現(xiàn)代儲能式有軌電車供電系統(tǒng)方案分析

趙霖

摘? 要：城市化的不斷推進(jìn)和城市人口的劇烈增長造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染、交通堵塞等問題?，F(xiàn)代新型儲能式有軌電車作為城市綜合交通發(fā)展戰(zhàn)略框架中的重要組成部分，在解決環(huán)境污染、交通堵塞方面，扮演著重要的角色。對儲能式有軌電車供電系統(tǒng)方案分析，是有軌電車可靠運(yùn)行的基本保障。

關(guān)鍵詞：儲能式有軌電車;供電系統(tǒng);方案

中圖分類號：U482.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）16-0129-03

Abstract： The continuous advancement of urbanization and the rapid growth of urban population have caused serious environmental pollution， traffic jams and other problems. As an important part of the strategic framework of urban comprehensive traffic development， modern new energy storage trams play an important role in solving environmental pollution and traffic jams. The analysis of the power supply system scheme of the energy storage tram is the basic guarantee for the reliable operation of the tram.

Keywords： energy storage tram; power supply system; programme

引言

作為一種典型的城市軌道交通工具，有軌電車最早出現(xiàn)在19世紀(jì)80年代的德國。到19世紀(jì)末，中國的第一條有軌電車線路出現(xiàn)在北京。具有現(xiàn)代化且環(huán)保的現(xiàn)代有軌電車以其投資低、建設(shè)周期短、軌道可與汽車共享等特性，在限制汽車的使用以及在實(shí)現(xiàn)城市道路資源優(yōu)化配置方面發(fā)揮重要作用。近年來，我國有軌電車發(fā)展迅速，北京、上海、深圳、廣州、武漢、南京、大連、成都、蘇州、淮安等多個城市有軌電車已經(jīng)開通運(yùn)營，其他多個城市的有軌電車工程也正在建設(shè)或規(guī)劃中。

根據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會《城市軌道交通2018年度統(tǒng)計和分析報告》，截止2018年底，城市交通運(yùn)營線路中，現(xiàn)代有軌電車328.7公里，占比5.7%;2018年新增運(yùn)營線路728.7公里，新增有軌電車82.7公里，占比11.3%，相比2017年，增幅達(dá)40.9%;在6374公里在建線路中，現(xiàn)代有軌電車400.9公里，占比6.3%;在7611公里規(guī)劃的線路中，現(xiàn)代有軌電車691.6公里，占比9.1%。從以上數(shù)據(jù)可以看出，現(xiàn)代有軌電車在城市軌道交通的發(fā)展中已經(jīng)受到了越來越多的認(rèn)可與青睞。

1 儲能式有軌電車概述

儲能式有軌電車是指有軌電車在整個運(yùn)行區(qū)間都由車載儲能對其供電。相比傳統(tǒng)全線架空接觸網(wǎng)或者其他形式的供電模式，現(xiàn)代儲能式有軌電車使用車載儲能供電，減少地面供電部分的建設(shè)成本;現(xiàn)代有軌電車取消架空接觸網(wǎng)等供電形式，使城市景觀更好，使其更好地融入城市道路;現(xiàn)代有軌電車運(yùn)營維護(hù)更方便，車載儲能供電形式能夠減少日常維修量和人員配置。

目前，儲能式有軌電車儲能模式一般包括蓄電池儲能、超級電容儲能以及蓄電池與超級電容混合儲能的儲能模式。超級電容以其充電速度快、使用壽命長、放電電流大等優(yōu)勢，使其在儲能式有軌電車領(lǐng)域，具有越來越廣泛的應(yīng)用。

2 現(xiàn)代儲能式有軌電車配電系統(tǒng)方案

對充電裝置的供電系統(tǒng)的合理設(shè)計，是保證充電系統(tǒng)可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)，是研究新型有軌電車充電裝置的前提。根據(jù)有軌電車的特性，結(jié)合負(fù)荷等級的規(guī)范要求，儲能式有軌電車，特別是高架和地面段有軌電車，供電系統(tǒng)負(fù)荷宜選擇為二級負(fù)荷，外部電源可引自城市電網(wǎng)或鄰近的供電線路。

中壓AC10kV環(huán)網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)可分為單環(huán)網(wǎng)以及雙環(huán)網(wǎng)兩種，單環(huán)網(wǎng)的變電所主接線應(yīng)為單母線不分段或者分段系統(tǒng)，雙環(huán)網(wǎng)的變電所主接線應(yīng)為單母線分段系統(tǒng)。

中壓環(huán)網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)的合理設(shè)計，保證系統(tǒng)運(yùn)行要求的各種技術(shù)指標(biāo)，使供電系統(tǒng)能夠安全、可靠地運(yùn)行的同時，還應(yīng)從節(jié)約工程投資和運(yùn)營管理費(fèi)用等實(shí)際角度出發(fā)考慮。采用單環(huán)網(wǎng)的形式相比較雙環(huán)網(wǎng)方式有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

