【鐵路變電所儲(chǔ)能系統(tǒng)分析9700字（論文）】

鐵路變電所儲(chǔ)能系統(tǒng)研究目錄TOC\o"1-3"\h\u3679一、緒論 122463（一）研究背景 118422（二）相關(guān)研究闡述 165201.國(guó)外研究 1268592.國(guó)內(nèi)研究 128506二、多種儲(chǔ)能系統(tǒng)分析 231657（一）蓄電池儲(chǔ)能技術(shù) 2158951.蓄電池儲(chǔ)能分類 2118162.蓄電池充電方式 212183(二)超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù) 339241.超級(jí)電容工作原理 3310192.超級(jí)電容特點(diǎn) 416622三、鐵路儲(chǔ)能系統(tǒng)分析 414461（一）背靠背混合儲(chǔ)能系統(tǒng)分析 42359（二）飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng) 4176681.系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 5192302.變流器系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 6507（三）混合儲(chǔ)能系統(tǒng) 6247871.系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 6238552.系統(tǒng)工作原理 629667（四）電氣化鐵路同相儲(chǔ)能供電技術(shù) 6187191系統(tǒng)構(gòu)成 618712.工作原理 719256參考文獻(xiàn) 8摘要鐵路運(yùn)輸是我國(guó)的主要交通工具之一，我國(guó)年鐵路里程達(dá)8萬(wàn)多公里，居亞洲首位。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和居民經(jīng)濟(jì)水平的提高，原有的傳統(tǒng)鐵路運(yùn)營(yíng)方式已不能滿足當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展需要，因此我國(guó)逐步轉(zhuǎn)向電氣化軌道交通。我國(guó)電氣化鐵路起步較晚，但進(jìn)步驚人。我國(guó)電氣化鐵路的建設(shè)始于1950年代后期，用了三年時(shí)間完成了第一條電氣化鐵路。然而，盡管實(shí)現(xiàn)了電氣化，我國(guó)鐵路行業(yè)仍然落后。我國(guó)隨后意識(shí)到電力在鐵路發(fā)展中的重要性，決定加快鐵路電力建設(shè)。隨著中國(guó)、華北、華南三大電氣化鐵路系統(tǒng)的部署，我國(guó)的電氣化鐵路行業(yè)在電池儲(chǔ)能方面達(dá)到了前所未有的水平。電力鐵路一直交通運(yùn)輸方面發(fā)揮著重要作用。高鐵的高速發(fā)展，近幾年也十分引人矚目。作由于機(jī)車的制動(dòng)方式會(huì)產(chǎn)生大量的再生制動(dòng)能量，會(huì)給電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的能源質(zhì)量問題，也將直接影響鐵路部門的經(jīng)濟(jì)效益。本篇文章從儲(chǔ)能系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究背景出發(fā)，進(jìn)行多種儲(chǔ)能技術(shù)的介紹以及鐵路儲(chǔ)能系統(tǒng)的分析。關(guān)鍵詞：鐵路；儲(chǔ)能技術(shù)；儲(chǔ)能系統(tǒng)緒論（一）研究背景高鐵的高成本增加了鐵路部門的財(cái)政負(fù)擔(dān)，因?yàn)楦哞F的赤字和收入經(jīng)常減少。隨著電力公司負(fù)擔(dān)的增加，鐵路公司必須為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)做好準(zhǔn)備。由于牽引負(fù)載往往具有振動(dòng)、不規(guī)則振蕩、頻繁擺動(dòng)和峰谷區(qū)間大等特點(diǎn)，而我國(guó)沒有系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，因此無(wú)法獲得變壓器的牽引功率。壓力滿足最大拉伸載荷極限。高峰負(fù)荷不僅會(huì)引起能源質(zhì)量問題,而且對(duì)電力成本有直接的經(jīng)濟(jì)影響。由于高峰負(fù)荷和環(huán)境壓力容量收費(fèi)以及高峰需求收費(fèi)密切相關(guān)，如果負(fù)荷過(guò)高，鐵路用戶必須支付額外的費(fèi)用。牽引系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行往往會(huì)導(dǎo)致變壓器的負(fù)載時(shí)間更短、功耗更低，從而降低供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。電力系統(tǒng)通常使用峰值劃痕和填谷測(cè)量來(lái)減少?gòu)姆逯档焦戎档呢?fù)載偏差。