城軌交通再生制動能饋回饋技術(shù)應(yīng)用探討課件

1、GLOBALBUSINESSSUCCESS城軌交通列車再生制動能量回饋技術(shù)應(yīng)用探討2015年5月1 背景及發(fā)展現(xiàn)狀2解決方案3效益分析4應(yīng)用情況介紹內(nèi)容摘要contents工作建議51 背景及發(fā)展現(xiàn)狀 當(dāng)前，我國城市軌道交通正在蓬勃發(fā)展，開通運營里程已超過3000公里，總規(guī)劃里程超過8000公里。 作為一種大運量、高密度的交通工具，軌道交通列車運行具有站間運行距離短、運行速度較高、起動及制動頻繁等特點。 節(jié)能降耗是軌道交通可持續(xù)發(fā)展的必由之路。 牽引供電系統(tǒng)是能耗大戶，也是節(jié)能關(guān)注重點。1 背景及發(fā)展現(xiàn)狀車載再生制動能量吸收地面再生制動能量吸收傳統(tǒng)的再生制動能量處理方案制動電阻10kV/33k

2、V/35kV中壓交流電網(wǎng)低壓400V動力電網(wǎng)電阻吸收制動能量帶來的后果一是能源浪費，背離低碳、環(huán)保理念。二是熱量積聚，使得隧道溫度上升。三是增加通風(fēng)設(shè)備，消耗額外能量，形成新熱污染源。以重慶、北京、廣州、成都及長沙、昆明、寧波、成都等為代表的城市均將列車再生制動能量的二次利用作為新線建設(shè)、舊線改造的重要課題，并在一些線路上付諸實施。1 背景及發(fā)展現(xiàn)狀 電阻消耗型 保證列車電制動實施 列車間互相吸收儲能型 飛輪 超級電容 電池 回饋型 低壓混合型 中壓型 獨立支路 非獨立支路列車再生制動能量利用方案1 背景及發(fā)展現(xiàn)狀 ABB、西門子，東芝、明電舍等國外企業(yè)已有相關(guān)產(chǎn)品在地鐵工程中成功應(yīng)用。 國內(nèi)

3、時代電氣、湖南恒信、許繼、千四馭、南瑞繼保等企業(yè)跟進研發(fā)，也提出了相應(yīng)解決方案，其中重慶地鐵2、3號線低壓混合型，北京地鐵14號線中壓型再生制動能量回饋系統(tǒng)已正線運營18個月，效果顯著。1 背景及發(fā)展現(xiàn)狀1 背景及發(fā)展現(xiàn)狀2解決方案3效益分析4應(yīng)用情況介紹內(nèi)容摘要contents工作建議5與原系統(tǒng)的兼容性電網(wǎng)兼容性基于成熟車載平臺的二次開發(fā)1再生能量解決方案不得影響牽引整流機組及其他設(shè)備的正常運行。再生能量解決方案反饋的電能質(zhì)量不得影響到電網(wǎng)質(zhì)量（交流電網(wǎng)、直流牽引電網(wǎng)、400V動力母線）。再生能量回饋系統(tǒng)須是基于成熟車載平臺的二次開發(fā)的產(chǎn)品，須具備深度國產(chǎn)化水平。23再生能量利用解決方案所遵

4、循的準(zhǔn)則2解決方案獨立支路型10kV/35kV中高壓交流供電網(wǎng)非獨立支路型解決方案特點非獨立支路中壓型回饋功率較大，但原整流機組與回饋裝置間兼容性不好，故障工況下會易相互影響?yīng)毩⒅分袎盒突仞伖β蚀?，與原系統(tǒng)兼容性好，但與非獨立支路方案相比需要增加部分投資中壓型2解決方案10kV/35kV中高壓交流供電網(wǎng)解決方案特點低壓+能耗回收功率受限，仍存在較大能量消耗低壓+儲能回收功率大，不存在能量消耗部分，但投資較大低壓混合型10kV/33kV中高壓交流供電網(wǎng)低壓400V動力電網(wǎng)回饋+消耗電阻10kV/33kV中高壓交流供電網(wǎng)低壓400V動力電網(wǎng)回饋+儲能超級電容低壓能量回饋+電阻消耗型低壓能量回饋+

5、儲能型2解決方案解決方案特點電容儲能兼容性好，但回收能量受電容器安裝容量限制，全生命周期成本高。超級電容儲能型超級電容儲能型2解決方案超級電容10kV/35kV中高壓交流供電網(wǎng) 無傳統(tǒng)二極管整流回路，牽引、回饋一體化； 諧波小，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高； 成本很高全功率四象限地面牽引供電裝置正在發(fā)展的技術(shù)2解決方案 基礎(chǔ)技術(shù)要求很高，目前核心部件和技術(shù)需進口； 全生命周期成本高昂，國內(nèi)尚處于技術(shù)研究階段。飛輪儲能型再生能量儲存裝置正在發(fā)展的技術(shù)2解決方案 基于技術(shù)經(jīng)濟性和成熟度考量，目前采用較多的采用單設(shè)支路的中壓型列車再生制動能量回饋系統(tǒng)，同時有能力實現(xiàn)并樂于滿足用戶選擇的其他解決方案。與現(xiàn)有的二極管

