储能式有轨电车储能电源综合试验系统搭建

余飞翔,李思

中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲  412001

摘要：目前，基于超级电容技术研发的储能式有轨电车已作为一种高效、绿色、智能的新型轨道交通车辆广泛应用于国内有轨电车市场，其优势在于基于超级电容为主动力源实现30秒快速充放电，长距离持续巡航以及较大载客量。为实现对超级电容型储能电源性能的完整性测试，搭建一套1800V电压等级的储能电源综合试验系统是储能式有轨电车技术发展所需。

关键字：超级电容；储能电源综；合试验系统；储能式有轨电车

1概述

作为储能式轨道交通车辆关键储能系统，储能电源主要由43个超级电容模组共计688个超级电容单体串并联实现物理储能。其主要功能是当列车到站后，利用上下乘客的时间，基于地面充电装置给储能电源充电；当列车离站后，储能电源给列车牵引系统等供电，同时吸收列车制动能量。储能电源优点如下：

（1）可吸收车辆再生能量，效率达85%以上，同比传统受电方式的轨道交通车辆，可降低牵引能耗30%以上；

（2） 取消接触网或第三轨的供电线路，无需考虑钢轨杂散回流电流的处理措施，大大降低线路和供电系统的初期投资；

（3）相比于传统的轨道交通车辆，基本无集电器电磨耗和机械磨耗，理论上可以做到全寿命周期免维护，有效降低供电系统的维护成本。

2 储能电源综合试验系统方案介绍

2.1 储能电源性能试验项点介绍

储能电源性能测试主要是基于高压充放电实现对超级电容及 CMS(电压管理系统）两大部件的功能性试验，相关试验项点如下：

（1）静电容量检测：利用充电过程中的电量和电压变化计算得出静电容量。

                     图 1：静电容量测试系统原理图

（2）储存能量检测：利用充电过程中的电量和电压变化计算得出储存能量。

                 图 2：储存能量检测系统原理图

（3）内阻试验：采用阶跃法原理测试储能电源内阻，电压变化值与电流变化值的比值即为储能电源内阻。

                图 3：储存能量检测系统原理图

（4）CMS(电压管理系统）功能测试：额定电流下，对储能电源恒流充放电。在充放电过程中，CMS 检测超级电电容模块电压状态并执行电压均衡，保证额定电压状态时电压均衡系数处在设计范围内。

2.2储能电源综合试验系统方案介绍

储能电源综合试验系统主要包含远程控制系统（工控机、试验台）、试验台系统、整流系统（整流变压器、整流柜）、充放电系统（充电柜、放电柜）。

（1）远程控制系统：采用工控机或低压逻辑电路实现试验过程控制、配备操控软件实现操控、计算等功能，能显示记录储能电源高压充电试验数据（如内阻、 储存能量、静电容量等）实时显示动态曲线，实现10kv输入自动合闸、试验操作远程操控，试验数据自动处理分析；

（2）试验台系统：能与储能电源CMS(电压管理系统）远程通讯、具备对储能电源电流、电压等参数采集功能，具备远程控制终端信号采集控制模块；

 

 

 

 

 

 

 

                    图 4：储能电源综合试验系统示意图

 （3）整流系统：整流变压器技术参数：额定容量：630kVA、最高运行电压：12kV；整流柜技术参数：额定容量：输出DC1200V时，1200kW。包含整流变压器TM3和整流柜，均采用一期相同十二脉波整流方案。

（4）充放电系统：充电柜输出电压等级为直流1500V（1000V~1800V），具有自动控制功能，根据充电柜检测到储能电源的运行状态信息，自动控制调整充电时间、充电电流和充电限制电压，能实现自动检测、远方手动投切和现场手动投切，各种方式之间有可靠的闭锁，防止发生事故检测、控制实现完全自动，可实现无人值守。

2.3储能电源综合试验系统应用介绍

（1）试验能力：储能电源综合试验系统面积达180㎡，能同时满足3个储能电源高压例行试验。

（2）安全生产能力：1）实现设备远程控制：通过将10KV高压设备合闸、1800V充电设备参数设置、整流逆变转换、恒流充电与恒流放电功能高度集成于工业控制计算机中，并单独设置控制室实现人为远程控制，降低人与高压设备直接接触带来的安全风险。2）实现产品在线检测：依托测试方法升级，优化试验方案，配置网络通讯采集设备等，实现在不同类型储能电源高压大电流试验时通讯数据的实时采集与在线监控，在实现高压调试远程控制的同时真正实现人与设备的物理隔离，提高产品高压试验的安全性。

   图 5：储能电源综合试验系统应用示意图

3 结语

 储能电源综合试验系统拥有高压充放电效率稳定、试验数据远程采集精准、高压设备合闸“一键控制”等特点，伴随着储能电源综合试验系统的投入使用，目前已经顺利承担了湖北黄石、广州黄埔1/2号线、云南文山等有轨电车项目储能电源的批量试验。同时，广州海珠、江苏淮安、武汉大汉阳、深圳龙华、华为松山湖等有轨电车项目即将陆续进入架修状态，储能电源作为车辆核心部件也将在架修过程中经历系统性的试验验证，可预见储能电源综合试验系统完备的试验能力将助推储能式有轨电车技术衍生及长远发展。

4参考文献

[1]中华人民共和国工业和信息化部.QC/T741-2014.车用超级电容器. 北京 2014