對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，峰值容量和填谷有助于減少最大峰值負(fù)荷差異，提高容量利用率，減少發(fā)電機(jī)組投資，并產(chǎn)生電力供需。為了維持電網(wǎng)的平衡和運(yùn)作，用戶可以使用最高和最低價(jià)格之間的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)減少電費(fèi)的經(jīng)濟(jì)影響。削峰和腹部脫皮有很多步驟可以實(shí)現(xiàn)。用戶側(cè)經(jīng)常配合電力部門提出的用電負(fù)荷控制措施來(lái)改變用電的方式和時(shí)間。為此，該電網(wǎng)側(cè)使用了儲(chǔ)能技術(shù)。傳統(tǒng)的儲(chǔ)能方法是使用水泵節(jié)水?，F(xiàn)代節(jié)能技術(shù)主要研究飛輪儲(chǔ)能、鉛酸電池、鋰電池等電池的儲(chǔ)能，以及電磁能在超導(dǎo)體和超窄電池中的儲(chǔ)能。研究表明，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，尤其是狹義儲(chǔ)能系統(tǒng)及其混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮著主要作用。（二）相關(guān)研究闡述1.國(guó)外研究對(duì)電池的研究已經(jīng)非常成熟。電池電壓低，輸出率低，與車載電力能源系統(tǒng)相比，電池更適合地?zé)醿?chǔ)能系統(tǒng)。自2007年以來(lái)，我國(guó)已經(jīng)開發(fā)了可用于混合動(dòng)力汽車的混合動(dòng)力電池的地面離子存儲(chǔ)裝置。意大利的一項(xiàng)研究證實(shí)，可以使用高密度離子電池。在高壓電池中，這種類型的電池更經(jīng)濟(jì)。日本從1980年開始對(duì)鉛酸電池進(jìn)行研究，2006年開始廣泛使用堆離子電池。陸地能源系統(tǒng)已經(jīng)非常成功，并進(jìn)行了類似的研究對(duì)于鎳金屬電池，但不實(shí)用。集成儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)相對(duì)狹窄，而電池的壽命相對(duì)較短。電動(dòng)火車設(shè)備由東日本旅客鐵道株式會(huì)社和龐巴迪傳動(dòng)設(shè)計(jì)開發(fā)，主要以電池供電，鐵路和輕軌可以通過(guò)接觸網(wǎng)或電池和無(wú)線電信道行駛。微觀密度的研究也非常廣泛。根據(jù)德國(guó)的實(shí)驗(yàn)，輕軌超級(jí)電容器的節(jié)能效率為30%。從東海鐵路公司獲得了類似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。輕軌除外，超級(jí)電熔機(jī)還可用于具有牽引力系統(tǒng)的混合動(dòng)力汽車。研究表明，在配備消防車的德國(guó)動(dòng)力汽車中使用超級(jí)電容器儲(chǔ)存能量可以減少二氧化碳排放和成本。超小功率的電容器耗低但壽命長(zhǎng)。初期投資也在10年內(nèi)收回。超級(jí)電容器也可用于接地系統(tǒng)。超級(jí)電容器是日本地?zé)醿?chǔ)存系統(tǒng)的關(guān)鍵要素。意大利的一項(xiàng)案例研究表明，使用超級(jí)電容器的地?zé)醿?chǔ)存系統(tǒng)不僅可以最大限度地提高儲(chǔ)存量，還可以降低通風(fēng)成本。對(duì)飛機(jī)機(jī)輪儲(chǔ)能的研究也是飛扇發(fā)展的一部分。在電力系統(tǒng)中，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)主要用于降低峰谷電負(fù)荷，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。美國(guó)從2009年開始進(jìn)入飛輪節(jié)能市場(chǎng)。本次事件進(jìn)一步刺激了飛輪節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，多飛輪技術(shù)協(xié)同使用，動(dòng)力和產(chǎn)能大幅提升。飛輪的功率從千瓦增加到兆瓦。2010年，美國(guó)BeaconPower組建了200個(gè)100kW/25kWh飛輪陣列，使飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)總?cè)萘窟_(dá)到100MW/SMWh}2}。德國(guó)在單飛輪方面做了大量的研究，致力于提高單飛輪、飛輪的充放電功率和儲(chǔ)能能力。2011年，德國(guó)派珀公司利用單個(gè)飛輪的充放電功率，保持最大功率15秒，最大調(diào)峰功率1.65兆瓦。由于工程使用的需要，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)正以大容量、大容量的形式發(fā)展。2.國(guó)內(nèi)研究我國(guó)將電池應(yīng)用于電力系統(tǒng)的研究有著悠久的歷史。由于電力工業(yè)的發(fā)展和電池制造技術(shù)的快速發(fā)展，未來(lái)10年它一直在不斷變化。一般來(lái)說(shuō)，1970年代之前用于電力系統(tǒng)的電池都是鉛酸電池。1970年代開始使用半封閉式鉛酸電池，1980年代中期開始普遍使用100Ah以下的鎳強(qiáng)化電池。