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摘要：近年来以超级电容为主的储能式有轨电车的规划建设发展迅速，有轨电车频繁短时大容量的功率需求对城市配电网提出严峻挑战，为减少对电网波动影响必然增加线路供电容量，提高线路建设成本及后期运行容量电费成本。本文提出通过在地面供电系统增加储能装置的方式，减少对供电电网的容量依赖及冲击影响，降低运营成本，
关键词：新型有轨电车；地面储能；供电系统；
1、前言
随着绿色城市轨道交通的发展，以超级电容为主的储能式新型有轨电车系统在国内广泛应用。海珠试验段工程、淮安有轨电车一号线工程、深圳龙华有轨电车工程等均已开通运行。
储能式有轨电车系统牵引网制式采用车站接触网充电+区间车载储能装置牵引的方式。以海珠试验段工程为例，在车站附近设置地面供电系统，配置充电装置为列车停站充电提供电能，充电方式为恒流限压充电，单行线每次充电时间不大于30s，充电电流DC1800A，充电电压500V~900V，短时、大容量的功率需求对城市的配电网的安全稳定运行提出了很高的要求，为提高有轨电车的生存率，减少对供电电网的容量依赖及冲击影响，降低建设运营成本，有必要对其线路供电方式以及装置性能做进一步深化研究。
2、地面供电系统补偿方式
近来，储能装置的技术飞跃发展，超级电容的单位能量密度不断得到提升，体积不断缩小，成本也得到大幅度下降，开始用于商业用途。地面供电系统可采用储能装置对电网容量进行补偿，以减小对电网的功率冲击以及电网容量需求。补偿方案可分为三种补偿方式：
（1）集中补偿方式
针对多脉波整流存在的电网功率波动大，电网电压跌落深，电网电压、电流谐波较大等问题，提出在系统10kV侧添加超级电容储能装置，该装置可控制能量的双向流动，达到平衡电网功率、减小电压跌落、改善电网电压、电流谐波的目的。
图1-集中补偿方式
以海珠试验段工程为例，结合运营数据和行车运行图，按照单程耗电量50kWh计算，理论计算，则实验段单程用电量（运行能耗）50KWh，则1小时，运行能耗为50KW×24=1200KWh。理论上从能量守恒角度，实际运行段能量需求为，1200KVA即可满足系统供电需求，需求功率为脉冲功率。
（2）超级充电站补偿（无10kV环网）
超级电容存储的能量可以跑完试验段全程，在试验段中间可以不用能量补给，不设置充电站（站台保留）
工作区间内的最大能量存储为47.5kWh，按照5kwh/km，则可以运行9.5km，海珠区环岛路全长42.2公里，则需要6座110KV/10KV（1MVA）超级充电站，理上海珠试验段共需6MVA接入容量即可。
以南风站为例：南风站距离琶醍站0.781km，距离会展西0.758km，则有轨电车从南风站到达琶醍站的功耗为0.781×5.05=3.95505kWh，从南风站到达会展西的功耗为0.758×5.05=3.8279kWh。
以试验段开通初期（2018）高峰小时分别为300s（12对/小时）为例，则有轨电车超级电容每小时在南风站需要补给的能量为：
开往琶醍站方向：E1=3.95505×12=47.3286kWh
开往会展西方向：E2=3.8279×12=45.9348kWh
总能量E=E1+E2=47.3286+45.9348=93.2634kWh
即南风站每小时需要向超级电容补给的最小能量为93.2634kWh，如果南风站每小时补给能量小于93.2634kWh，超级电容的能量就会越来越少。以此类推，其他站同样存在着最小能量需求问题。
由于海珠区环岛新型有轨电车试验段在运营过程中一般行车间隙为10分钟，而两站之间的距离800米左右，按2kWh/公里消耗计算，考虑到设备故障率，假设有一站无法充电，则有轨电车行驶2站充电，所消耗能量3.2kWh左右，此处取4kWh；根据车辆电压可知以600A的电流向车辆超级电容输送1kWh的能量大概需要7.5s，故30s之内完全可以向车辆超级电容输送4kWh的能量。
考虑建设成本及可实施性，拟采用分散补偿方式：在380V低压供电侧增加储能柜，安装于有轨电车充电装置ACDC和DCDC之间的直流母线上，储能柜动力能量储存源，总储能>4.0kWh；通过AC/DC小功率10min给超级电容器充满电，当车辆进站时，超级电容器作为能量源通过DC/DC给车辆恒流充电，充电电流600A；当车辆进站时，受电弓与充电桩接触，将电能通过恒流快速为车载超级电容器充电。电容器电量充满后，受电弓离开充电桩。
4、结论
1）地面储能供电系统能有效缓解对电网的需求和冲击，不同的补偿方式适用于不同条件的工程线路。
2）对于充电电量要求不高的车站，可采用分散补偿方案。
3）在实际运用中，具体配置多少千瓦时的储能介质，还需要根据车辆、路线、运行间隔进行详细论证。
论文作者:马德强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/24
标签：能量论文; 南风论文; 电网论文; 储能论文; 电容论文; 供电系统论文; 有轨电车论文; 《电力设备》2018年第34期论文;