鋰離子電池儲能系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用

目前，城市軌道交通可采用的儲能形式重要有鋰離子電池儲能、超級電容器儲能和飛輪儲能。其中，鋰離子電池作為近年來發(fā)展較快的儲能元件，其容量和功率水平能夠滿足再生制動能量吸收和釋放的要求。此外，與超級電容和鉛酸電池相比，鋰離子電池具有能量密度高的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)器件的小型化和輕量化。因此，鋰離子電池充放電快、壽命長，可以滿足電氣化軌道交通的要求。

鋰離子電池軌道交通儲能系統(tǒng)

圖1為城市軌道交通鋰離子電池儲能系統(tǒng)，重要由雙向DC/DC變換器、控制器、鋰離子電池組等部件組成。其中，鋰離子電池單體通過設(shè)定的串并聯(lián)方式連接，形成鋰離子電池組。所述鋰離子電池通過雙向DC/DC變換器連接到牽引網(wǎng)兩端。控制器處理牽引電網(wǎng)的狀態(tài)監(jiān)測信號和鋰離子電池組傳感器傳回的控制電動牽引電網(wǎng)之間的能量流和鋰離子電池組通過控制IGBT1電導(dǎo)和IGBT2雙向DC/DC變換器,并實(shí)現(xiàn)自動控制充放電的鋰離子電池組。

儲能裝置可安裝在車輛上，稱為車載儲能裝置;也可安裝在地面或隧道的特殊房間內(nèi)，稱為地面式。在這個實(shí)驗(yàn)中使用了ground類型。儲能裝置的額定電壓為DC1400~1800V，額定容量為160ah，額定功率為240kw，牽引網(wǎng)的額定電壓為DC1500V。

鋰離子電池儲能系統(tǒng)的控制策略

在車輛運(yùn)行過程中，有三種牽引啟動、空轉(zhuǎn)和制動方式，引起牽引網(wǎng)電壓降低、恒壓和上升的動態(tài)變化，分別對應(yīng)于儲能系統(tǒng)的三種方式:電能釋放、備用和電能吸收。因此，選取牽引網(wǎng)電壓值f作為控制變量。在車輛加速起動過程中，電機(jī)處于牽引狀態(tài)，電能通過VVVF逆變器從牽引網(wǎng)中獲取。當(dāng)儲能系統(tǒng)檢測到Ut小于控制器設(shè)定的下限電壓時。時,雙向DC/DC變換器IGBT1關(guān)掉,IGBT2開啟(單指南的鋰離子電池對牽引網(wǎng)),鋰離子電池能量轉(zhuǎn)換為所需的電壓范圍牽引網(wǎng)絡(luò)和牽引網(wǎng)作為一個輔助電源供應(yīng)的維護(hù)上面的牽引網(wǎng)電壓下限電壓值。在車輛空轉(zhuǎn)過程中，車輛與牽引網(wǎng)之間沒有能量交換，牽引網(wǎng)電壓不變，儲能系統(tǒng)未啟動，處于待機(jī)狀態(tài)。在再生制動過程中，車輛的電機(jī)處于發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)，車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)VVVF整流后反饋到牽引網(wǎng)。當(dāng)能量儲存系統(tǒng)檢測到U大于設(shè)定的上限電壓控制器,雙向DC/DC變換器IGBT1是和IGBT2關(guān)閉(單指導(dǎo)牽引網(wǎng)絡(luò)之間的連接和鋰離子電池),和牽引網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)換成所需的電壓和電流范圍鋰離子電池充電充電鋰離子電池。即儲能系統(tǒng)吸收可再生能源，保持牽引網(wǎng)電壓低于上電壓值。