儲(chǔ)能技術(shù)在地面式再生制動(dòng)能量吸收和利用裝置中的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：2022-03-22所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1503次

摘 要： 摘 要: 隨著超級(jí)電容、鋰離子電池、飛輪等儲(chǔ)能元件技術(shù)的飛速發(fā)展，儲(chǔ)能技術(shù)在城市軌道交通中得到日益廣泛的應(yīng)用。針對(duì)地面存儲(chǔ)式再生制動(dòng)能量利用裝置，首先總結(jié)了儲(chǔ)能裝置可實(shí)現(xiàn)的功能，然后介紹儲(chǔ)能技術(shù)在地面式再生制動(dòng)能量吸收和利用裝置中的應(yīng)用現(xiàn)狀，最后從儲(chǔ)能

　　摘 要: 隨著超級(jí)電容、鋰離子電池、飛輪等儲(chǔ)能元件技術(shù)的飛速發(fā)展，儲(chǔ)能技術(shù)在城市軌道交通中得到日益廣泛的應(yīng)用。針對(duì)地面存儲(chǔ)式再生制動(dòng)能量利用裝置，首先總結(jié)了儲(chǔ)能裝置可實(shí)現(xiàn)的功能，然后介紹儲(chǔ)能技術(shù)在地面式再生制動(dòng)能量吸收和利用裝置中的應(yīng)用現(xiàn)狀，最后從儲(chǔ)能裝置的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法、充放電控制策略、儲(chǔ)能裝置設(shè)計(jì)的角度分析了需要進(jìn)一步深入研發(fā)的課題。

　　關(guān)鍵詞: 城市軌道交通;儲(chǔ)能技術(shù);超級(jí)電容;充放電策略;儲(chǔ)能裝置;再生制動(dòng)能量

　　利用地面儲(chǔ)能裝置來吸收城軌列車的再生制動(dòng)能量，在 1988 年，2 MW/25 kWh 的地面式飛輪儲(chǔ)能裝置便在日本京急電鐵公司逗子線上就已得到成功應(yīng)用。但進(jìn)入 21 世紀(jì)后，基于儲(chǔ)能裝置的再生制動(dòng)能量的吸收和利用卻成為新的研發(fā)熱點(diǎn)，筆者以為主要有 3 方面的原因：一是超級(jí)電容(electric double layer capacitor， EDLC)、二次電池(secondary battery)、飛輪(fly wheel， FW)等儲(chǔ)能元件技術(shù)的飛速發(fā)展和價(jià)格的大幅降低，使其在城軌交通中的推廣應(yīng)用成為可能;二是節(jié)能減排已成為全球共識(shí)，作為用電大戶的城軌交通自然責(zé)無旁貸;三是城軌交通運(yùn)營(yíng)公司對(duì)列車運(yùn)行性能提升的需求，如希望更小的牽引網(wǎng)電壓波動(dòng)以保證牽引制動(dòng)性能的發(fā)揮，ATO 或無人駕駛對(duì)精準(zhǔn)停車的要求等。

　　本文圍繞儲(chǔ)能技術(shù)在地面式再生制動(dòng)能量利用系統(tǒng)中的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹其可以實(shí)現(xiàn)的功能、國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀以及面臨的研發(fā)課題。

　　1 儲(chǔ)能裝置的功能

　　不少人把吸收列車再生制動(dòng)能量的儲(chǔ)能裝置等同視為節(jié)能裝置，但除了節(jié)能之外，儲(chǔ)能裝置還能夠?qū)崿F(xiàn)哪些功能?這是我們首先應(yīng)該弄清楚的問題。國(guó)內(nèi)外地鐵運(yùn)營(yíng)公司為了單一功能，通常是節(jié)能或穩(wěn)壓，而研究或應(yīng)用儲(chǔ)能裝置的案例較多，對(duì)本可以實(shí)現(xiàn)多種功能的儲(chǔ)能裝置而言，只針對(duì)單一功能進(jìn)行研發(fā)或應(yīng)用是一件遺憾的事情。

