儲(chǔ)能在電氣化中的應(yīng)用研究國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1儲(chǔ)能技術(shù)及其在供電系統(tǒng)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀迄今為止，各種類型的儲(chǔ)能系統(tǒng)得到了探索和發(fā)展，如表1-1儲(chǔ)能系統(tǒng)類型對(duì)各種類型的儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的分類與劃分。表1-1儲(chǔ)能系統(tǒng)類型儲(chǔ)能系統(tǒng)類型機(jī)械儲(chǔ)能系統(tǒng)：1.抽水蓄能2.壓縮空氣儲(chǔ)能3.飛輪儲(chǔ)能電磁儲(chǔ)能系統(tǒng)：1.超導(dǎo)儲(chǔ)能2.高能密度電容儲(chǔ)能3.超級(jí)電容器儲(chǔ)能蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)：1.鉛酸電池2.液流電池3.“鋰離子”電池儲(chǔ)能系統(tǒng)將為電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)提供快速反應(yīng)能力，在不同的運(yùn)行條件下實(shí)現(xiàn)功率和能量平衡。在電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)中準(zhǔn)備好正確的儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以有效改善系統(tǒng)的能量平衡，對(duì)加強(qiáng)電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行非常重要。目前牽引供電系統(tǒng)研究領(lǐng)域內(nèi)最主要的儲(chǔ)能系統(tǒng)分為以下四種（1）蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（2）超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)（3）飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)（4）混合儲(chǔ)能系統(tǒng)。蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在牽引供電系統(tǒng)中的應(yīng)用要從一九九零年德國(guó)的柏林地鐵說起，當(dāng)年柏林地鐵因進(jìn)行技術(shù)革新將蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)第一次應(yīng)用在地鐵線路牽引供電系統(tǒng)中；緊接其后，日本公司川崎重工開始搭建了蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要應(yīng)用于在日本和美國(guó)的輕軌線路，其作用在于通過蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)牽引供電系統(tǒng)中電力機(jī)車再生制動(dòng)產(chǎn)生的能量進(jìn)行利用。超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，安裝方式分為兩種，車載式與地面式，其已被應(yīng)用于牽引供電系統(tǒng)中，車載式在德國(guó)輕軌線路中被使用，其主要特點(diǎn)是增強(qiáng)了電車對(duì)儲(chǔ)能的利用率及即時(shí)性，其缺點(diǎn)也較明確，在于節(jié)能效果差；主要原因在于超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝在電力機(jī)車上增加了在運(yùn)行過程中電力機(jī)車本身的重量，導(dǎo)致使電力機(jī)車進(jìn)行正常運(yùn)行時(shí)消耗的電能明顯增加。地面式超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)在牽引供電系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)在多個(gè)國(guó)家有了實(shí)際案例，例如西門子公司的“應(yīng)用于城市軌道交通中的靜態(tài)儲(chǔ)能裝置”在數(shù)十個(gè)歐洲國(guó)家都得到了成功的應(yīng)用，其采用的正是地面式超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)，地面式超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于其解決了增加電力機(jī)車本身重量的問題，降低了牽引網(wǎng)消耗的電能，儲(chǔ)能裝置的節(jié)能效果相對(duì)較好，同時(shí)超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)和電力機(jī)車相互獨(dú)立，方便日常檢查與維護(hù)，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性與安全性。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)在牽引供電系統(tǒng)中的應(yīng)用始于兩千年，英國(guó)的倫敦地鐵對(duì)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)在牽引供電系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了測(cè)試。二零零四年，德國(guó)公司研發(fā)的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)在德國(guó)得到了應(yīng)用。二零一二年，洛杉磯將三兆瓦的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于當(dāng)?shù)氐狞S金線。在中國(guó)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的仿真模型并進(jìn)行十千伏電壓水平下的系統(tǒng)物理模型實(shí)驗(yàn)，同時(shí)通過實(shí)物模型實(shí)驗(yàn)很好的驗(yàn)證了電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)采用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用的實(shí)際性與可行性REF_Ref72775884\r\h[10]。蓄電池儲(chǔ)能裝置和超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置在功能以及應(yīng)用實(shí)際上可以進(jìn)行良好的相互補(bǔ)充，其成本相對(duì)較低且能量密度高。