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文檔簡介
1、現(xiàn)代有軌電車示范項目預(yù)裝式充電站技術(shù)方案匯報人:許繼電源有限公司2019年9月目錄項目概述系統(tǒng)總體方案方案總結(jié)企業(yè)技術(shù)支撐條件1、車輛2、牽引用電負(fù)荷3、超級電容簡介超級電容器是一種性能介于常規(guī)電容器和二次電池之間的新型儲能元件。與傳統(tǒng)意義上的電容器相比,超級電容器具有更高的比電容量和能量密度,與二次電池相比則具有功率密度高,充放電時間短,循環(huán)性能好,使用壽命長,便于維護等特點。超級電容器同時也可在極低溫等極端惡劣的環(huán)境中使用,并且無環(huán)境污染。4、超級電容的應(yīng)用5、超級電容在城軌交通應(yīng)用6、車載超級電容儲能機車原理構(gòu)成7、超級電容充放電特性8、超級電容的電容量特性超級電容SOC與超級電容的電容
2、量及其端電壓有關(guān),其端電壓與充電電流和等效內(nèi)阻有關(guān),而充電電流還影響其電容量。在充電過程中,充電電流密度影響著電極極化反應(yīng)的有效反應(yīng)比表面積和微孔傳輸反應(yīng)粒子和離子電荷的速度,并因充電電流增大,碳電極的有效反應(yīng)表面和微孔利用率減小而導(dǎo)致容量減小。9、超級電容組的均壓問題超級電容器組一般由大量的超級電容串并聯(lián)組成,生產(chǎn)工藝等原因?qū)е赂鱾€電容單體參數(shù)的分散性,比如容值、漏電流、等效串聯(lián)內(nèi)阻等參數(shù),而且這種參數(shù)的差異會隨著時間推移變化,25時容值偏差一般在-10%+20%。引起超級電容器組電壓不均衡的因素較為復(fù)雜,嚴(yán)重時會使得超級電容器組無法工作,一般通過超級電容管理系統(tǒng)CMS進行電壓均衡。均壓方法
3、包括:1)能量消耗型均壓。包括直接并聯(lián)電阻法、開關(guān)電阻法、穩(wěn)壓管法2)能量轉(zhuǎn)移型均壓。包括DC/DC變換法(有源均衡)、開關(guān)電容法、開關(guān)電感法以及其他一些改進方法超級電容充電過程需實時監(jiān)測電容單體電壓,避免單體過壓。10、超級電容管理系統(tǒng)CMS 超級電容智能管理系統(tǒng)主要由監(jiān)控單元、電壓溫度監(jiān)測及電壓均衡單元、智能管理軟件等構(gòu)成,系統(tǒng)可同時對超級電容組進行監(jiān)測、管理和維護,并對電池的各種異常狀態(tài)報警。1、實時數(shù)據(jù)采集功能??蓪崟r采集各個單體電容電壓、電容箱內(nèi)測點溫度。2、實時主動均衡功能。采取實時主動均衡的方式解決電容組內(nèi)的單體電容不均衡問題,可及時糾正電容不均衡,避免出現(xiàn)電容的過壓和欠壓問題,
4、延長使用壽命。3、實時報警功能。運行事件報警,電容過壓、欠壓報警,溫度過高、過低報警,故障報警。4、實時數(shù)據(jù)傳輸功能。各種數(shù)據(jù)或命令可以實時通過TCP/IP協(xié)議或串口上傳到上位機或接受上位機命令。5、實時數(shù)據(jù)存儲功能。數(shù)據(jù)記錄,操作日志,歷史報警事件。11、超級電容充電系統(tǒng)設(shè)計要求充電機主要技術(shù)要求充電機充電曲線如右圖所示輸出電流:0-1800A可調(diào)輸出電壓:400-900V可調(diào)輸出功率:1620kW充電時間:30S,間歇工作穩(wěn)壓精度:0.5%穩(wěn)流精度、紋波指標(biāo)滿足超級電容充電要求結(jié)構(gòu)尺寸:寬2300mm深1000mm高2300mm環(huán)境溫度: -2555使用壽命:30年12、超級電容充電過程示
5、例 例如:充電前超級電容的電壓為250V 模塊設(shè)定1800A900VIo2400AV250V900VttVoVc充電過程如右圖所示: 0-t1階段,工作在大電流恒流充電狀態(tài)狀態(tài);t1-t2階段,工作在恒壓充電狀態(tài);當(dāng)電流降至0充電自然結(jié)束充電時間到可以在曲線的任意點結(jié)束Io 充電電流波形;Vo 充電機輸出電壓波形;Vc 電容電壓波形;完備的保護功能,多重保證負(fù)載(超級電容)不過流充、不充爆(電壓過高)。 超級電容充電過程波形示意圖 t1t2目錄項目概述系統(tǒng)總體方案方案總結(jié)企業(yè)技術(shù)支撐條件1、充電站電氣原理圖(1/2)進線站一次原理圖1、充電站電氣原理圖(2/2)標(biāo)準(zhǔn)站一次原理圖2、箱變結(jié)構(gòu)布局