1990年代具有安裝方便、維護(hù)少、環(huán)保等一系列高可靠性優(yōu)點(diǎn)。1990年代后期迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。2010年，三套100kw鎳氫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在九溪變電站儲(chǔ)能試驗(yàn)園實(shí)施。在我國(guó)，飛輪能量的利用還處于理論研究階段，大部分理論成果還處于實(shí)驗(yàn)階段，與其他國(guó)家相比還存在技術(shù)應(yīng)用方面的不足。1997年清華大學(xué)研制的復(fù)合式飛輪儲(chǔ)能裝置是我國(guó)第一臺(tái)成功裝載發(fā)布的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)。1999年設(shè)計(jì)的第二代雙存儲(chǔ)系統(tǒng)，具有雙容量[yo-I2]。隨后，中科院研制并實(shí)施了慣性儲(chǔ)能裝置。該裝置的主要目的是提高微電網(wǎng)能源的質(zhì)量，其用途是保證和提高電子網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。讓中科院在磁懸浮超領(lǐng)先技術(shù)上取得成功。2017年，盾石磁能科技有限公司研發(fā)成功GTR飛輪儲(chǔ)能裝置。該機(jī)器的單飛輪放電功率為333kW，存儲(chǔ)容量為1.56kWh。它在充電和放電過(guò)程中采用高振動(dòng)磁振蕩技術(shù)。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)這是我國(guó)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用史上的一個(gè)重要里程碑，并已廣泛應(yīng)用于我們的項(xiàng)目中。二、多種儲(chǔ)能系統(tǒng)分析（一）蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)1.蓄電池儲(chǔ)能分類儲(chǔ)能電池是一項(xiàng)長(zhǎng)期成熟的儲(chǔ)能技術(shù)，廣泛應(yīng)用于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，多種類型也在不斷發(fā)展。以下是有關(guān)最常見電池的信息，以及在充電和放電過(guò)程中要學(xué)習(xí)的參數(shù)。以下是一些常見電池的示例：W鉛酸閥調(diào)節(jié)電池：由于它們的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，這些電池的能耗非常低，因此需要添加的水非常少。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)高溫和振動(dòng)的適應(yīng)性好，使用壽命長(zhǎng)，自放電率低。VRB鉛酸主要用于汽車和電動(dòng)汽車，最近廣泛應(yīng)用于通信、交通牽引等領(lǐng)域。鉛酸膠體電池：凝膠電池基于鉛酸電池，硫酸通過(guò)凝膠形成物質(zhì)。其主要優(yōu)點(diǎn)是：成本低、環(huán)保、可提高電池性能、放電穩(wěn)定、流點(diǎn)高、比能量高、壽命比鉛酸閥長(zhǎng)。它是一種有條件的電池，對(duì)溫度的影響較小。膠體電池近年來(lái)也得到了廣泛應(yīng)用，主要用于大規(guī)模儲(chǔ)能。Ni-FuBattery:Ni-Fu該電池為經(jīng)濟(jì)型電池，充放電壽命超過(guò)1000次，放電時(shí)電壓不明顯下降。它非常適合在直流電子設(shè)備中用作數(shù)字設(shè)備，但由于毒性而在許多國(guó)家/地區(qū)被禁止使用。鎳氫電池：鎳氫電池比標(biāo)準(zhǔn)堿性電池大，比鎳氟電池好，非常適用于快速耗電。主要用于電池，但也廣泛用作通訊設(shè)備的電源。樁電池：樁電池以樁離子為材料儲(chǔ)存電能，具有兩極之間向后移動(dòng)的能力，能量密度高、壽命長(zhǎng)、環(huán)保。它們主要由電腦、手機(jī)和其他小型設(shè)備供電。磷酸鐵焦耳技術(shù)的發(fā)展是高容量焦耳電池節(jié)能的關(guān)鍵。盡管焦耳磷酸鐵的能量密度較低，但其安全性能得到了顯著提升。液流電池（包括釩電池和鋅澳電池）:該系列電池充放電性能好，頻率高。產(chǎn)生和儲(chǔ)存能量的能力取決于反應(yīng)范圍和儲(chǔ)存的電解液質(zhì)量，并且可以專門設(shè)計(jì)以顯著延長(zhǎng)電池的使用壽命。液體電池具有低電化學(xué)極化。此外，全釩漏電池與其他同類產(chǎn)品相比，具有儲(chǔ)能容量高、100%深充、能效高、充放電快、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。2.蓄電池充電方式在對(duì)電池進(jìn)行充放電的同時(shí)，不同的充電方式會(huì)不同程度地影響電池的壽命。充電方式主要有恒流充電、恒壓充電、恒功率充電、風(fēng)扇快充。（1）恒流充電方式電池恒流充電是指恒定的充電電流，充電曲線如2-1所示。在充電過(guò)程中，根據(jù)電池電壓的變化實(shí)時(shí)調(diào)整充電電流，保證電流恒定。