儲能在電氣化中的應用研究國內外文獻綜述1儲能技術及其在供電系統中的應用研究現狀迄今為止，各種類型的儲能系統得到了探索和發展，如表1-1儲能系統類型對各種類型的儲能系統進行了系統的分類與劃分。表1-1儲能系統類型儲能系統類型機械儲能系統：1.抽水蓄能2.壓縮空氣儲能3.飛輪儲能電磁儲能系統：1.超導儲能2.高能密度電容儲能3.超級電容器儲能蓄電池儲能系統：1.鉛酸電池2.液流電池3.“鋰離子”電池儲能系統將為電氣化鐵路牽引供電系統提供快速反應能力，在不同的運行條件下實現功率和能量平衡。在電氣化鐵路牽引供電系統中準備好正確的儲能系統，可以有效改善系統的能量平衡，對加強電氣化鐵路牽引供電系統的安全運行非常重要。目前牽引供電系統研究領域內最主要的儲能系統分為以下四種（1）蓄電池儲能系統（2）超級電容儲能系統（3）飛輪儲能系統（4）混合儲能系統。蓄電池儲能系統在牽引供電系統中的應用要從一九九零年德國的柏林地鐵說起，當年柏林地鐵因進行技術革新將蓄電池儲能系統第一次應用在地鐵線路牽引供電系統中；緊接其后，日本公司川崎重工開始搭建了蓄電池儲能系統，主要應用于在日本和美國的輕軌線路，其作用在于通過蓄電池儲能系統對牽引供電系統中電力機車再生制動產生的能量進行利用。超級電容儲能系統在應用過程中，安裝方式分為兩種，車載式與地面式，其已被應用于牽引供電系統中，車載式在德國輕軌線路中被使用，其主要特點是增強了電車對儲能的利用率及即時性，其缺點也較明確，在于節能效果差；主要原因在于超級電容儲能系統安裝在電力機車上增加了在運行過程中電力機車本身的重量，導致使電力機車進行正常運行時消耗的電能明顯增加。地面式超級電容儲能系統在牽引供電系統中的應用已經在多個國家有了實際案例，例如西門子公司的“應用于城市軌道交通中的靜態儲能裝置”在數十個歐洲國家都得到了成功的應用，其采用的正是地面式超級電容儲能系統，地面式超級電容儲能系統的優點在于其解決了增加電力機車本身重量的問題，降低了牽引網消耗的電能，儲能裝置的節能效果相對較好，同時超級電容儲能系統和電力機車相互獨立，方便日常檢查與維護，提升系統穩定性與安全性。飛輪儲能系統在牽引供電系統中的應用始于兩千年，英國的倫敦地鐵對飛輪儲能系統在牽引供電系統中的應用進行了測試。二零零四年，德國公司研發的飛輪儲能系統在德國得到了應用。二零一二年，洛杉磯將三兆瓦的飛輪儲能系統應用于當地的黃金線。在中國的實驗室內完成了飛輪儲能系統的仿真模型并進行十千伏電壓水平下的系統物理模型實驗，同時通過實物模型實驗很好的驗證了電氣化鐵路牽引供電系統采用飛輪儲能系統進行應用的實際性與可行性REF_Ref72775884\r\h[10]。蓄電池儲能裝置和超級電容儲能裝置在功能以及應用實際上可以進行良好的相互補充，其成本相對較低且能量密度高。然而，電池的設施密度低，與超級電容器相比，其使用壽命相對較短，因此，高功率和頻繁充放電會縮短電池的使用壽命。如果采用2種類型的混合儲能系統，充分發揮各自的優勢，該系統就能滿足儲能能力和功率的要求。2儲能在電氣化中的應用研究現狀從儲能的目標而言，儲能在電氣化中的應用相關研究內容主要集中在以下四個方面（1）再生制動能量利用（2）削峰填谷（3）電能質量（負序）問題研究（4）可再生能源利用。文獻REF_Ref72775916\r\h[11]介紹了一種能夠依據α或β供電臂實時牽引負荷功率的運行情況，選擇相應的功率調節方式進行協調控制并形成了一種的基于交直交背靠背變流器和蓄電池、超級電容組成的混合儲能系統方案及其控制策略，電力機車產生的再生制動能量按需分配并利用蓄電池、超級電容組成的混合儲能系統對能量進行存儲和釋放，計及再生制動能量利用和對系統的電能質量進行提升，從而合理利用電力機車再生制動的能量。文獻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能供電系統方案，由單相牽引變壓器同相供電系統方案加入飛輪儲能系統構成，利用儲能系統的削峰特性對牽引供電系統電能質量（負序為主）問題進行研究與綜合治理。文獻REF_Ref72775939\r\h[13]介紹了一種結合新能源(光伏發電和風力發電)、電力機車再生制動能量利用和混合儲能系統(超級電容器和蓄電池)的應用于電氣化鐵路牽引供電系統的優化運行方法。從儲能系統構造而言，儲能在電氣化中的應用相關研究內容主要集中在以下三種方案（1）兩供電臂單獨安裝儲能裝置（2）RPC+直流側安裝儲能裝置（3）同相(單相)+儲能形式等。發明REF_Ref72774222\r\h[14]儲能系統構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能裝置，或在α和β供電臂與鋼軌之間各連接一套儲能裝置。