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城市轨道交通锂电池储能系统的应用

时间:2015-5-9 0:06:12来源:本站原创浏览次数:
目前,可用于城市轨道交通的储能形式主要有锂离子电池储能、超级电容储能和飞轮储能。其中,锂离子电池作为近年来发展较快的储能元件,其容量等级和功率等级均可以满足轨道交通再生制动能量吸收释放的要求。另外,与超级电容、铅酸电池相比,锂离子电池具有能量密度高的优点,可实现装置的小型化、轻量化。因此,选择快速充放电且长寿命的锂电池可以满足电气化轨道交通使用要求。


锂电池轨道交通储能系统
    城市轨道交通锂电池储能系统如图1所示,主要由双向DC/DC变换器、控制器、锂电池组等元件组成。其中,锂电池单体由设定的串并联方式联结组成锂电池组;锂电池组通过双向DC/DC变换器连接至牵引网两端;控制器处理由传感器传回的牵引电网和锂电池组的状态监测信号,通过控制双向DC/DC变换器IGBT1和IGBT2的导通率,来控制牵引网与锂电池组之间电能的流动,实现对锂电池组充放电的自动控制。

    储能装置可安装于车辆上,称为车载式;也可安装于地面或隧洞专用机房内,称为地面式。本试验中采用地面式。储能装置额定电压为DC 1400~1800V,额定容量为160 Ah,额定功率为240 kw。牵引电网额定电压为DC 1500 V。

锂电池储能系统控制策略

    车辆运行过程中有牵引起动、惰行、制动三种模式,引起牵引网电压降低、恒定、上升的动态变化,分别对应储能系统释放电能、待机、吸收电能三种模式。因此,选取牵引网电压值己, 为控制变量。车辆加速起动过程中,电动机为牵引工况,通过VVVF逆变器从牵引网获取电能。当储能系统监测到Ut 小于控制器设定的下限电压值己, 。 时,双向DC/DC变换器IGBT1关断、IGBT2导通(为锂电池组向牵引网单向导通),将锂电池组电能变换至牵引网所需电压范围向牵引网供电,作为辅助电源维持牵引网电压在下限电压值之上。车辆惰行过程中,车辆与牵引网无能量交换,牵引网电压无变动,储能系统不启动,处于待机状态。再生制动过程中,车辆电动机为发电机工况,将车辆动能转化为电能,所获得的再生电能通过VVVF整流后反馈到牵引网上。当储能系统监测到U ,大于控制器设定的上限电压己, 时,双向DC/DC变换器IGBT1导通、IGBT2关断(为牵引网向锂电池组单向导通),将牵引网电能变换为锂电池组充电所需电压电流范围,给锂电池组充电。即储能系统吸收再生电能,维持牵引网电压在上限电压值之下。
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