這種方法主要用于多塊電池有序放置的情況。這種充電方式更適合小電流但使用時(shí)間長(zhǎng)的情況，因?yàn)楫?dāng)電池中的電壓低于其他值或標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，電池中的低電壓電流會(huì)很快。這種方法的缺點(diǎn)是在充電后期，充電電流變大，釋放的氣體較多，一定程度上影響了充放電效率。(2)恒壓充電方式恒壓充電是指用電壓連續(xù)給電池充電，充電曲線如圖2-2所示。開始充電時(shí)，電池的初始電壓較低，因此電流略高，但在充電過(guò)程中電流逐漸減小。在充電過(guò)程結(jié)束時(shí)，電流可能會(huì)下降到一個(gè)很小的值，所以在這個(gè)過(guò)程中沒有必要控制電流。與上述方法相比，充電過(guò)程中產(chǎn)生的氣體更少，充電時(shí)間更短。需要注意的是，過(guò)大的初始充電電流可能會(huì)超過(guò)電池的額定電流，容易損壞電池。(3)恒功率充電方式恒定功率充電是指從固定電源對(duì)對(duì)電池充電。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是一個(gè)集發(fā)電、轉(zhuǎn)換、輸電、配電和使用為一體的綜合系統(tǒng)。電力系統(tǒng)容量實(shí)時(shí)波動(dòng)，必須檢查電流平衡。能耗稍低的電網(wǎng)，如微電網(wǎng)，新能源經(jīng)常用于發(fā)電，用戶數(shù)量經(jīng)常變化。這種現(xiàn)象，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到并接收到功率變化時(shí)，電子轉(zhuǎn)換器控制平衡系統(tǒng)以確保電池連續(xù)充電。因此，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以恒流儲(chǔ)存和提供能量，實(shí)現(xiàn)電流的內(nèi)部平衡，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電壓和頻率穩(wěn)定。這種方法實(shí)際上可以解決平衡問題，尤其是在可以控制和分配能量的微電網(wǎng)中使用時(shí)。(4)分段充電方式基于上述方法，常用的有二階段充電法和三階段充電法，如圖2-3所示。兩步充電法是在啟動(dòng)時(shí)恒流充電，當(dāng)電池達(dá)到一定容量時(shí)再恒壓充電的方法。三相充電是基于增加了一個(gè)恒壓浮充階段。可以確認(rèn)電池已經(jīng)充滿電了，這種方法充電效果很好，很完美。(5)快迷充電方式除上述方法外，為總結(jié)上述優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，已經(jīng)開發(fā)了幾種方法和技術(shù)來(lái)減少反應(yīng)時(shí)間，主要包括脈沖充電方法、交流充電方法等。(二)超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)1.超級(jí)電容工作原理這是一種環(huán)保且非常實(shí)用的儲(chǔ)能方法。近來(lái)，我國(guó)日益增長(zhǎng)的能源部門中超密度發(fā)展迅速，許多西方國(guó)家已將與過(guò)度擁擠相關(guān)的超密度確定為國(guó)家重大研發(fā)項(xiàng)目。超級(jí)電容器作為分布式儲(chǔ)能設(shè)備用于多種用途，為電網(wǎng)中的突發(fā)事件做準(zhǔn)備。功率穩(wěn)定性超級(jí)電容器和燃料電池的組合可用于電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車，以最大限度地減少電池?fù)p耗并延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)提高動(dòng)力汽車的耐用性和實(shí)用性。儲(chǔ)能系統(tǒng)的壽命，在交通運(yùn)輸方面，列車的特殊功能需要連續(xù)頻繁的起停，在此期間，由于工況反復(fù)變化而損失的能量非常大，超級(jí)電容器可以儲(chǔ)存制動(dòng)時(shí)的能量，釋放時(shí)，除了省電性能外，還可以用于各種領(lǐng)域，即使是軍用，其用途也非常廣泛。超級(jí)電容器的設(shè)計(jì)和原理不同于傳統(tǒng)的儲(chǔ)能單元，其工作原理是基于雙電源的效果。雙電層電容器由集流體、電解液、極化電極和隔膜四部分組成，電容器性能受極化電極和電解質(zhì)的影響。2.超級(jí)電容特點(diǎn)與化學(xué)電池相比，超級(jí)電容器具有明顯的性能特點(diǎn)和儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)：充電更快。通常，將化學(xué)電池充電到一定容量可能需要幾個(gè)小時(shí)，但由于充電器以大電流充電，所以幾分鐘甚至10秒就可以充滿。高功率密度，超級(jí)電容器的能量密度是傳統(tǒng)化學(xué)電池的10倍，因此可以產(chǎn)生特別高的脈沖電流，并且可以調(diào)節(jié)具有一定容量的超級(jí)電容器來(lái)滿足電池的要求，也適用于頻繁負(fù)載。