6、設(shè)計(1/3)1、進線站 12800(L)2000(W)3200(H) 2、標(biāo)準(zhǔn)站 9800(L)2000(W)3200(H) 2、箱變結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(2/3)標(biāo)準(zhǔn)站箱變內(nèi)部布置效果示意圖控制室充電機室變壓器室高壓室2、箱變結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(3/3)預(yù)裝式充電站外形結(jié)構(gòu)圖3、充電系統(tǒng)組成及接口設(shè)計充電系統(tǒng)主要由進線柜、2套充電機柜、3臺隔離柜組成,其中每套充電機柜尺寸為1150mm*1000mm*2260mm,由屏體、高頻整流模塊、直流監(jiān)控等部分組成。 4、充電機模塊設(shè)計直流充電機模塊主要技術(shù)指標(biāo)輸出功率:6kW交流輸入電壓:單相AC220V20%,50Hz1Hz 直流輸出:400V-900V/0A
7、-7A效率:95%穩(wěn)壓精度:0.5%紋波:1 輸入功率因數(shù):0.98輸入電流諧波總量:5%噪音:60dB電流不均衡度:5%工作溫度范圍:-25 +55外形尺寸:44mm220mm430mm5、充電機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計充電機監(jiān)控裝置采用光纖以太網(wǎng)通訊,提高可靠性6、充電機監(jiān)控裝置設(shè)計充電機監(jiān)控裝置主要技術(shù)特點強大的硬件配置。IIM801充電機智能監(jiān)控裝置采用ARM Contex-A8系列處理器,CPU主頻最高可達(dá)1.2GHZ,內(nèi)存512MB,4GB NAND FLASH。豐富且可擴展的外部接口。同時支持6個串口、2個CAN口、2個LAN口通信及1個USB數(shù)據(jù)傳輸。簡捷、穩(wěn)定、可靠的操作系統(tǒng)。采用開源的
8、Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核,不帶有商業(yè)版Linux的冗余功能。平臺化的組態(tài)功能。采用Xview圖形組態(tài)工具。人性化的人機交互功能。采用10.4英寸大液晶顯示+觸摸屏,使顯示內(nèi)容更加清晰,操作更加舒適。歷史記錄功能。保存系統(tǒng)中最近的告警,操作,遙信變位信息(最大保存1300條),支持查詢操作。對時功能。支持IRIG-B碼對時及SNTP對時。7、綜自系統(tǒng)(1/2)監(jiān)控系統(tǒng)總體構(gòu)成 7、 綜自系統(tǒng)(2/2)監(jiān)控系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖 8、上網(wǎng)隔離柜設(shè)計 許繼生產(chǎn)的KED-1500/750V牽引供電直流成套開關(guān)設(shè)備適用于不同的工程電壓制式需求,柜體采用敷鋁鋅板多重折彎制造工藝,并同時具備多種結(jié)構(gòu)方案適應(yīng)不
9、同開關(guān)元件需求。靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計使得KED系列牽引供電成套開關(guān)設(shè)備既能滿足單獨成套使用,也可滿足系統(tǒng)設(shè)計需求特殊的使用要求,具有廣泛的兼容性和互換性。9、氣體絕緣環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜設(shè)計電源進線采用1250A氣體絕緣環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜(斷路器單元);與主環(huán)線連接中間設(shè)置計量柜單元;所有環(huán)進環(huán)出單元,均采用1250A氣體絕緣環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜(斷路器單元);變壓器饋線單元采用630A氣體絕緣環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜。10、主要設(shè)備(1/2)新型有軌電車預(yù)裝式充電站(進線站)設(shè)備表 一、箱體序號名稱型號和規(guī)格單位總數(shù)量備注1預(yù)裝式充電站箱體(12.8米*2米*3.2米)長*寬*高座1二、供配電系統(tǒng)1進線斷路器柜ZX0型氣體絕緣開關(guān)柜面22
10、計量柜ZX0型氣體絕緣開關(guān)柜面14PT柜ZX0型氣體絕緣開關(guān)柜面15變壓器出線柜ZX0型氣體絕緣開關(guān)柜面16環(huán)網(wǎng)饋出柜ZX0型氣體絕緣開關(guān)柜面27低壓進線柜抽屜式開關(guān)柜面18一體化電源柜PYD-40Ah面19交流柜PJD-10面1三、充電系統(tǒng)1充電機柜2面2充電機6kW270臺3直流隔離柜DC1500V,3000A面34智能監(jiān)控模塊IM8014臺四、監(jiān)控系統(tǒng)1監(jiān)控系統(tǒng)1套五、輔助系統(tǒng)1環(huán)境控制系統(tǒng)1套2照明系統(tǒng)1套10、主要設(shè)備(2/2)新型有軌電車預(yù)裝式充電站(標(biāo)準(zhǔn)站)設(shè)備表序號名稱型號和規(guī)格單位總數(shù)量備注一、箱體2預(yù)裝式充電站箱體(9.8米*2米*3.2米)長*寬*高座1二、供配電系統(tǒng)1變