　　吸收列車再生制動(dòng)能量的儲(chǔ)能裝置有 3 種設(shè)置方式：設(shè)置在牽引變電站內(nèi)或變電站之間的線路旁，稱為地面式儲(chǔ)能裝置(stationary energy storage system， SESS);設(shè)置在車輛上，稱為車載式儲(chǔ)能裝置(on-board energy storage system，OBESS);車輛和地面均設(shè)置(見圖 1)，稱為車-地協(xié)調(diào)式儲(chǔ)能裝置(on-board and stationary coordinated energy storage system)。3 種方式中，目前前兩種設(shè)置方式都有不少實(shí)際應(yīng)用案例，與車載式相比，地面式對(duì)儲(chǔ)能裝置的質(zhì)量、體積的制約要小得多，是目前應(yīng)用最多的方式。筆者所在科研團(tuán)隊(duì)和日本東芝公司目前正在獨(dú)立開展第三種設(shè)置方式的相關(guān)研究。

　　儲(chǔ)能裝置能夠?qū)崿F(xiàn)的主要功能包括：①節(jié)能; ②抑制牽引網(wǎng)電壓波動(dòng);③降低變電站峰值功率; ④減少或消除再生失效;⑤提高停車精度;⑥純電制動(dòng);⑦降低機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)成本;⑧應(yīng)急牽引; ⑨替代變電所。

　　前述儲(chǔ)能裝置實(shí)現(xiàn)功能的①～⑦都容易理解，無需贅述。這里對(duì)⑧和⑨稍作進(jìn)一步說明。

　　由于我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)已日趨完善，且牽引供電系統(tǒng)在可靠性設(shè)計(jì)方面有足夠的冗余，因此發(fā)生供電系統(tǒng)停電的概率極低，但北京地鐵、上海地鐵和重慶地鐵分別于 1996 年、2013 年和 2021 年還是發(fā)生過因停電導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)中斷的事故。當(dāng)電力故障、供電區(qū)間故障或地震等原因造成列車斷電時(shí)，地面或車載儲(chǔ)能裝置可作為緊急牽引電源，將列車運(yùn)行至鄰近車站疏散乘客，以保證乘客的安全。近年來，日本加大了應(yīng)急牽引電源技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。例如，東京地鐵千代田線在綾瀨站的變電所內(nèi)設(shè)置了 500 kW/194 kWh 鈦酸鋰電池儲(chǔ)能裝置，緊急牽引時(shí)可保證列車在站間距為 2.4 km 的綾瀨站—北千住站之間以 15 km/h 的速度救援運(yùn)行。此外，東京地鐵銀座線 1000 系列車的車載 552 V/22.1 kWh 鈦酸鋰電池儲(chǔ)能裝置也可用作緊急牽引電源。2020 年，由北京交通大學(xué)和北京地鐵運(yùn)營(yíng)公司聯(lián)合研發(fā)的 1 MW 地面式混合儲(chǔ)能裝置在北京地鐵八通線上成功地完成了供電系統(tǒng)停電時(shí)的緊急牽引試驗(yàn)。

　　當(dāng)相鄰變電所之間距離較長(zhǎng)，變電所與列車之間能量傳輸過程中將產(chǎn)生較大的線路壓降，進(jìn)而導(dǎo)致接觸網(wǎng)電壓的大幅波動(dòng)，影響列車運(yùn)行性能。為了解決這個(gè)問題，東京的東武線將鋰離子電池儲(chǔ)能裝置安裝于“野田(Noda)”和“豐四季(Toyoshiki)”變電所之間 (見圖 2)，使其兼具牽引變電站和再生能量吸收利用的功能，并有效補(bǔ)償了網(wǎng)壓跌落。

　　在設(shè)計(jì)儲(chǔ)能裝置時(shí)，是以實(shí)現(xiàn)節(jié)能或抑制網(wǎng)壓波動(dòng)的單一功能來設(shè)計(jì)，還是兼顧 2 個(gè)以上的功能來設(shè)計(jì)是值得重視的問題。例如，以①為功能設(shè)計(jì)的儲(chǔ)能裝置容量、設(shè)置位置及能量管理策略顯然與同時(shí)考慮功能①和②設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)果不同，設(shè)計(jì)者只有在充分了解供電、車輛、運(yùn)營(yíng)的真實(shí)需求的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)的角度考慮才可能合理地設(shè)計(jì)儲(chǔ)能裝置。此外，隨著我國(guó) ATO 及無人駕駛線路的逐漸增多，實(shí)現(xiàn)④～⑥的功能也變得日益重要。