然而，電池的設(shè)施密度低，與超級(jí)電容器相比，其使用壽命相對(duì)較短，因此，高功率和頻繁充放電會(huì)縮短電池的使用壽命。如果采用2種類型的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)就能滿足儲(chǔ)能能力和功率的要求。2儲(chǔ)能在電氣化中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀從儲(chǔ)能的目標(biāo)而言，儲(chǔ)能在電氣化中的應(yīng)用相關(guān)研究?jī)?nèi)容主要集中在以下四個(gè)方面（1）再生制動(dòng)能量利用（2）削峰填谷（3）電能質(zhì)量（負(fù)序）問題研究（4）可再生能源利用。文獻(xiàn)REF_Ref72775916\r\h[11]介紹了一種能夠依據(jù)α或β供電臂實(shí)時(shí)牽引負(fù)荷功率的運(yùn)行情況，選擇相應(yīng)的功率調(diào)節(jié)方式進(jìn)行協(xié)調(diào)控制并形成了一種的基于交直交背靠背變流器和蓄電池、超級(jí)電容組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)方案及其控制策略，電力機(jī)車產(chǎn)生的再生制動(dòng)能量按需分配并利用蓄電池、超級(jí)電容組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)能量進(jìn)行存儲(chǔ)和釋放，計(jì)及再生制動(dòng)能量利用和對(duì)系統(tǒng)的電能質(zhì)量進(jìn)行提升，從而合理利用電力機(jī)車再生制動(dòng)的能量。文獻(xiàn)REF_Ref72775927\r\h[12]介紹了一種電氣化鐵路單相牽引變壓器同相儲(chǔ)能供電系統(tǒng)方案，由單相牽引變壓器同相供電系統(tǒng)方案加入飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)成，利用儲(chǔ)能系統(tǒng)的削峰特性對(duì)牽引供電系統(tǒng)電能質(zhì)量（負(fù)序?yàn)橹鳎﹩栴}進(jìn)行研究與綜合治理。文獻(xiàn)REF_Ref72775939\r\h[13]介紹了一種結(jié)合新能源(光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電)、電力機(jī)車再生制動(dòng)能量利用和混合儲(chǔ)能系統(tǒng)(超級(jí)電容器和蓄電池)的應(yīng)用于電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行方法。從儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)造而言，儲(chǔ)能在電氣化中的應(yīng)用相關(guān)研究?jī)?nèi)容主要集中在以下三種方案（1）兩供電臂單獨(dú)安裝儲(chǔ)能裝置（2）RPC+直流側(cè)安裝儲(chǔ)能裝置（3）同相(單相)+儲(chǔ)能形式等。發(fā)明REF_Ref72774222\r\h[14]儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)造上在牽引變壓器輸出端的α或β供電臂與鋼軌之間連接一套儲(chǔ)能裝置，或在α和β供電臂與鋼軌之間各連接一套儲(chǔ)能裝置。文獻(xiàn)REF_Ref72775985\r\h[15]它是基于RPC的儲(chǔ)能解決方案，控制牽引裝置和能源設(shè)備之間的雙向能量流動(dòng)，促進(jìn)再生能量的存儲(chǔ)和使用。文獻(xiàn)REF_Ref72775884\r\h[10]基于同相(單相)+飛輪儲(chǔ)能形式預(yù)計(jì)在各種調(diào)節(jié)器儲(chǔ)能中，將牽引負(fù)荷統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為反饋管理數(shù)據(jù)的方法有助于對(duì)牽引負(fù)荷產(chǎn)生更深入的了解，而削峰的主題將有效解決電氣化鐵路牽引負(fù)荷的高峰值功率所引起的一系列技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問題。從經(jīng)濟(jì)評(píng)估而言，儲(chǔ)能在電氣化中的應(yīng)用相關(guān)研究?jī)?nèi)容主要集中在以下三個(gè)方面（1）容量?jī)?yōu)化（2）能量管理（3）分時(shí)電價(jià)。文獻(xiàn)REF_Ref72776006\r\h[16]對(duì)分時(shí)電價(jià)政策下基于RPC結(jié)構(gòu)的電氣化鐵路儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了研究。參考文獻(xiàn)曹建猷.電氣化鐵道供電系統(tǒng)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,1983.李群湛，賀建閩.牽引供電系統(tǒng)分析[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2007.李群湛，賀建閩.電氣化鐵路的同相供電系統(tǒng)與對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,1996,20(4):9-11+28.李群湛.我國(guó)高速鐵路牽引供電發(fā)展的若干關(guān)鍵技術(shù)問題[J].鐵道學(xué)報(bào),2010,32(4):119-124.李群湛.論新一代牽引供電系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),2014,49(4):559-568.許守平,李相俊,惠東.大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及示范應(yīng)用綜述[J].電網(wǎng)與清潔能源,2013,29(8):94-100,108.馬茜,郭昕,羅培,張志文.基于超級(jí)電容儲(chǔ)能的新型鐵路功率調(diào)節(jié)器協(xié)調(diào)控制策略設(shè)計(jì)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2019,34(04):765-776.B.Voigt,T.Mierke,U.LorenzandK.Kramer,"1MWh-batteryfortheBerlinsubwaysystem,"Proceedingsofthe34thInternationalPowerSourcesSymposium,CherryHill,NJ,USA,1990,pp.68-71.K.Oguraetal.,TestResultsofaHighCapacityWaysideEnergyStorageSystemUsingNi-MHBatteries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