振蕩范圍可以顯著提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。壽命更長(zhǎng)。與其他類型的電容器不同，超級(jí)電容器的充電和釋放過(guò)程沒有內(nèi)部化學(xué)變化，是一個(gè)物理過(guò)程，整個(gè)過(guò)程是完全可逆的，因此超級(jí)電容器的壽命會(huì)縮短，充放電時(shí)不會(huì)縮短。受環(huán)境溫度影響較小。超級(jí)電容器在軍隊(duì)中發(fā)揮著非常重要的作用，即使在零下10攝氏度的環(huán)境下也能很好地發(fā)揮作用，因此與其他儲(chǔ)能設(shè)備相比，它可以很好地適應(yīng)較低的溫度和惡劣的環(huán)境并保持良好的性能。對(duì)環(huán)境有輕微污染。使用碳作為材料的超導(dǎo)體在整個(gè)應(yīng)用過(guò)程中都是無(wú)污染的。與普通化學(xué)電池相比，可以減少很多有害物質(zhì)的排放。今天，全球污染問題嚴(yán)重且密集，值得探討除了上述優(yōu)點(diǎn)外，超級(jí)電容器還有一些無(wú)法繞過(guò)的缺點(diǎn)。超級(jí)電容器的能量密度非常低。因此，使用單一電源需要超級(jí)電容器，它需要更多的空間、重量和成本，這是由于壓縮電壓波動(dòng)造成的問題。超級(jí)電容器中的電壓會(huì)發(fā)生變化，因此需要額外的電子設(shè)備以在充電和放電期間保持輸出電壓穩(wěn)定并節(jié)省能源。這是一個(gè)電壓平衡問題。超導(dǎo)電壓密度相對(duì)較低，常采用串并聯(lián)方式滿足高電壓和高可用性要求。然而，電容器組內(nèi)部存在電壓不平衡問題，影響其效率，縮短其使用壽命，因此有必要對(duì)其電壓平衡控制進(jìn)行研究。由于交流列車高鐵的制動(dòng)功率較高，對(duì)容量和功率等級(jí)的需求高于地鐵等直流網(wǎng)絡(luò)。牽引網(wǎng)在這方面存在一些缺陷，所以沒有選擇這個(gè)話題。三、鐵路儲(chǔ)能系統(tǒng)分析（一）背靠背混合儲(chǔ)能系統(tǒng)分析背靠背混合儲(chǔ)能系統(tǒng)接入牽引供電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖所示。它們由混合儲(chǔ)能系統(tǒng)組成，主要由混合儲(chǔ)能單元、背靠背轉(zhuǎn)換器和降壓變壓器組成。在混合儲(chǔ)能系統(tǒng)中，電池和超級(jí)電容器通過(guò)雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器與主直流電容器并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)電量的余缺調(diào)劑；采用兩個(gè)單相四相參數(shù)，直流側(cè)連接公共電容器，而交流側(cè)通過(guò)空間電壓的方式連接兩側(cè)27.5kV的吸引電流。它們沉淀形成對(duì)稱的背靠背結(jié)構(gòu)。兩側(cè)變量的輸出功率保證了α相和β相之間可再生制動(dòng)能量的最大利用，以及無(wú)功功率和負(fù)功率的強(qiáng)平衡。（二）飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)與之前的相比，飛輪節(jié)能系統(tǒng)（FESS）是一種超越常規(guī)化學(xué)電池范圍的新型機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)。高速飛輪用于節(jié)能省電，動(dòng)能通過(guò)與飛輪相連的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)相互轉(zhuǎn)換。飛輪節(jié)能的努力在國(guó)外首次進(jìn)行，是在1970年以美國(guó)為首，日本、德國(guó)緊隨其后。我國(guó)在飛輪節(jié)能領(lǐng)域起步晚于歐美，在中國(guó)汽車研究院的飛輪節(jié)能領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位?？茖W(xué)院牽頭研究它。1990年代以后，一些高校逐漸開始探索相關(guān)領(lǐng)域。總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)對(duì)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的研究大多集中在高校和科研院所，大多處于理論研究階段，相關(guān)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際工程應(yīng)用較少。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)主要由三部分組成：飛輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，儲(chǔ)存能量；發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)改變電流；吸氣系統(tǒng)，輔助旋轉(zhuǎn)。還有真空分離、底盤等支撐系統(tǒng)。