　　2 再生制動(dòng)能量吸收和利用的涵義

　　儲(chǔ)能裝置通常吸收的只是列車再生制動(dòng)能量的一部分。當(dāng)探討儲(chǔ)能裝置的容量配置、基于車輛和變電所特性以及列車運(yùn)行圖的充放電優(yōu)化控制策略時(shí)，討論的出發(fā)點(diǎn)必須基于“剩余再生制動(dòng)能量”來進(jìn)行，即儲(chǔ)能裝置吸收和利用的實(shí)質(zhì)是牽引列車吸收后的剩余再生制動(dòng)能量。

　　圖 3 是典型的城軌交通車輛牽引與再生制動(dòng)特性曲線示意圖。從充分發(fā)揮電(再生)制動(dòng)作用以及降低牽引傳動(dòng)系統(tǒng) RMS 電流的角度出發(fā)，制動(dòng)特性曲線通常由恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和自然特性區(qū)組成，即沒有牽引特性曲線的恒功區(qū)間。圖 3 中的點(diǎn)劃線為牽引與制動(dòng)時(shí)的速度—電功率/輪周功率曲線，可以看出，恒轉(zhuǎn)矩區(qū)間和特性區(qū)間轉(zhuǎn)折速度 V2對(duì)應(yīng)的是最大再生制動(dòng)功率。眾所周知，電能等于電功率對(duì)時(shí)間的積分，從圖 3 即可得到列車從最高速度制動(dòng)至停止時(shí)的再生制動(dòng)能量。由于牽引變電所通常采用二極管整流，能量只能從交流側(cè)向直流側(cè)流動(dòng)，因此再生制動(dòng)能量不能通過牽引變電所返送回交流側(cè)，而只能由鄰近的處于牽引狀態(tài)的其他列車吸收(包括牽引網(wǎng)電阻吸收的能量)，而不能被牽引列車吸收的再生制動(dòng)能量就稱為剩余再生制動(dòng)能量。剩余再生制動(dòng)能量的存在會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)列車受電弓處的電壓很快超過限值，從而導(dǎo)致主電路斷路器斷開，再生制動(dòng)無法繼續(xù)實(shí)施，即發(fā)生再生失效的現(xiàn)象。因此，我們希望通過儲(chǔ)能裝置來吸收存儲(chǔ)剩余再生制動(dòng)能量，以避免再生失效的發(fā)生。顯然，從系統(tǒng)節(jié)能的角度，我們希望制動(dòng)列車和牽引列車之間有盡可能多的能量交互，牽引網(wǎng)電阻消耗的能量越少越好。要特別注意的是，牽引網(wǎng)電阻的大小直接影響再生制動(dòng)能量的傳輸距離，即影響制動(dòng)列車和牽引列車之間的能量交互，也會(huì)直接影響地面儲(chǔ)能裝置對(duì)剩余再生制動(dòng)能量的吸收利用。

　　3 地面式儲(chǔ)能裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　城軌交通地面式儲(chǔ)能裝置通常采用超級(jí)電容、鋰離子電池(lithium ion battery，LIB)或鎳氫電池(nickel metal hydride battery，NiMH)等二次電池和飛輪作為儲(chǔ)能元件。評(píng)價(jià)儲(chǔ)能元件的性能指標(biāo)包括能量密度 (Wh/kg 或 Wh/L)、功率密度(W/kg 或 W/L)、充放電效率、價(jià)格、壽命、維護(hù)性等。表 1 是幾種儲(chǔ)能元件的主要性能指標(biāo)，可以看出，目前還沒有一種儲(chǔ)能元件在這些性能指標(biāo)中處于一種絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的地位。超級(jí)電容的功率密度高、能量密度低，鋰離子電池的特性正好與之相反，能否將兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一種儲(chǔ)能元件上?近年，兼顧了功率密度和能量密度平衡的新型儲(chǔ)能元件鋰離子電容(lithium capacitor，LiC)和鈦酸鋰電池(lithium titanate oxide battery，LTO)也逐步得到應(yīng)用和關(guān)注。