11、壓器出線柜ZX0型氣體絕緣開關(guān)柜面12環(huán)網(wǎng)饋出柜ZX0型氣體絕緣開關(guān)柜面23低壓進線柜抽屜式開關(guān)柜面14一體化電源柜PYD-40Ah面15交流柜PJD-10面1三、充電系統(tǒng)1充電機柜4面2充電機6kW270臺3直流隔離柜DC1500V,3000A面34智能監(jiān)控模塊IM8014臺四、監(jiān)控系統(tǒng)1監(jiān)控系統(tǒng)1套五、輔助系統(tǒng)1環(huán)境控制系統(tǒng)1套2照明系統(tǒng)1套六、移動充電系統(tǒng)1移動充電車1套目錄項目概述系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案方案總結(jié)企業(yè)技術(shù)支撐條件1、方案主要特點(1/2)1、占地面積更小,高頻軟開關(guān)技術(shù)減小充電機體積 標(biāo)準(zhǔn)站:9800(L)2000(W)3200(H) 進線站:12800(L)2000(W)32
12、00(H) 2、可用性更高,在線熱插拔設(shè)計可快速修復(fù) 模塊化系統(tǒng)設(shè)計是建造可修復(fù)和可快速修復(fù)系統(tǒng)的基礎(chǔ),采用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)和連接方式的模塊化組件使一切變得更容易、更迅速、且成本更低。3、可靠性更高,系統(tǒng)冗余設(shè)計大幅提高可靠性 每臺充電機柜可冗余9個充電機模塊,充電監(jiān)控采用主從冗余設(shè)計,只要故障模塊的數(shù)量不超過冗余模塊的數(shù)量,系統(tǒng)可正常運行,可靠性指標(biāo)比單機系統(tǒng)大幅提高。1、方案主要特點(1/2)4、運行更經(jīng)濟、更節(jié)能、更環(huán)保 交流側(cè)功率因數(shù)大于0.98,電流諧波畸變率小于5%,綜合平均效率大于98.4%。無需安裝無功補償和諧波治理設(shè)備,運行電費更低。5、標(biāo)準(zhǔn)化程度更高 隔離變壓器可采用標(biāo)準(zhǔn)雙繞組配
13、電變壓器。 功率單元采用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)和連接方式的模塊化組件。6、設(shè)備造價更低,維護成本更低 充電機模塊適合大批量規(guī)模化生產(chǎn),電子元器件批量采購成本更低。采用高頻軟開關(guān)技術(shù),電感、電容等元件所需數(shù)量減少,節(jié)約成本。功率單元采用標(biāo)準(zhǔn)化模塊組件,所需備品備件少,維修成本更低。2、模塊化設(shè)計的優(yōu)勢(1/2) 模塊化設(shè)計可顯著提高系統(tǒng)可用性 系統(tǒng)可用性A( t )的定義為:電子系統(tǒng)在使用過程中(尤其在不間斷連續(xù)使用的條件下)可以正常使用的時間與總時間之比??捎眯允怯煽煽啃詤?shù)MTBF(平均無故障時間)和故障后平均修復(fù)時間參數(shù)MTTR表示,即 許繼單機電源系統(tǒng)的MTBF=10萬h,MTTR=8 h,模塊化電
14、源系統(tǒng)的功率模塊的MTBF=10萬h(同單機電源系統(tǒng)),功率模塊的MTTR=1 h(在有備份的情況下由維護人員熱插拔修復(fù),維護速度快) 則,單機系統(tǒng)的可用性為:A=MTBF/(MTBF+MTTR)=0.9999 模塊化電源系統(tǒng)的功率模塊的可用性為0.99999,而以5+1冗余并聯(lián) 系統(tǒng)為例,則其可用性為: A5+1=1-(1-A)215=0.99999999851 因此,冗余設(shè)計的模塊化系統(tǒng)可顯著提高系統(tǒng)的可用性。2、模塊化設(shè)計的優(yōu)勢(2/2) 模塊化設(shè)計可顯著提高系統(tǒng)可靠性 如果將充電裝置看作是由多個電源模塊組成的系統(tǒng),從系統(tǒng)的角度來看,僅提高單臺電源模塊本身的可靠性并不是解決系統(tǒng)可靠性的根本途徑。傳統(tǒng)設(shè)計思路著重于提高單臺電源的可靠性,而現(xiàn)代設(shè)計思路則注重采用冗余技術(shù)來提高系統(tǒng)的可靠性。如果說用一般可靠性器件設(shè)計出可靠性較高的電源設(shè)備是電源本身設(shè)計的一項基本要求,那么由一般可靠性的電源組成高可靠性的電源系統(tǒng)便是電源系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容。 許繼單機系統(tǒng)和單個模塊裝置的可靠性R=0.99,以5+1冗余系統(tǒng)為例(冗余一個模塊),則其可靠性為 R5+1=1-(1-R)215=0.9985 類推到
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