由于最大旋轉(zhuǎn)與發(fā)展密切相關(guān)，因此材料行業(yè)對(duì)飛輪的廣泛研究和開發(fā)是飛輪未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵。軸承的作用是支撐飛輪轉(zhuǎn)子和電機(jī)。常規(guī)軸承、超導(dǎo)磁力提升機(jī)、永磁提升機(jī)和電磁提升機(jī)都是為了滿足高速、高負(fù)載和低飛輪旋轉(zhuǎn)的要求而設(shè)計(jì)的。高溫超導(dǎo)磁體具有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間更長(zhǎng)、使用壽命更長(zhǎng)、無(wú)機(jī)械磨損等優(yōu)點(diǎn)。這在很多國(guó)家都發(fā)生過(guò)，也是未來(lái)克服大型飛輪技術(shù)難點(diǎn)的關(guān)鍵因素。飛輪電機(jī)是電力和機(jī)械電力轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。汽車可以通過(guò)兩種方式運(yùn)行：發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)，而且由于飛輪旋轉(zhuǎn)得如此之快，汽車通常使用更強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)。永磁電機(jī)、電磁電機(jī)和勵(lì)磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。其中永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、磁場(chǎng)密度高、無(wú)磁場(chǎng)損失、效率高，適用于中小型電源。供電系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)之間的橋梁是系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換電路，主要用于控制電動(dòng)機(jī)（或發(fā)電機(jī)）在電能與動(dòng)力之間的轉(zhuǎn)換。和互惠的能量流。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，新型GCT（如IGBT）的工業(yè)應(yīng)用越來(lái)越普及和成熟?？梢蕴岣吖β兽D(zhuǎn)換循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換效率，設(shè)備的轉(zhuǎn)換頻率和體積，減少電導(dǎo)率損失。使用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要原理是利用高速飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)將傳輸?shù)碾娔苻D(zhuǎn)化為儲(chǔ)存的機(jī)械能。具體過(guò)程如下：當(dāng)飛輪節(jié)能器充電并處于節(jié)能模式時(shí)，此時(shí)飛輪電機(jī)作為電機(jī)運(yùn)行，三相變流器通電后運(yùn)行電機(jī)。通過(guò)將葉片連接到風(fēng)扇以將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。當(dāng)飛輪升到全速時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)從節(jié)能模式切換到節(jié)能模式（待機(jī)模式），此時(shí)飛輪的轉(zhuǎn)速保持恒定。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)模式時(shí)，操作系統(tǒng)將飛輪置于釋放（release）模式，飛輪轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電并為電網(wǎng)供電。此外，它通過(guò)傳感器充電將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率發(fā)生了徹底的變化，因此選擇合適的電機(jī)型號(hào)對(duì)飛輪的儲(chǔ)能能力影響很大。選擇發(fā)動(dòng)機(jī)類型時(shí)，必須遵守以下要求：(1)基本條件：電機(jī)必須是可逆的。這意味著它必須與發(fā)電和電力的模式相對(duì)應(yīng)，同時(shí)發(fā)電/生產(chǎn)的效率必須很高。(2)應(yīng)用條件：電機(jī)可以高速旋轉(zhuǎn)，適應(yīng)大范圍的風(fēng)度變化。(3)穩(wěn)定條件：為了保證整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行，飛輪電機(jī)必須具有快速的充放電響應(yīng)和更好的控制性能。(4)功能條件：電機(jī)必須有更大的輸出和輸出扭矩，并且必須有更低的空載損耗。(5)經(jīng)濟(jì)條件：是機(jī)電壽命和空載損失。為了最大限度地節(jié)約能源，飛輪發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)具有較長(zhǎng)的使用壽命和較低的空載損失。