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地铁儲能想法比照——逆變回饋型与超级电容儲能型

發布時刻:2016-11-24 點擊次數:17419次 來源: 类别:真钱棋牌方案

本文作者:西南交通大學教授 郭世明;

                真钱棋牌電能質量产品总监 趙龍騰;


城市轨道交通系统中,其运轉工况特点为频繁启动与制动,启动时消耗少量电网电能,而制动时会发生可不雅观的再生电能。普通来说,地铁车辆在制动时发生的能量约占牵引能耗的40%~50%。這局限能量反應回電網後,約有30%~50%(與發車間隙等多種要素有關)被相鄰列車應用。由於牽引變電所中整流器采用二極管不控整流,能量隻能單向活動,未被臨車應用的能量將形成牽引網壓變高,危及用電設備安適。

 

目前再生制动能量回收技术不重意包罗电阻耗散型,逆變回饋型和儲能型三种。其中,耗散型是将再生制动能量以热能的方式经过制动电阻消耗掉,这也是国际外遍及采用的方式,此种制动方式在车辆制动时,将机车的动能轉换为电能后消耗在电阻上,变成热能分。发到大气中致使隧道和车站内的温度变高,再生制动能量没有被再应用,形成动力糜费,并且低速时制动效果差,还需包管机车有足够的通风量,所以不做详细比照。逆變回饋型是将制动能量经过逆变安设逆变并网,供电网上其他用电设备运用。儲能型是将制动能量经过双,向变换器储藏在儲能安设中,包罗电池、飞轮和超级电容等。

 

逆變回饋型

 

再生製動能量逆變回饋係統不重意采用電力電子功率模塊IGBT構成大功率三相逆變器,該安設的直流側與牽引電網的直流母線銜接,交流側與交流電網銜接。當列車製動能量促使牽引電網的直流電壓超越設定值時,再生製動能量回饋安設啟動並從牽引電網中吸收電能並將電能回饋到交流電網中,供其他負載運用,
 


1逆變回饋型配电表示圖

 

再生製動能量逆變回饋安設采用高頻電力電子開關器件IGBT完成的變流器用有具有諧波含量小、控製想法靈敏並且動態功用好等優點。基於PWM並網逆變器的再生製動能量回饋方案除了可以在機車再生製動時不亂直流側電壓。詳細優點如下:

 

1)交流電網側采用電感濾波,不存在換向電壓畸變,且交流電流諧波含量小,對電網汙染輕。入網功率因數高,並且不因回饋功率變化而變化,可減削無功補償設備的投資

 

2)由於功率管的開關頻率比較高,濾波器體積容量可以設計得比較小,濾波器損耗小,並且動態照應快

 

3)充足应用了地铁列车再生制动能量,提高了再生制动能量的应用效率,节能效果好,还可减小机车制动电阻的容量。其能量直接回馈到电网,既不要配置儲能元件,也不要吸收电阻,所以对环境温度影响小。

 

逆變回饋型安设同时也存在如下缺陷:

 

1)回饋至電網的交流電流雖然諧波含量小,但是存在的諧波也會對其他用電設備發生必然的影響


2)回饋至電網的電能,雖然可以到達重複應用的效果,但由於在傳輸線路上存在損耗,故達不到節能的最大化。

 

3)逆變回饋安設的電路布局複雜,維護費用較高。

 

4)逆變回饋安設中變壓器一直接於電網上,形成較大的空載損耗.

 

5)電能回饋給電網時,如若跟電網方協調不妥,會發生二次的電費計算,使得地鐵方承受更多的電費開支。

 

超级电容儲能型

 

超级电容儲能型再生制动能量吸收应用系统包罗双向直流变换器和超级电容器儲能系统两局限,并接在地铁列车的直流供电母线上。本地铁列车制动时,直流母线电压上升,双向直流变换器向超级电容器阵列充电,超级电容器阵列吸收制动能量;本地铁列车启动时,直流母线电压下降,超级电容器阵列存储的能量经过双向直流变换器释放能量。

2超级电容儲能型配电表示圖

 

詳細任務原理如下:

 

1)本地鐵車輛再生製動時,直流牽引電網電壓變高,控製電路控製雙向DC/DC變換器主電路任務於Buck电路形式,直流牵引电网与超级电容儲能系统衔接后,对其实行充电。超级电容组吸收再生制动能量,同时降低直流牵引电网电压。

 

2)本地鐵車輛處於加快或許啟開工況時,直流牽引電網電壓會被拉低,此時控製器控製雙向DC/DC變換器任務於Boost电路形式,超级电容儲能系统与直流牵引电网导通后,超级电容组经过升压电感对接触网实行能量反应。此工况下,超级电容儲能系统的投入运用,减削了交通运营对供电系统峰值功率的要求,使直流牵引电网电压的跌落失掉了缓解。

 