6、整流器牽引供電系統(tǒng)并聯(lián)運行，保證與原系統(tǒng)的兼容性；優(yōu)秀的電能質(zhì)量品質(zhì)，保證與35kV/10kV電網(wǎng)系統(tǒng)具有良好的兼容性。2解決方案35kV/10kV交流供電網(wǎng)1500V/750V直流牽引供電網(wǎng)能量回饋系統(tǒng)動力系統(tǒng)及照明功能回饋功能當(dāng)列車制動時產(chǎn)生的能量回饋到直流牽引網(wǎng)上，多余的電能通過該回饋裝置回饋到中壓交流電網(wǎng)中，可以供其他負荷使用。輔助牽引功能列車取流會造成牽引網(wǎng)電壓下降，能饋裝置與二極管整流器共同向列車提供能量，從而維持一定的母線電壓水平。2解決方案無功補償功能城軌供電系統(tǒng)線路負荷率低時，如夜間收車后，中壓環(huán)網(wǎng)電纜容性無功造成系統(tǒng)功率因數(shù)非常低，本系統(tǒng)可作為無功發(fā)生器使用，提高系統(tǒng)功率因

7、數(shù)。系統(tǒng)組成再生能量回饋系統(tǒng)主要由高壓開關(guān)柜、能饋變壓器、能饋變流器、能饋直流柜以及直流開關(guān)柜五部分組成。2解決方案功率模塊采用在干線車輛、城軌車輛上已成熟應(yīng)用大功率平臺化變流器模塊。變壓器采用重載機車、和諧動車車載軸向多分裂高漏抗高解耦率變壓器技術(shù)?？刂破鞑捎迷跈C車、城軌車輛、石油鉆井平臺、軋鋼機等多行業(yè)多領(lǐng)域成熟應(yīng)用的控制平臺及控制算法。系統(tǒng)組成再生能量回饋系統(tǒng)主要由高壓開關(guān)柜、能饋變壓器、能饋變流器、能饋直流柜以及直流開關(guān)柜五部分組成。DC750V/1500VAC 35kV/10kV2解決方案關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)交流網(wǎng)壓AC 35kV/ AC10kV/AC 380V直流網(wǎng)壓DC 75

8、0V / DC 1500V額定功率300kW2000kW間歇工作功率600kW3600kW（30s/120s工作制）饋入點功率因數(shù) 0.99效率 95%系統(tǒng)動作電壓 DC 1700V/850V（可手動/自動調(diào)節(jié)）尺寸（寬深高)100012002300(mm)能饋變流柜100012002300(mm)能饋直流柜300018003000(mm)能饋變壓器注：1.設(shè)備尺寸、容量可根據(jù)用戶需求進行調(diào)整； 2.變壓器具體根據(jù)電壓等級和容量調(diào)整。2解決方案系統(tǒng)型譜系列產(chǎn)品型號額定功率（kW）間歇峰值功率（kW）能饋變流柜能饋直流柜能饋變壓器10kV系列tPower-RF2.1800.75010001800

9、111tPower-RF2.3600.75020003600211tPower-RF1.1800.150010001800111tPower-RF1.3600.15002000360021135kV系列tPower-RF2.1800.75010001800111tPower-RF2.3600.75020003600211tPower-RF1.1800.150010001800111tPower-RF1.3600.150020003600211備注：1. 表中體現(xiàn)的是本公司再生能量回饋產(chǎn)品的基本配置，具體系統(tǒng)容量可根據(jù)用戶需求變化。 2.系統(tǒng)中變壓器部分的尺寸根據(jù)容量、電壓等級及現(xiàn)場條件確定。2

10、解決方案產(chǎn)品應(yīng)具備的性能高可靠性： 采用城軌車輛成熟應(yīng)用的功率模塊及控制技術(shù)產(chǎn)品平臺。優(yōu)良的負荷適應(yīng)性： 針對列車再生制動能量的特點，裝置提供高達近2倍額定功率的間歇工作過負荷能力，更好的滿足列車電制動需要，同時再生制動能量轉(zhuǎn)移率更高。兼容性： 與原二極管牽引整流機組兼容性好，與電網(wǎng)兼容性好。占地小：設(shè)備外形緊湊、占地小方便擴展： 裝置采用模塊化設(shè)計，可滿足額定功率300kW2000kW，間歇工作功率600kW3600kW等多個容量等級；可配置輔助牽引供電功能，與二極管整流器協(xié)同供電。2解決方案1 背景及發(fā)展現(xiàn)狀2南車技術(shù)平臺及解決方案效益分析43應(yīng)用情況介紹內(nèi)容摘要contents工作建議5