(6)實(shí)用性：該電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)久耐用，可連續(xù)運(yùn)行，易于維護(hù)。根據(jù)上述要求，可提供感應(yīng)電機(jī)、永磁電機(jī)和磁阻電機(jī)。永磁飛輪儲(chǔ)能裝置依靠電機(jī)的狀態(tài)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)各種工況的運(yùn)行，通常具有充電功能，工作條件和連續(xù)工作條件。1.系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)安裝在變電站內(nèi)，系統(tǒng)由現(xiàn)有鐵組成，采用高鐵常用的VW型變壓器連接方式設(shè)計(jì)。在連接開關(guān)閉合的情況下，兩個(gè)供電臂分別為左右上下線供電，飛輪儲(chǔ)能單元通過(guò)后部與供電臂相連。用于儲(chǔ)能和釋放的背對(duì)背轉(zhuǎn)換器和降壓變壓器。兩根動(dòng)力桿通過(guò)后變量相互連接，飛輪蓄電單元安裝在直流連接的前面。這種安裝方式是一種飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以同時(shí)使用兩種動(dòng)力源。替代項(xiàng)目T1和T2可以顯著降低最大電壓的可能性，同時(shí)吸收和再利用兩個(gè)能源部門產(chǎn)生的可再生能源，實(shí)際上減少了損害。2.變流器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兩個(gè)接收器中的每一個(gè)都連接到具有降壓變壓器的互易轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該系統(tǒng)由兩個(gè)串聯(lián)的電壓轉(zhuǎn)換器、一個(gè)安裝在轉(zhuǎn)換器直流側(cè)的電容器、一個(gè)用于穩(wěn)定直流側(cè)電壓的直流電容器和一個(gè)電流存儲(chǔ)裝置組成。連接動(dòng)力飛輪，采用單控。兩臺(tái)逆變器，一臺(tái)逆變器控制直流網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)功功率和直流電壓，另一臺(tái)逆變器負(fù)責(zé)配電和飛輪儲(chǔ)能在機(jī)器外放變壓器時(shí)對(duì)外釋放。經(jīng)認(rèn)可的負(fù)載，可最大程度降低變壓器峰值需求。當(dāng)制動(dòng)能量在線時(shí)發(fā)生恢復(fù)。背靠背變流器通過(guò)電抗器和單相變壓器開路器連接到牽引變壓器輔助側(cè)的供電臂，使兩個(gè)供電支路的功率合流，使兩個(gè)供電支路的電源相同。負(fù)載，所以它是一個(gè)負(fù)序。這兩個(gè)變量實(shí)際上都可以抑制諧波。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)可通過(guò)多種變流器實(shí)現(xiàn)能量傳輸，降低最大需量變壓器，減少最大需量充電，避免電源罰款，同時(shí)減少投資。（三）混合儲(chǔ)能系統(tǒng)1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)混合能系統(tǒng)主要由電流控制器（RPC）、雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器、電池和超級(jí)電容器組成。RPC由形成對(duì)稱往復(fù)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)電壓供應(yīng)參數(shù)組成。變流器的運(yùn)行方式識(shí)別了變電站左右兩側(cè)有功功率到張力變電站的雙向傳輸。電池和超級(jí)電容器以與雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器相同的順序連接到DC總線以創(chuàng)建混合。儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電和放電由兩個(gè)控制單元獨(dú)立控制，便于在其他儲(chǔ)能組件之間進(jìn)行能量規(guī)劃和能量分配。并可以實(shí)現(xiàn)充電狀態(tài)和排放的靈活分配，以及可再生能源的維護(hù)和釋放。2.系統(tǒng)工作原理電氣化鐵路混合儲(chǔ)能系統(tǒng)忽略了系統(tǒng)中輸電線路的損耗，將列車制動(dòng)產(chǎn)生的可再生能源有效更新為相關(guān)參數(shù)并呈正向顯示功率比。PHESS為混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出功率，pbat為電池的輸出功率，Ps。超級(jí)電容器的輸出。當(dāng)列車產(chǎn)生再生制動(dòng)能量時(shí)，在牽引供電系統(tǒng)中優(yōu)先用于同一臂或不同臂。左右拖網(wǎng)的正曝光量定義為pLoad，即pLoad=pLa+pL，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電閾值為pN。