　　列車再生制動(dòng)能量的吸收在國(guó)內(nèi)外都經(jīng)歷了從車載電阻到地面裝置吸收方式的發(fā)展歷程，其中地面吸收方式又分為地面電阻能量消耗型、能量回饋型和能量存儲(chǔ)型 3 種。由于本文主要討論儲(chǔ)能技術(shù)在地面式再生制動(dòng)能量吸收和利用系統(tǒng)中的應(yīng)用，表 2～4 分別列舉了國(guó)內(nèi)外地面式超級(jí)電容、鋰離子/鎳氫電池及飛輪儲(chǔ)能裝置的部分應(yīng)用案例，由表可知：①中國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家采用了兩種以上的儲(chǔ)能元件。例如我國(guó)采用了超級(jí)電容、鈦酸鋰電池、飛輪，日本采用了飛輪、超級(jí)電容和二次電池，德國(guó)采用了超級(jí)電容、飛輪作為儲(chǔ)能元件。一條線路到底采用哪種儲(chǔ)能元件合適，除考慮儲(chǔ)能元件本身特性和希望儲(chǔ)能裝置實(shí)現(xiàn)的功能外，價(jià)格、本國(guó)儲(chǔ)能元件技術(shù)等也是必須考慮的因素;②二次電池在日本、飛輪在美國(guó)的應(yīng)用較多，這和兩國(guó)自身的電池和飛輪技術(shù)發(fā)達(dá)相關(guān)。以日本為例，由于其二次電池技術(shù)先進(jìn)，且在日本價(jià)格較之超級(jí)電容和飛輪要低，因此近年多條線路都采用了二次電池作為儲(chǔ)能元件。通常，儲(chǔ)能裝置通過雙向 DC-DC 變流器和牽引網(wǎng)直流母線相連接，由日本川崎重工公司提供的名為“GIGACELL”的鎳氫電池儲(chǔ)能裝置直接和牽引網(wǎng)直流母線連接，也是值得關(guān)注的一個(gè)技術(shù)特點(diǎn);③地面式儲(chǔ)能裝置容量在500 kW～3.3 MW之間，其中日本運(yùn)量較小的單軌線路的儲(chǔ)能裝置容量只有 500 kW，容量最大的是波蘭華沙地鐵 2 號(hào)線的超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置，容量達(dá)到 3.3 MW;④北京地鐵八通線梨園站采用了200 kW超級(jí)電容和800 kW鈦酸鋰電池的混合儲(chǔ)能方式，除實(shí)現(xiàn)節(jié)能、穩(wěn)壓等功能外，還成功開展了緊急牽引救援試驗(yàn)。

　　4 研發(fā)課題

　　在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，研發(fā)一套“能用”的地面式儲(chǔ)能裝置難度不大，但要研發(fā)一套“好用”的儲(chǔ)能裝置，則需要解決好系統(tǒng)設(shè)計(jì)與效果評(píng)價(jià)、充放電控制策略以及儲(chǔ)能裝置本體設(shè)計(jì)等 3 方面的課題。

　　4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與效果評(píng)價(jià)

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要解決的是儲(chǔ)能裝置的設(shè)置位置和容量的問題。如第 2 節(jié)所述，儲(chǔ)能裝置本質(zhì)上吸收的是列車的剩余再生制動(dòng)能量，顯然，如果能準(zhǔn)確把握剩余再生制動(dòng)能量和功率，也就能夠解決儲(chǔ)能裝置設(shè)置位置和容量的問題。但牽引供電系統(tǒng)中列車位置與牽引/制動(dòng)功率的實(shí)時(shí)變化，導(dǎo)致牽引供電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與拓?fù)渚哂袝r(shí)變性，使?fàn)恳╇娤到y(tǒng)成為一個(gè)復(fù)雜的非線性時(shí)變系統(tǒng)。由于列車、儲(chǔ)能裝置、變電所之間存在著復(fù)雜的能量交互，因此需要研發(fā)包括列車運(yùn)行仿真、潮流解析等功能在內(nèi)的綜合仿真平臺(tái)，以提取再生能量流動(dòng)特征，并綜合考慮投資成本、節(jié)能效益等優(yōu)化目標(biāo)以及地面容量配置的空間、重量等約束條件，合理設(shè)置儲(chǔ)能裝置的位置和容量[25]。目前，國(guó)內(nèi)外多采用每個(gè)變電所都設(shè)置儲(chǔ)能裝置，且儲(chǔ)能裝置的容量相同的方式，從節(jié)能、穩(wěn)壓的效果或全壽命周期成本的角度來看，這種設(shè)置方式顯然還有很大的優(yōu)化空間。