文獻REF_Ref72775985\r\h[15]它是基于RPC的儲能解決方案，控制牽引裝置和能源設備之間的雙向能量流動，促進再生能量的存儲和使用。文獻REF_Ref72775884\r\h[10]基于同相(單相)+飛輪儲能形式預計在各種調節器儲能中，將牽引負荷統計數據作為反饋管理數據的方法有助于對牽引負荷產生更深入的了解，而削峰的主題將有效解決電氣化鐵路牽引負荷的高峰值功率所引起的一系列技術和經濟問題。從經濟評估而言，儲能在電氣化中的應用相關研究內容主要集中在以下三個方面（1）容量優化（2）能量管理（3）分時電價。文獻REF_Ref72776006\r\h[16]對分時電價政策下基于RPC結構的電氣化鐵路儲能系統的經濟性進行了研究。參考文獻曹建猷.電氣化鐵道供電系統[M].北京:中國鐵道出版社,1983.李群湛，賀建閩.牽引供電系統分析[M].成都:西南交通大學出版社,2007.李群湛，賀建閩.電氣化鐵路的同相供電系統與對稱補償技術[J].電力系統自動化,1996,20(4):9-11+28.李群湛.我國高速鐵路牽引供電發展的若干關鍵技術問題[J].鐵道學報,2010,32(4):119-124.李群湛.論新一代牽引供電系統及其關鍵技術[J].西南交通大學學報,2014,49(4):559-568.許守平,李相俊,惠東.大規模儲能系統發展現狀及示范應用綜述[J].電網與清潔能源,2013,29(8):94-100,108.馬茜,郭昕,羅培,張志文.基于超級電容儲能的新型鐵路功率調節器協調控制策略設計[J].電工技術學報,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-MHBatteriesforDCElectricRailwayatNewYorkCityTransit,2011IEEEGreenTechnologiesConference(IEEE-Green),BatonRouge,LA,2011,pp.1-6.李群湛，王喜軍，黃小紅，等.電氣化鐵路飛輪儲能技術研究[J].中國電機工程學報,2019,39(7):2025-2033.鄧文麗,戴朝華,韓春白雪,陳維榮.計及再生制動能量回收和電能質量改善的鐵路背靠背混合儲能系統及其控制方法[J].中國電機工程學報,2019,39(10):2914-2924.黃小紅,趙藝,李群湛,等.電氣化鐵路同相儲能供電技術[J].西南交通大學學報,2020,55(4):856-864.AguadoJA,SanchezRaceroAJ,delaTorreS.OptimalOperationofElectricRailwaysWithRenewableEnergyandElectricStorageSystems[J].IEEETransactionsonSmartGrid,2018,9(2):993-1001.張志學;羅文廣;何多昌;尚敬等.電氣化鐵路牽引供電儲能裝置及其方法:中國,CN201410002241.X[P].2014-01-03.魏文婧,胡海濤,王科,陳俊宇,何正友.基于鐵路功率調節器的高速鐵路牽引供電系統儲能方案及控制策略[J].電工技術學報,2019,34(06):1290-1299.鄔明亮.分時電價政策下電氣化鐵路儲能的經濟性[J].電力自動化設備,2020,40(06):191-197+1-3.陳玉和.儲能技術發展概況研究[J].能源研究與信息,2012,28(3):147-152.ChenM,LiQ,RobertsC,etal.Modellingandperformanceanalysisofadvancedcombinedco-phasetractionpowersupplysysteminelectrifiedrailway[J].IetGenerationTransmission&Distribution,2016,10(4):906-916.解紹鋒,李群湛.高速列車再生制動對負序影響研究[J].鐵道學報,2011,33(7):14-18.劉若飛.儲能式同相供電系統的建模與優化控制策略研究[D].西南交通大學,2019.李蓉蓉.高速鐵路牽引變電所儲能技術研究[D].西南交通大學,2019.N.Kondrath,BidirectionalDC-DCconvertertopologiesandcontrolstrategiesforinterfacingenergystoragesystemsinmi