城市轨道交通超级电容技术

超级电容具备功率密度高(2～15 kW/kg),循环寿命长(10万～100万次),使用温度范围宽(-40～+70℃)和能量转换效率高(≥90％)等特点,在轨道交通领域可作为储能式有轨电车供电电源、再生制动能量地面储能系统和内燃机辅助启动装置.介绍超级电容储能基本原理,系统说明单体制备工艺以及模组组态方式,总结比较国内外主要厂家的技术特点,中国双电层超级电容已经实现全球单体最大容量12 000F批量生产,技术处于行业领先水平.针对影响超级电容储能装置使用寿命和安全的因素进行分析,并对轨道交通用超级电容系统未来研发方向进行展望.     

储能技术在地面式再生制动能量吸收和利用装置中的应用

随着超级电容、锂离子电池、飞轮等储能元件技术的飞速发展,储能技术在城市轨道交通中得到日益广泛的应用.针对地面存储式再生制动能量利用装置,首先总结了储能装置可实现的功能,然后介绍储能技术在地面式再生制动能量吸收和利用装置中的应用现状,最后从储能装置的系统设计与评价方法、充放电控制策略、储能装置设计的角度分析了需要进一步深入研发的课题.     

城市轨道交通新能源技术应用研究

为了支撑轨道交通系统绿色环保的可持续发展需求,在光伏发电及储能方面展开研究。设计城轨交通系 统用分布式光伏-储能供电系统方案,研究多系统、高可靠度的供电模式和源储荷多能源耦合下的能量管理策略。 面向光伏储能接入单个牵引变电所,提出一种基于深度强化学习的能量管理与优化方法。该方法使用深度 Q 网络 对列车负荷、光伏单元和储能单元功率输出等状态信息进行训练学习,通过训练好的代理对直流牵引网进行能量 管理,解决光伏发电系统难以适应城轨列车启停频繁、工况多变,以及多能源系统引入后带来的供电稳定性、容 量配置和能量管理等问题,有效提升城市轨道交通系统的绿色能源利用率,降低变电所输出能耗。     

车载储能低地板有轨电车牵引传动系统设计与应用

为实现低地板有轨电车在路口无接触网运行,设计开发了一种列车车载储能牵引传动系统.对车辆技术要求、列车牵引特性计算和设计、牵引传动系统主电路设计、牵引传功系统设计、列车车载储能装置能量管理策略等进行了介绍,并采用装车试验进行了验证.试验表明,该牵引传动系统可有效对列车车载储能装置进行能量管理,以及对列车车载储能装置的充放电电压及电流进行限制,可高效地利用整车在制动过程中的再生制动能量,提高了能量的利用率.     

基于列车制动功率的地面式储能系统阈值优化研究

对地面式储能系统与制动电阻联合工作时的阈值设定进行优化研究.以降低再生制动能量的线路损耗与稳定列车受电弓处牵引网压为目标,提出了一种根据列车最大制动回馈功率的阈值优化方法.采用地铁实际线路参数进行仿真,结果表明:阈值优化后,单车制动时再生制动能量回收率得到有效提升;多车制动时列车受电弓处网压得到抑制,避免再生制动失效情况的发生.     

储能型再生制动能量并网技术的研究

目前城市轨道交通再生制动能量大部分由电阻消耗,利用率较低.设计了储能型再生制动能量并网系统,研究了再生制动能量在并网系统与储能系统之间的分配关系.阐述了系统的组成及设计方法,给出储能优先和并网优先2种控制策略,并通过仿真进行对比分析.仿真结果验证了储能优先策略可行、有效,能够减小再生制动功率对交流电网的冲击,实现再生制动能量的循环利用.分别建立了逆变回馈系统和储能系统的试验模拟装置,通过试验结果验证了控制策略的可行、有效.     

双源式无轨电车储能系统设计

介绍了双源式无轨电车的储能系统的基本原理与相关设计要点,特别是根据一种无轨电车运营模式对储能系统容量、储能形式以及能量分配进行了研究,同时在电池箱散热设计中采用了有限元的分析方法,最后通过无轨电车实际运营考核验证了该方法的有效性。     

超级电容储能装置容量配置影响因素分析

在城轨交通系统中加入超级电容储能装置,可有效抑制列车的再生制动失效问题。为模拟加入储能装置后城轨供电网络的能量流动情况,从全局、动态的角度搭建地面式超级电容储能系统仿真平台,针对国内某地铁线路进行仿真分析,探讨发车间隔、上下行发车时间差以及超级电容控制特性对容量配置结果的影响,并最终确定一套较为合理的容量配置方案。     

现代有轨电车无接触网牵引供电方式研究

对有轨电车牵引供电方式进行了分类,介绍了几种典型的地面牵引供电方案。从系统基本构成、储能介质选择、充电方式选择几方面对车载储能式牵引供电方案进行分析。提出了实现无架空接触网的技术路线和解决方案。车载储能式牵引和地面牵引供电相结合是现代有轨电车无架空接触网供电方式的发展方向。应结合具体线路工程,经过技术经济等综合评估后确定有轨电车的牵引供电方式。     

飞轮储能在地铁系统中的应用

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.     

