新型有軌電車充電站技術(shù)課件

1、現(xiàn)代有軌電車示范項(xiàng)目預(yù)裝式充電站技術(shù)方案匯報(bào)人：許繼電源有限公司2019年9月目錄項(xiàng)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(jí)電容簡介超級(jí)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(chǔ)能元件。與傳統(tǒng)意義上的電容器相比，超級(jí)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(shí)間短，循環(huán)性能好，使用壽命長，便于維護(hù)等特點(diǎn)。超級(jí)電容器同時(shí)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(jí)電容的應(yīng)用5、超級(jí)電容在城軌交通應(yīng)用6、車載超級(jí)電容儲(chǔ)能機(jī)車原理構(gòu)成7、超級(jí)電容充放電特性8、超級(jí)電容的電容量特性超級(jí)電容SOC與超級(jí)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(jí)電容組的均壓問題超級(jí)電容器組一般由大量的超級(jí)電容串并聯(lián)組成，生產(chǎn)工藝等原因?qū)е赂鱾€(gè)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(huì)隨著時(shí)間推移變化，25時(shí)容值偏差一般在-10%+20%。引起超級(jí)電容器組電壓不均衡的因素較為復(fù)雜，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使得超級(jí)電容器組無法工作，一般通過超級(jí)電容管理系統(tǒng)CMS進(jìn)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(jìn)方法超級(jí)電容充電過程需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電容單體電壓，避免單體過壓。10、超級(jí)電容管理系統(tǒng)CMS 超級(jí)電容智能管理系統(tǒng)主要由監(jiān)控單元、電壓溫度監(jiān)測(cè)及電壓均衡單元、智能管理軟件等構(gòu)成，系統(tǒng)可同時(shí)對(duì)超級(jí)電容組進(jìn)行監(jiān)測(cè)、管理和維護(hù)，并對(duì)電池的各種異常狀態(tài)報(bào)警。1、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集功能?？蓪?shí)時(shí)采集各個(gè)單體電容電壓、電容箱內(nèi)測(cè)點(diǎn)溫度。2、實(shí)時(shí)主動(dòng)均衡功能。采取實(shí)時(shí)主動(dòng)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(shí)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(shí)時(shí)報(bào)警功能。運(yùn)行事件報(bào)警，電容過壓、欠壓報(bào)警，溫度過高、過低報(bào)警，故障報(bào)警。4、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸功能。各種數(shù)據(jù)或命令可以實(shí)時(shí)通過TCP/IP協(xié)議或串口上傳到上位機(jī)或接受上位機(jī)命令。5、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。數(shù)據(jù)記錄，操作日志，歷史報(bào)警事件。11、超級(jí)電容充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求充電機(jī)主要技術(shù)要求充電機(jī)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(shí)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(jí)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(jí)電容充電過程示

5、例 例如：充電前超級(jí)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(shí)間到可以在曲線的任意點(diǎn)結(jié)束Io 充電電流波形；Vo 充電機(jī)輸出電壓波形；Vc 電容電壓波形；完備的保護(hù)功能，多重保證負(fù)載（超級(jí)電容）不過流充、不充爆（電壓過高）。 超級(jí)電容充電過程波形示意圖 t1t2目錄項(xiàng)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(jìn)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(jì)(1/3)1、進(jìn)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(jì)(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(jī)室變壓器室高壓室2、箱變結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)(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(jì)充電系統(tǒng)主要由進(jìn)線柜、2套充電機(jī)柜、3臺(tái)隔離柜組成，其中每套充電機(jī)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(jī)模塊設(shè)計(jì)直流充電機(jī)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(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)充電機(jī)監(jiān)控裝置采用光纖以太網(wǎng)通訊，提高可靠性6、充電機(jī)監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)充電機(jī)監(jiān)控裝置主要技術(shù)特點(diǎn)強(qiáng)大的硬件配置。IIM801充電機(jī)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(kuò)展的外部接口。同時(shí)支持6個(gè)串口、2個(gè)CAN口、2個(gè)LAN口通信及1個(gè)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(tái)化的組態(tài)功能。采用Xview圖形組態(tài)工具。人性化的人機(jī)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(duì)時(shí)功能。支持IRIG-B碼對(duì)時(shí)及SNTP對(duì)時(shí)。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(jì) 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(shí)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(jì)使得KED系列牽引供電成套開關(guān)設(shè)備既能滿足單獨(dú)成套使用，也可滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)電源進(jìn)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(jì)量柜單元；所有環(huán)進(jìn)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(jìn)線站）設(shè)備表 一、箱體序號(hào)名稱型號(hào)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(jìn)線斷路器柜ZX0型氣體絕緣開關(guān)柜面22

10、計(jì)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(jìn)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(jī)柜2面2充電機(jī)6kW270臺(tái)3直流隔離柜DC1500V,3000A面34智能監(jiān)控模塊IM8014臺(tái)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(hào)名稱型號(hào)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(jìn)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(jī)柜4面2充電機(jī)6kW270臺(tái)3直流隔離柜DC1500V,3000A面34智能監(jiān)控模塊IM8014臺(tái)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(dòng)充電系統(tǒng)1移動(dòng)充電車1套目錄項(xiàng)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(diǎn)（1/2）1、占地面積更小，高頻軟開關(guān)技術(shù)減小充電機(jī)體積 標(biāo)準(zhǔn)站：9800（L）2000（W）3200（H） 進(jìn)線站：12800（L）2000（W）32

12、00（H） 2、可用性更高，在線熱插拔設(shè)計(jì)可快速修復(fù) 模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)大幅提高可靠性 每臺(tái)充電機(jī)柜可冗余9個(gè)充電機(jī)模塊，充電監(jiān)控采用主從冗余設(shè)計(jì)，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(yùn)行，可靠性指標(biāo)比單機(jī)系統(tǒng)大幅提高。1、方案主要特點(diǎn)（1/2）4、運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)、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(bǔ)償和諧波治理設(shè)備，運(yùn)行電費(fèi)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(jià)更低，維護(hù)成本更低 充電機(jī)模塊適合大批量規(guī)?；a(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(jì)的優(yōu)勢(shì)（1/2) 模塊化設(shè)計(jì)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(shí)間與總時(shí)間之比?？捎眯允怯煽煽啃詤?shù)MTBF(平均無故障時(shí)間)和故障后平均修復(fù)時(shí)間參數(shù)MTTR表示，即 許繼單機(jī)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(jī)電源系統(tǒng)），功率模塊的MTTR=1 h（在有備份的情況下由維護(hù)人員熱插拔修復(fù)，維護(hù)速度快） 則，單機(jī)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(jì)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(jì)的優(yōu)勢(shì)（2/2) 模塊化設(shè)計(jì)可顯著提高系統(tǒng)可靠性 如果將充電裝置看作是由多個(gè)電源模塊組成的系統(tǒng)，從系統(tǒng)的角度來看，僅提高單臺(tái)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(jì)思路著重于提高單臺(tái)電源的可靠性，而現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(jì)出可靠性較高的電源設(shè)備是電源本身設(shè)計(jì)的一項(xiàng)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(jì)的主要內(nèi)容。 許繼單機(jī)系統(tǒng)和單個(gè)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(gè)模塊），則其可靠性為 R5+1=1-(1-R)215=0.9985 類推到