11、3應(yīng)用情況介紹目前已實施及在建的項目線路設(shè)備規(guī)格數(shù)量投運時間備注重慶軌道交通各線DC1500V，電阻性低壓混合型，中壓型多套2004已運行多年鄭州地鐵1號線DC1500V，中壓型額定1MW2套2013已運行兩年廣州地鐵4、5、6號線DC1500V，電阻性中壓型，儲能型1套2005已運行多年北京地鐵14號線（園博園站、大井站）DC1500V，中壓型間歇3.6MW2套2013.5已運營18個月長沙地鐵2號線DC1500V，中壓型額定2MW，間歇3.6MW8套執(zhí)行中 首套已下線北京地鐵8號線3期工程DC750V，中壓型額定1.25MW10套執(zhí)行中昆明3號線DC750V，中壓型額定1.25MW，間歇3

12、.6MW15套執(zhí)行中3應(yīng)用情況介紹 在北京地鐵14號線采用DC1500V制式，車輛為6列編組4M2T A型列車，車上不設(shè)制動電阻，列車電制動通過地面再生制動能量處理裝置實現(xiàn)。車輛運行間隔為5分鐘。 北京地鐵14號線3應(yīng)用情況介紹 電網(wǎng)兼容性回饋功率及功率因數(shù)注入PCC電流諧波PCC處電壓諧波3應(yīng)用情況介紹 系統(tǒng)兼容性 裝置在回饋過程中，外電源突然失電 母聯(lián)備自投應(yīng)該正常投入3應(yīng)用情況介紹 功率曲線3應(yīng)用情況介紹注（某）變電所采用能饋裝置后的能量轉(zhuǎn)換率=變電所總回饋電能/變電所總牽引電能*100%。 園博園變電所周平均能量轉(zhuǎn)換率46.6%。北京地鐵14號線園博園（周回饋電能）時間總牽引電能/kw

13、h總回饋電/kwh日能量轉(zhuǎn)換率6月20日6467224634.7%6月21日5423244945.1%6月22日3425172750.4%6月23日5545307955.5%6月24日4056217753.6%6月25日3937200751%6月26日5186219142.2%一周累計值340391587646.6% 回饋電能情況3應(yīng)用情況介紹注（某）變電所采用能饋裝置后的能量轉(zhuǎn)換率=變電所總回饋電能/變電所總牽引電能*100%。 園博園變電所周平均能量轉(zhuǎn)換率46.6%。北京地鐵14號線園博園（周回饋電能）時間總牽引電能/kwh總回饋電/kwh日能量轉(zhuǎn)換率6月20日6467224634.7%6

14、月21日5423244945.1%6月22日3425172750.4%6月23日5545307955.5%6月24日4056217753.6%6月25日3937200751%6月26日5186219142.2%一周累計值340391587646.6%3應(yīng)用情況介紹注（某）變電所采用能饋裝置后的能量轉(zhuǎn)換率=變電所總回饋電能/變電所總牽引電能*100%。 大井變電所周平均能量轉(zhuǎn)換率34.3%。北京地鐵14號線大井（周回饋電能）時間總牽引電能/kwh總回饋電/kwh日能量轉(zhuǎn)換率6月202%6月21日4961164533.2%6月225%6月23日5

15、427187534.5%6月24日9874387739.3%6月25日12640450035.6%6月26日10755220620.5%一周累計值709922432634.3%3應(yīng)用情況介紹北京地鐵14號線園博園及大井（月回饋電能）園博園大井站名日平均回饋電度（kwh）日平均牽引電（kwh）單站回饋電度占牽引電度比例兩站日平均回饋電度（kwh）兩站日平均牽引電（kwh）兩站日平均回饋電度占日平均牽引電度百分比每站月平均回饋電度（kwh）園博園站2127523140.66%2737718338.1%82110大井站3347913536.64%3應(yīng)用情況介紹 廣州地鐵4號線慶盛站項目 在廣州地鐵4

16、號線慶盛站掛網(wǎng)試運行，采用DC1500V制式，車輛為4列編組B型車，采用單車往返方式測量數(shù)據(jù)，車輛發(fā)車間隔為6分鐘。 共進行了12次跑車試驗，車輛為空載運行，單次試驗間隔為6分鐘，在33kV側(cè)測量單次最大回饋功率值為1.49MW，單次平均回饋電能為4.1kWh。1 背景及發(fā)展現(xiàn)狀2解決方案效益分析43應(yīng)用情況介紹內(nèi)容摘要contents工作建議54效益分析配置能饋裝置后綜合經(jīng)濟效益分析減少車輛在車載制動電阻方面的購置成本 整車減重減少制動電阻輔助散熱風(fēng)機能耗減少車輛投資及能耗減少通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運營成本 減少車載通風(fēng)空調(diào)運營成本 減少車站通風(fēng)空調(diào)運營成本對牽引供電系統(tǒng) 實現(xiàn)列車再生電能的二次利用取得直接節(jié)能效益 根據(jù)北京地鐵14號線實際運營試數(shù)據(jù)，每個牽引所每天平均回饋電能為2737kw/h，則每站一年將節(jié)約100萬度電，若按每度電0.8元錢，則每個變電所每年節(jié)能產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益可達80余萬元，節(jié)能效果顯著。 其他的邊際效益： 減少通風(fēng)空