有轨电车不同制式储能系统对比分析

为提升储能式有轨电车项目的运用管理水平,优化后续新建项目设计,降低项目全寿命周期成本,以广 州海珠试验段、广州黄埔 1 号线及三亚有轨电车项目的车辆储能系统为研究对象,结合各自线路供电系统的设计 特点,对 3 种不同系统所采用的关键技术原理、能量存储及消耗参数、运营维护重难点、使用寿命及成本等方面 进行对比分析。其中,在设备运用可靠性方面,超级电容和电池电容储能系统具有一定的优势;在可维护性方面, 3 种系统制式均存在维护难点;电池电容储能系统的衰减程度较大。综合来看,在提升单一制式储能系统的续航 能力和混合供电系统运用可靠性的基础上,适当简化供电系统,开展集约型的设计,将是今后储能式有轨电车工 程的发展方向。     

一种城轨列车的混合动力能量优化控制

近年来,基于质子交换膜燃料电池的混合动力机车越来越受到机车业界的重视。在能量系统中燃料电池充当主要动力源,锂电池和超级电容充当能量支持和存储系统。将系统瞬时氢耗分为燃料电池瞬时氢耗、蓄电池和超级电容等效瞬时氢耗两个部分,建立数学模型,并提出系统瞬时氢耗最小时的能量管理策略,控制着重于计算最佳的燃料电池功率,最大限度地减少混合动力车的氢气消耗。通过仿真测试该能量管理策略对系统能量的优化程度,并与基于经典的比例积分控制策略进行比较。仿真结果表明,在整个驾驶循环期间,节省约5%的氢气消耗。     

城市轨道交通飞轮储能系统控制策略研究

为了解决城轨列车频繁牵引、制动造成的网压波动和能量浪费问题,针对应用于城市轨道交通的飞轮储能系统,提出一种基于牵引网直流侧电压的充放电控制策略,采用均速控制方法调节飞轮阵列因工艺与环境不同造成的转速差异,并在现有控制策略的基础上提出空载网压辨识算法,确保飞轮在中压环网电压波动时仍能正确动作。最后以北京地铁房山线为例,对含飞轮储能系统的牵引供电系统进行建模和仿真分析,并在牵引变电所接入飞轮储能装置进行现场实验。研究结果表明：接入飞轮后,牵引网压峰谷差值降低了33.2%,牵引变电所输出能量减少了23%,验证了控制策略的可行性和飞轮储能系统的稳压节能效果,为飞轮储能系统在城市轨道交通领域的进一步应用提供参考和借鉴。     

超级电容在地铁制动能量回收中的应用研究

针对机车启动、制动对直流母线电压的影响,提出一种基于超级电容的储能装置,该装置通过双向DC-DC变换器为列车提供牵引或者吸收再生制动过程的暂态能量,分析了超级电容储能系统充放电控制策略,搭建了一个750V直流电气化铁路仿真平台,仿真结果验证了超级电容储能系统能够维持直流母线电压稳定,有效地防止城市轨道交通供电系统中电力负荷波动和避免再生制动能量的浪费。     

地铁钛酸锂电池车载储能系统研究

以轨道交通车辆车载储能系统为对象,对当前应用于轨道交通车辆中的超级电容、高能电容和锂离子电池等车载储能元件的性能进行对比分析,得出钛酸锂电池具有高功率密度、高能量密度、高可靠性的技术特点。结合钛酸锂电池的性能特点和控制策略的研究,通过项目应用实例和现场试验对比,阐述了钛酸锂电池在地铁车辆储能系统中大规模应用的技术优势和广阔前景。     

含地面再生制动能量利用装置的供电设计和节能指标评估

逆变回馈装置和储能装置等地面再生制动能量利用装置(GRUD)在城市轨道交通牵引供电系统中的应用逐渐普遍.针对GRUD的供电系统设计问题,首先建立不同GRUD的供电计算模型,并以此为基础,建立GRUD的优化设计与运营模型,设计阶段目标函数为GRUD寿命期限内的系统综合成本,运营阶段目标函数为系统牵引能耗.针对含GRUD供电系统的节能效果评估问题,提出从牵引能耗和主变电所能耗两个角度计量的节能效果评估指标,并提出基于节能效果评估的在线监测与控制系统.最后,对含GRUD的供电系统设计提出应转变的思路,为系统设计提供一定参考.     

城轨地面储存型再生能量利用技术国内外标准解读

储能技术种类多样、应用广泛.国内外储能技术已经形成了多部标准,特别是电网及电动汽车领域的标准体系已经非常成熟完善.在城市轨道交通领域,储能技术标准则相对匮乏.首先对国内外储能技术的相关标准进行梳理和分类,然后重点针对城市轨道交通领域的3部国内外储能技术标准展开解读,最后对分类和解读情况进行归纳总结,并给出强化储能系统安全性要求、加快城轨储能系统标准体系建设、借鉴国际标准中关于仿真方法和储能单元寿命评估等内容的建议.     

5G通信系统在城市轨道交通车地通信中的应用分析

中国国内5G系统已经开始商用,第一个5G系统演进版本的标准化已经完成。首先基于目前普遍采用的LTE-M介绍了城市轨道交通车地通信系统的概况和需求,分析了5G通信系统的关键技术及在城市轨道交通车地通信环境中的适用性,最后讨论提出了未来5G通信系统在城市轨道交通车地通信系统中的一些设计思路和方案,指出LTE-M加5G的NR-U是未来城市轨道交通车地通信建设的可行方案。随着车地通信业务的发展,5G系统将可能应用于未来的城市轨道交通车地通信中并发挥重要的作用。