　　一條線路設(shè)置儲(chǔ)能裝置的效果評(píng)價(jià)涉及評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法兩個(gè)問題。評(píng)價(jià)指標(biāo)包括節(jié)能率、穩(wěn)壓率、全壽命周期成本、再生失效率等，這些評(píng)價(jià)指標(biāo)如何準(zhǔn)確定義還需要深入探討。例如，再生失效率既可以從再生失效時(shí)間的長(zhǎng)短來評(píng)價(jià)，也可以從再生失效導(dǎo)致的能量損失的大小來評(píng)價(jià)。此外，節(jié)能率與穩(wěn)壓率、節(jié)能率與全壽命周期成本等指標(biāo)之間的內(nèi)在相互影響關(guān)系也是值得研究的課題。儲(chǔ)能裝置的效果評(píng)價(jià)，可分為設(shè)計(jì)階段的基于仿真的效果評(píng)價(jià)和儲(chǔ)能裝置投入運(yùn)營(yíng)后的基于實(shí)測(cè)的效果評(píng)價(jià)，但無論仿真評(píng)價(jià)還是實(shí)測(cè)評(píng)價(jià)，都需要明確統(tǒng)一的仿真及測(cè)試前提條件，否則就無法客觀反映設(shè)置儲(chǔ)能裝置的效果。

　　4.2 充放電控制策略

　　儲(chǔ)能裝置的充放電控制策略也是能量管理策略，其實(shí)質(zhì)就是如何合理設(shè)定充放電閾值的問題。儲(chǔ)能裝置的充放電控制，定性地講，即當(dāng)儲(chǔ)能裝置與牽引網(wǎng)母線連接點(diǎn)的電壓高于某值時(shí)，儲(chǔ)能裝置充電;低于某值時(shí)，儲(chǔ)能裝置放電。但這個(gè)看似簡(jiǎn)單的問題，其實(shí)是個(gè)難題，其原因?yàn)椋汉瑑?chǔ)能裝置的牽引供電系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性時(shí)變系統(tǒng)，復(fù)雜非線性意味著充放電控制難以用純數(shù)學(xué)的方法優(yōu)化，系統(tǒng)時(shí)變的特性則要求充放電閾值必須實(shí)時(shí)優(yōu)化。

　　毫無疑問，儲(chǔ)能裝置的充放電控制應(yīng)該圍繞達(dá)到節(jié)能或穩(wěn)壓或二者兼具的目的來進(jìn)行。因此，首先應(yīng)該明確儲(chǔ)能裝置希望達(dá)到的目的。目前以節(jié)能為目的的研究居多，對(duì)于發(fā)車間隔小、早晚高峰時(shí)牽引網(wǎng)電壓跌落較大的線路來說，以穩(wěn)壓或穩(wěn)壓與節(jié)能兼具目的的充放電控制也是重要的研究課題。

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　　目前，儲(chǔ)能裝置的充放電控制多是基于儲(chǔ)能裝置與牽引網(wǎng)母線連接點(diǎn)電壓值來進(jìn)行。當(dāng)電壓值高于充電閾值時(shí)，即推定有列車已經(jīng)或即將發(fā)生再生制動(dòng)失效，但這樣的推定和控制顯然欠精準(zhǔn)。由于儲(chǔ)能裝置與列車、供電系統(tǒng)、線路、運(yùn)行圖等子系統(tǒng)之間有較強(qiáng)的耦合關(guān)系，除母線電壓之外，列車運(yùn)行狀態(tài)(位置、電壓、電流、牽引/制動(dòng)狀態(tài))、線路坡度、牽引變電所空載電壓等信息也應(yīng)是充放電優(yōu)化控制的重要依據(jù)[26-27]。目前的通信技術(shù)完全可以使儲(chǔ)能裝置獲取這些信息，從而實(shí)現(xiàn)基于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換的充放電優(yōu)化控制。即使不能獲得列車運(yùn)行狀態(tài)等實(shí)時(shí)信息，也可以基于列車運(yùn)行圖、線路信息、車輛牽引與制動(dòng)特性、變電所 V-I 特性等確定信息來改善裝置的充放電效果。

　　舉例如下。圖 4 是 1 MW 超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置在某一固定充放電閾值時(shí)，超級(jí)電容的電壓變化圖，可以看出，由于放電閾值設(shè)置不當(dāng)，出現(xiàn)了裝置“儲(chǔ)而不用”的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了裝置功能的發(fā)揮。圖 5 是基于運(yùn)行圖、線路信息、車輛再生制動(dòng)限流曲線、車載制動(dòng)電阻啟動(dòng)電壓、變電所空載電壓等信息，利用離線優(yōu)化與在線調(diào)整相結(jié)合的自適應(yīng)充放電控制后，得到了儲(chǔ)能裝置接近滿充滿放的效果，較之圖 4，顯然后者更充分地發(fā)揮了儲(chǔ)能裝置的作用[28]。

