城轨交通地-车联合储能系统配置方法与协调控制策略研究

Combining mode of stationary energy storage system and on-board energy storage system (stationary and on-board intergrated mode) provide a new idea for energy storage technology to solve problem of energy conservation and security of supply of urban rail transport efficiently and economically with theoretical feasibility. Configuration and control strategy of the energy storage system is the key scientific problem must be solved in energy storage technology application. Aimed at the situation that lack of systematic basic applied theories for stationary and on-board intergrated mode of urban rail transit, we will adopt the method of combining theoretical analysis, modeling and simulation with simulation test, focus on energy flow characteristics and influencing factors for vehicle-network of urban rail transit, configure methodology of stationary and on-board intergrated system, cooperative mode and control strategy of stationary and on-board intergrated system, technical and economic evaluation method of energy storage system, effectiveness evaluation of stationary and on-board intergrated mode, etc. in the project, in order to establish mathematical description model of electrical performance requirements of dynamic energy flow management for car network, propose configuration methodology and process of energy storage system under stationary and on-board intergrated mode, generate cooperative mode and coordinated control strategy under stationary and on-board intergrated mode, propose economic evaluation index and calculation methods of energy storage system, and expand basic theory of stationary and on-board intergrated mode application, finally form a relatively well-developed theory system. The result will provide theoretical guidance to engineering applications for stationary and on-board intergrated mode of urban rail transit.

地面储能系统和车载储能系统联合模式（地-车联合储能模式）为储能技术高效、经济地解决城轨交通节能与供电安全问题提供了新的思路，具有理论可行性。储能系统的配置和控制策略是储能技术应用中必需解决的关键科学问题。针对城轨交通地-车联合储能系统配置方法和控制策略缺乏系统性的基础理论的现状，本项目将采用理论分析、建模仿真与模拟试验的相结合的方法，重点研究城轨交通车网能流特征及影响因素、地-车联合储能系统配置方法、地-车联合储能系统协同模式与协同控制策略、储能系统技术经济性评估方法及地-车联合模式有效性评价等内容，从而建立车网动态能流管理电气需求性能数学描述模型，提出联合模式下的地面与车载储能系统配置方法与流程，制定联合模式下的地面与车载储能系统控制策略，提出储能系统经济性的评价指标及计算方法，拓展地-车联合储能模式应用基础理论，形成相对完善的理论体系，指导城轨交通地-车联合储能技术的工程应用。

伴随城轨交通的快速发展，城轨牵引节能与供电安全可靠性问题日益凸显。地-车联合储能模式为储能技术高效、经济地解决城轨交通节能与供电安全问题提供了新的思路，本项目采用理论分析、建模仿真与模拟试验的相结合的方法，开展了城轨交通车网能流特征及影响因素、地-车联合储能系统配置方法及控制策略、储能系统技术经济性评估方法，城轨交通综合能源系统功能及能量管理等研究：1）使用多情景分析法，开展发车间隔、上下行发车时间差、载客量、最高速度、路况状态等因素对变电站牵引能耗和制动能量的影响分析，筛选主要影响因素；建立了轨道交通制动能量回收等效简化模型，给出储能配置输入时明确的工况组合及参数取值策略；2）针对传统选址方法存在工作量大、步骤繁琐、易用性差的不足，提出“压阻数”指标的概念及其计算方法，制定了基于压阻数指标的地面储能系统选址方法及流程。案例验证结果表明，基于地面储能系统选址方法是有效的，受工况及运营图的影响小，具有普适性；3）建立超级电容储能系统的经济性评价指标，提出一种储能成本回收年限的计算方法，建立储能净收益模型，用于评价城轨交通典型容量约束的配置方法及功率—容量双约束配置方法的技术经济性；4）提出了一种基于旁路直流的地面储能系统接入拓扑及控制策略，案例结果表明，提出的拓扑及控制策略不仅可显著提高再生制动能量的利用率，还能有效降低储能系统的充电深度，减少充电次数与充放电时间，延长储能系统使用寿命；5）提出了基于旁路直流母线的城市轨道交通直流微网拓扑及控制策略，通过正常运行工况下、系统出现N-1故障、以及应急牵引工况下的案例仿真验证了城轨交通直流微网供电系统中分布式清洁能源提高城市轨道交通节能、减排、供电可靠性及应急牵引能力等方面功能及应用潜力。项目执行中已发表或录用SCI/EI检索期刊论文7篇，申请发明专利2项，培养硕士生3人。项目经费支出按预算执行，符合规定，完成了任务书中的工作内容。