichhavenoeffectonpowersource,improvepowerqualityanddecreasepeakpowerdemand,isproposed.Structure,principle,operationmodes,keytechnologyandtrendofflying-wheelenergystorage(FES)devicearediscusse

4、d.Operationspeed,magneticbearing,safecontainer,monitorsystemofFESappliedinsubwaysystemhavebeendesigned.Keywords:flyingwheel;magneticbearing;energystorage;subway压波动范围较大。同时，再生能量由制动电阻转化为热0　引言能而白白浪费，能量的利用率降低。在频繁起动和制动的地铁系统中，供电额定电压目前，造成这种结果的原因是，还没有理想的大规为1500V，当列车加速或上坡时，电机电流增大，供DC模储存电能的技术和装备，大规模的储能技术和

5、储能电轨上的压降也随之增大，会造成网压低于额定电压，装备是电力行业中备受关注但尚未解决的难题之一。而列车减速或下坡时，电机电流减小，网压又会高于额如果能够大规模地储存电能，就会给电力生产和使用定电压。因此，每节车安装了一个制动电阻箱，当网压带来革命性的变化。设法回收制动能量，储存于储能器高于1800V时，闭合列车上的制动电阻，消耗制动或DC中，同时产生一定的负荷阻力使汽车或列车减速制动；减速时的再生能量。因此，在整个线路运行过程中，网当车辆再次起动或加速时，储能器中的能量再转换为车辆行驶所需的动能，从而达到节能的目的。美国、日收稿日期：2007-06-05作者简介：蒋启龙（1969-

6、），男，副教授，主要从事电力电子及本、欧洲等发达国家和地区都致力于能量储存方法的磁浮技术教学和研究工作。研究。与国外相比，国内在复合材料性能、轴承技术、电基金项目：“21工程”项目资助(M0199919950130)14飞轮储能在地铁系统中的应用4/2007能转换效率和实验研究方面存在明显的差距。再转换成交流，并入到电网，供其他列车或设备运行使用。本文将对飞轮储能技术进行研究，探讨磁浮轴承采用这种方法，能有效地利用制动能量，提高能量支承的飞轮储能装置在地铁列车供电系统中的应用。利用率，达到节能的目的，并保证直流环节电压在允许范围之内。但是，四象限变流器的控制较为复杂，须保1　地铁系统

7、制动能量的处理方式证回馈能量的频率、相位与电网同步。1.1　能量消耗1.3　能量储存目前，大多数地铁列车采用制动电阻来消耗列车能量储存的工作原理是：在列车制动过程中，将制减速或制动时的再生能量（图1）。其原理是：在列车前动能量通过一定方式储存起来。当列车需要大功率工进时，直流系统通过逆变器给牵引电机组供电，并实现作时(如上坡、加速等)，储能装置再通过一些转换环节VVVF调速控制；当列车减速或制动时，电机（作发电机将电能释放出来，以供系统使用（图3）。运行）