（1）單環(huán)網(wǎng)接線方案可以有效降低環(huán)網(wǎng)電纜與設(shè)備投資，同時減少電纜敷設(shè)工程量，符合現(xiàn)代有軌電車控制投資的建設(shè)要求，并且便于工程建設(shè)實(shí)施。

（2）單環(huán)網(wǎng)雖然在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體可靠性方面略低于雙環(huán)網(wǎng)，但考慮到目前設(shè)備制造工藝水平較成熟，電纜與設(shè)備故障發(fā)生概率較低，且系統(tǒng)配置方案能夠迅速切除故障電纜或設(shè)備。單環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)的可靠性能夠滿足有軌電車可靠性運(yùn)行的需要。

單環(huán)網(wǎng)接線方案如圖1所示。

3 充電系統(tǒng)主接線方案

3.1 集中整流系統(tǒng)方案

在線路區(qū)間的適當(dāng)位置設(shè)置集中整流站，將若干車站充電站內(nèi)的變流設(shè)備集中設(shè)置，供鄰近充電站共享。集中整流站內(nèi)設(shè)置AC/DC轉(zhuǎn)換裝置，將10kV交流電源整定為直流1500V。在車站充電站內(nèi)僅設(shè)置DC/DC調(diào)壓裝置，為有軌電車充電。集中整流系統(tǒng)的主接線方案如圖2所示。

整流站主接線采用單母分段形式，兩套變流機(jī)組獨(dú)立運(yùn)行。變流機(jī)組整定后的直流電源通過直流電纜分別引至設(shè)置了充電站的車站，通過DC/DC充電裝置轉(zhuǎn)換，供列車充電使用。在集中整流站設(shè)置一座降壓變電所，通過低壓電纜將降壓變電所的低壓電源分別引至各個車站的低壓開關(guān)柜，給車站提供動力照明電源。

3.2 分散式整流系統(tǒng)方案

根據(jù)系統(tǒng)仿真計算，在需要給列車充電的車站設(shè)置充電站，分散式整流方案的充電站主接線方案如圖3所示。

充電站采用單母線分段形式，充電站內(nèi)設(shè)置兩套充電裝置，分別為有軌電車上下行充電，兩套充電裝置之間設(shè)置一處電動聯(lián)絡(luò)開關(guān)。由于一套充電裝置不能實(shí)現(xiàn)給上下行列車同時充電，當(dāng)一套充電裝置故障退出運(yùn)行時，結(jié)合有軌電車上下行列車進(jìn)站情況，按需合上斷開聯(lián)絡(luò)開關(guān)，充電裝置可分別為上下行列車充電，實(shí)現(xiàn)支援供電。

3.3 充電站主接線方案選擇

分散整流方案，在需要給有軌電車充電的車站設(shè)置成套充電裝置，充電站設(shè)置的數(shù)量較多，供電房間相對較小，對于緩解大型供電房間的選址壓力有一定的好處。同時，由于在各個車站設(shè)置充電裝置，區(qū)間僅需要敷設(shè)10kV交流電纜，減少了區(qū)間電纜敷設(shè)的工程量，供電系統(tǒng)方案較簡潔，提高了系統(tǒng)的可靠性。

集中整流方案，需在有軌電車線路沿線附近設(shè)置較大型集中整流站，在設(shè)置有充電站的車站設(shè)置直流開關(guān)柜、DC/DC調(diào)壓裝置、上網(wǎng)隔離開關(guān)柜等設(shè)備，在車站范圍內(nèi)占地較小。區(qū)間通過敷設(shè)直流電纜將集中整流站的直流電源輸送至車站的直流開關(guān)柜，此外，各車站范圍內(nèi)的220/380V低壓用電需由集中整流站降壓變電所供電。區(qū)間直流電纜敷設(shè)工程量增多，投資增加，同時直流開關(guān)柜數(shù)量較多，設(shè)備維護(hù)成本較大。

理論上，以上兩種接線方式都能滿足適用現(xiàn)代有軌電車的供電，但是在實(shí)際選擇主接線方案時，應(yīng)根據(jù)充電裝置的設(shè)置、線路條件等實(shí)際情況，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)、工程可實(shí)施性等多方面多因素對比考慮。

4 結(jié)束語

國內(nèi)的城市化進(jìn)程不斷加深，近幾年城市化給城市交通帶來了巨大的壓力，發(fā)展城市公共交通勢在必行，而大運(yùn)量的地鐵建設(shè)周期長，投資大，現(xiàn)代有軌電車非常適用于客運(yùn)量中等規(guī)模的城市或地區(qū)。雖然有軌電車的客運(yùn)量是地鐵的1/3～1/2，但其建設(shè)時間僅為地鐵1/3左右，投資僅為1/5左右，對于急需解決城市交通壓力的城市或區(qū)域，具有無可比擬的優(yōu)勢。另外現(xiàn)代有軌電車無架空接觸網(wǎng)，零排放，低噪音，非常符合未來清潔型城市建設(shè)的需要，隨著超級電容技術(shù)和基于電力電子大功率器件的充電裝置的不斷發(fā)展，相信在未來，有軌電車的發(fā)展前景定會越來越可觀。

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