基于地-车联合储能的城轨交通车-网系统动态能流控制问题研究

Energy storage technology has become an important technical solution of dynamic power flow control for urban rail transit (URT) vehicles and catenary. Currently, Energy storage systems according to the application modes are divided into on-board energy storage mode(OBESM) and stationary energy storage mode(SESM),and the results of theoretical research and project application show the OBESM has disadvantages of effective/cost rate low and implemention difficulty,and the SESM has the shortcomings of site established difficulty and control complex;mixing stationary energy storage mode and on-board energy storage mode (SOBESM) can make up their deficiencies and the mutual advantage by new design is feasible and worth expecting,therefore,the project proposed and carried out some key issues of SOBESM to implement dynamic power flow control for URT vehicles and catenary. Based on the establishment of a novel simulation platform for vehicles and catenery with both stationary energy storage systems and on-board energy storage systems,in the project,energy storage systems configuration method of OBESM and control strategies of SOBESM is studied, respectively. The research results will provide a novel method of energy storage technology based to implement dynamic power flow control for URT vehicles and catenary.

基于储能技术实现城轨交通车-网系统动态能流控制，是保障城轨牵引供电质量与节能运行的有效途径。当前，储能系统应用模式分为车载储能模式和地面储能模式,理论研究和工程应用表明车载储能模式存在性价比低、工程实施难的缺点，地面储能模式存在选址配置难、控制复杂的缺点；将地面储能模式和车载储能模式联合起来(地-车储能模式)，通过新设计"扬长避短"，弥补单一储能模式的不足，在理论上是可行的，也是值得期待的，故本项目提出并研究了利用地-车储能模式实现城轨交通车-网系统动态能流控制问题。项目中通过建立含地面和车载储能系统的新型车-网仿真系统，研究地-车储能模式下的车载储能系统配置方法；研究地-车储能模式下的储能系统控制策略，解决地-车储能模式应用中的若干关键科学问题。项目成果将为基于储能技术实现城轨交通车-网系统动态能流控制提供新方法。

基于储能技术实现城市轨道交通（简称“城轨”）车-网系统动态能流控制，是保障城轨牵引供电质量与节能运行的有效途径。本项目开展了利用地-车储能模式实现城轨车-网系统动态能流控制若干问题研究，主要开展的工作有：基于PSCAD/EMTDC软件建立了包括主变电站、牵引变电站、接触网与轨道组成的牵引供电系统模型、车辆行为电等效模型以及储能系统模型，并基于上海城轨系统基本参数和现场测试数据特性对所建模型进行了修正，保证了模型的精度及有效性；建立了列车描述函数State＝[上下行状态、列车工况状态、线路位置坐标、速度加速度、储能荷电状态SOC]，基于模块化模型采用状态参数传递法实现了含车载储能装置的多车跨牵引变电站连续运行，搭建了车-网系统动态、连续的新型仿真平台；研究了地-车储能模式下的协调控制策略与分工，基于地面储能装置安装便利，受体积重量约束小的优势，对于提出了以平衡牵引网电压为主，消纳多余制动能量为辅的控制策略；基于车载储能模式节能效果好及控制简单的特点，提出了包括牵引、惰行、制动、站内停车等全工况的控制策略；在分析车辆再生制动电气特性基础上，研究并建立了计及地面储能装置的超级电容阵列功率和容量需求数学模型，并提出车载储能装置功率—容量约束配置方法和流程。项目执行中已发表学术论文两篇。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。