　　除對(duì)單一的儲(chǔ)能裝置進(jìn)行充放電控制外，地面儲(chǔ)能裝置之間，地面與車載儲(chǔ)能裝置之間的充放電協(xié)調(diào)控制也是需要深入開展的研究課題，感興趣的讀者可參考本期《城軌交通地面儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理策略》一文。此外，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)或環(huán)境溫度的變化等引起的儲(chǔ)能元件內(nèi)阻、容值等特性參數(shù)的變化與充放電控制策略之間的關(guān)系也值得深入探討。

　　4.3 儲(chǔ)能裝置的設(shè)計(jì)

　　儲(chǔ)能裝置設(shè)計(jì)面臨的第一個(gè)問題就是儲(chǔ)能元件單體和模組的選擇問題。由于軌道交通儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展主要得益于儲(chǔ)能技術(shù)在電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域中的應(yīng)用成果，因此，軌道交通可以直接選用在其他領(lǐng)域已得到成熟應(yīng)用的儲(chǔ)能元件和模組，這是有利的一面。但我們也應(yīng)該看到不利的一面，也就是為其他領(lǐng)域量身定做的儲(chǔ)能元件單體和模組的功率密度、能量密度等特性未必與軌道交通的需要能很好地契合。因此，基于城軌交通地面或車載儲(chǔ)能裝置對(duì)功率、能量、重量和體積等實(shí)際需求，提出期望的功率密度、能量密度、SOC 工作范圍、工作溫度范圍、內(nèi)阻等技術(shù)參數(shù)，并與儲(chǔ)能元件生產(chǎn)廠家協(xié)同研發(fā)適用于軌道交通的儲(chǔ)能元件和模組是當(dāng)前的一個(gè)重要課題。

　　由于不同線路、不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)再生制動(dòng)能量吸收和利用的需求也不同，儲(chǔ)能裝置應(yīng)能在容量、安裝位置等方面靈活應(yīng)對(duì)用戶需求。因此，儲(chǔ)能裝置應(yīng)該通過高度模塊化設(shè)計(jì)，適應(yīng)多種組合方式，滿足在不同的變電站配置不同功率等級(jí)的儲(chǔ)能裝置、適配不同類型儲(chǔ)能元件的需求;或?qū)?chǔ)能裝置安裝在變電站之間而不是變電站內(nèi)，以更有效地防止?fàn)恳W(wǎng)電壓跌落等。此外，儲(chǔ)能裝置的主動(dòng)安全和被動(dòng)安全防護(hù)、裝置的智能管理和運(yùn)維、關(guān)鍵部件及系統(tǒng)的健康管理等也是儲(chǔ)能裝置設(shè)計(jì)需要關(guān)注的問題。

　　5 結(jié)語

　　隨著我國(guó)城軌交通線網(wǎng)規(guī)模的快速擴(kuò)大，其能耗問題也日益突出，2020 年全國(guó)的城軌交通電能消耗高達(dá) 172.4 億 kWh，同比增長(zhǎng) 12.9%，其中北京地鐵和上海地鐵的電能消耗均超過 20 億 kWh。在儲(chǔ)能元件技術(shù)仍在快速進(jìn)步，價(jià)格不斷降低的背景下，自吸納式的地面式儲(chǔ)能裝置將在城軌交通節(jié)能減排中發(fā)揮重要作用。但如第 1 節(jié)所述，我們不應(yīng)把儲(chǔ)能裝置僅視為一個(gè)節(jié)能裝置，它還可以實(shí)現(xiàn)更多的功能。為了充分發(fā)揮儲(chǔ)能裝置的作用，在研發(fā)儲(chǔ)能裝置過程中，尤其應(yīng)重視儲(chǔ)能裝置與線路、車輛、供電、運(yùn)行圖等系統(tǒng)的耦合關(guān)系的分析。此外，加入儲(chǔ)能裝置后，牽引供電系統(tǒng)和車輛的設(shè)計(jì)應(yīng)該相應(yīng)作哪些改變等都是需要我們深入研究的問題。——論文作者：楊中平，林 飛

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