3)本地鐵車輛惰行時,控製器可以尊從超級電容組電量,控製雙向DC/DC變換器主電路對超級電容組的能量存儲形狀實行調整

 

超级电容阵列由少量超级电容单体串并联而组成,是超级电容儲能系统的能量存儲單元,完成能量存儲與不亂直流牽引電網電壓的雙重目的。當直流牽引電網電壓被抬升時,超級電容陣列實行能量存儲當直流牽引電網電壓被拉低時,超級電容陣列將能量反應給牽引電網。

 

超级电容儲能型安设詳細優點如下:

 

1)超级电容儲能安设,布局简单,没有附加的变压器等安设,能耗元件少,能耗小,易安設,維護費用少。

 

2)采用超级电容儲能安设,制动能量轉换的电能直接存储在超级电容中,無能量回饋給電網,不會給電網形成汙染或衝擊

 

3)電能直接存儲在超級電容中,地鐵啟動時,超級電容充足放電,儲藏的電能可以失掉全部的釋放,可以到達最大的節能效果

 

4)采用超级电容儲能安设,可以提升接觸網電壓,減削接觸網電壓動搖,降低直流母線上的能量損耗

 

在超级电容儲能型安设起步之初,由于超级的电容的价钱较高,所以形成本钱较高,但随着对超级电容的研讨与消费,超级电容的本钱日趋降低,所以这一缺陷也不再成为超级电容儲能安设的缺陷。

 

效益了解比照

 

1.全體效益了解

 

经过对逆變回饋型安设与超级电容儲能安设的任务原理比照了解我们可以看出,比拟于逆變回饋型,超级电容儲能型安设有优点如下:

 

1)超级电容儲能安设布局简单,易安设,维护费用少,能耗小;

 

2)超级电容儲能安设制动能量直接存储于超级电容傍边,充放电灵敏,无须将能量回馈至电网,效率更高,不会给电网形成谐波污染或是冲击,同时能量历经的轉换进程更简单真实,消耗更少。

 

3)逆變回饋型安设将制动能量回馈至电网,需经变压器/变换器两次轉换,形成回馈效率降低,没能到达最佳的节能效果。

 

4)超级电容儲能安设比之逆变回馈安设,不需求加装变压器及其相关设备,不存在变压器及其相关设备待机任务连接耗电的效果,同时开关频率较小,损耗更小。

 

5)不存在向電網回饋電能,所以不存在二次收錢效果。

 

6)在地铁车辆启动时,会惹起母线电压的动摇,经过采用超级电容儲能安设可以起到稳压功用,不乱母线电压,仰制其他用电设备收到搅扰。

 

2.節能效益計算了解

 

无论是采用逆變回饋型还是超级电容儲能型安设,均可以使地铁方减削在车载制动电阻置办方面的本钱,同时减削制动电阻辅佐散热风机能耗,减削站点与车辆通风空调系统运营本钱,减少地铁车辆的重量,到达节能减排的效果。所以两种安设对节能减排的作用不重意由制动能量方面的节省来表示。

 

對兩種安設安設實行假定了解:例如深圳市地鐵五號線某站點,尊從統計了解假定地鐵發車間隙約為3分鍾,以每天該站點任務時刻630-2300,任務16.5小時,合計發車次數為330次。據統計地鐵每次牽引供電耗電量平均約為20度擺布,其中40%~50%擺布的電能為地鐵製動能量(計算取值約為9).這局限製動能量回饋到直流電網後,約30%~50%(計算取值約3.6)被線路上同一供電區段相鄰車輛和本車輔佐係統吸收,剩餘的電能(約5.4度)則經過製動電阻消耗掉。

 

那么针关于逆變回饋型安设,单个站点全天电阻制动能量实际值为5.4x330=1782度,而經過變壓器的逆變以及線路等損耗,假定為3MW係統,則變壓器額定功率約為3150kVA,係統效率大於等於98%(廠家宣稱效率,實踐有待考證),取效率為98%實行了解計算,實踐每天電阻製動能量回饋值,即節能值約為1782x98%-3150x0.8%x24=1141.56度,按深圳電費0.9/度,折合節省電費為1141.56x0.9=1027.404元。

 

关于超级电容儲能型安设,效率大于等于99%,取效率為99%,由于不存在变压器等安设带来的损耗,所以实践每天儲能安设节省的电能值约为1782x99%=1764.18度,按深圳電費0.9/度,折合節省電費為1764.18x0.9=1587.762元。

 

從每天單個站點節省的電費可以直不雅觀看出采用同等MW级的超级电容儲能安设比拟逆變回饋型要节省560.358元。

 

結論:

 

經過上麵的比照了解與計算,可以看出采用超级电容儲能的再生制动能量回收应用安设,具有比较好的节能效果,纵然思索价钱要素,和其它回收应用安设比拟也具有竞争力。

 

 


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