這里，當(dāng)pLoad>pN時(shí)，多余的再生制動(dòng)能量被混合儲(chǔ)能系統(tǒng)吸收，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)釋放再生制動(dòng)能量以減少軌道上的負(fù)載。因此，為了平衡左右臂的負(fù)荷，混合存儲(chǔ)的測(cè)量容量可以表示如下。系統(tǒng)必須限制混合功率轉(zhuǎn)換器和存儲(chǔ)系統(tǒng)的最大輸出功率，并限制能量存儲(chǔ)設(shè)備的電流和充電(SOC)狀態(tài)在特定領(lǐng)域運(yùn)作。（四）電氣化鐵路同相儲(chǔ)能供電技術(shù)普通供電線路可以取消變電站出口的電氣分相，消除無(wú)電區(qū)域，更有利于列車運(yùn)行和再生能源的合理利用。主要在負(fù)序和儲(chǔ)能的調(diào)峰功能可以降低國(guó)標(biāo)評(píng)價(jià)的負(fù)序指數(shù)（電壓不平衡），因此在一定程度上可以將牽引變電所使用的單相牽引變壓器與儲(chǔ)能相結(jié)合系統(tǒng)組成同相供電系統(tǒng)。同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可用于降峰填谷。列車再生制動(dòng)能量成本與利用的考慮1系統(tǒng)構(gòu)成我國(guó)牽引供電系統(tǒng)采用單相工頻交流供電系統(tǒng)，作為三相不對(duì)稱負(fù)載，電力機(jī)車和動(dòng)車組牽引負(fù)載引起的負(fù)序不可避免地影響電力系統(tǒng)。分相電力系統(tǒng)從整體上減少了進(jìn)入電力系統(tǒng)的負(fù)序分量，幾乎所有電氣部分連接方式不同的牽引變電站都實(shí)現(xiàn)了相位整流連接。也就是說(shuō)，它們交替訪問和設(shè)置電力系統(tǒng)的不同階段。電源分相環(huán)節(jié)，本文中共模儲(chǔ)能供電方案是指在牽引變電所采用單相牽引變壓器實(shí)現(xiàn)共模供電，并取消與牽引變電所的電氣分相.為牽引客車增加儲(chǔ)能系統(tǒng)。儲(chǔ)能系統(tǒng)由匹配變壓器、AC/DC轉(zhuǎn)換器、儲(chǔ)能裝置和控制器組成。電壓互感器和電流互感器分別采集電壓和電流信號(hào)。將牽引母線和牽引瞬時(shí)傳輸?shù)娇刂破骺刂破魍ㄟ^(guò)轉(zhuǎn)換器控制能量存儲(chǔ)設(shè)備充電和放電。2.工作原理電氣化鐵路的牽引負(fù)荷是波動(dòng)的，高峰負(fù)荷功率與技術(shù)經(jīng)濟(jì)兩方面有關(guān)，因?yàn)楦叻遑?fù)荷與外圍電壓容量的充電和電網(wǎng)高峰需求的充電密切相關(guān)。兩段電價(jià)，調(diào)峰（調(diào)峰）可以獲得技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的雙重優(yōu)勢(shì)。不僅可以控制負(fù)面序列，減少副作用，還可以受益于兩部制電價(jià)的實(shí)施。也就是說(shuō)，它有一個(gè)固定的、準(zhǔn)確的周期性，給定調(diào)峰需求或降低主變?nèi)萘恳杂?，然后電軌運(yùn)行圖以星期幾為基準(zhǔn)，即建立適當(dāng)?shù)姆骞忍畛洳呗缘年P(guān)鍵。結(jié)論我國(guó)電氣化鐵路的建設(shè)始于1950年代后期，用了三年時(shí)間完成了第一條電氣化鐵路。然而，盡管實(shí)現(xiàn)了電氣化，我國(guó)鐵路行業(yè)仍然落后。我國(guó)隨后意識(shí)到電力在鐵路發(fā)展中的重要性，決定加快鐵路電力建設(shè)。隨著中國(guó)、華北、華南三大電氣化鐵路系統(tǒng)的部署，我國(guó)的電氣化鐵路行業(yè)在電池儲(chǔ)能方面達(dá)到了前所未有的水平。電力鐵路一直交通運(yùn)輸方面發(fā)揮著重要作用。高鐵的高速發(fā)展，近幾年也十分引人矚目。作由于機(jī)車的制動(dòng)方式會(huì)產(chǎn)生大量的再生制動(dòng)能量，會(huì)給電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的能源質(zhì)量問題，也將直接影響鐵路部門的經(jīng)濟(jì)效益。在此背景下，本篇文章共分為三個(gè)部分進(jìn)行闡述。首先是對(duì)電氣化鐵路的供電技術(shù)做了相應(yīng)的研究闡述。第二部分對(duì)多種儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)地闡述和分析。最后一個(gè)部分對(duì)常見的電氣化鐵路儲(chǔ)能系統(tǒng)的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)以及工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析。參考文獻(xiàn)[1]耿安琪,胡海濤,張育維,等.基于階梯能量管理的電氣化鐵路混合儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2021,36(23):10.[2]鄔明亮,戴朝華.電氣化鐵路自發(fā)自用型光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)及其控制策略[J].供用電,2018,35(12):7.[3]鄔明亮,王世彥.面向電氣化鐵路的超級(jí)