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伴隨城軌交通的蓬勃發(fā)展，其重要性也日益突出，而其運(yùn)營(yíng)則面臨著緊迫的節(jié)能減排問(wèn)題，需進(jìn)一步提升“綠色”品質(zhì)。儲(chǔ)能技術(shù)能“削峰填谷”，既能提高再生制動(dòng)能量利用率，又能補(bǔ)償接觸網(wǎng)電壓，提高列車(chē)供電品質(zhì)，降低牽引供電系統(tǒng)損耗，尤其是地面儲(chǔ)能技術(shù)具有節(jié)能效果好、方便系統(tǒng)維護(hù)、不占車(chē)體空間等諸多優(yōu)勢(shì)。

超級(jí)電容具有功率密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)和充放電速度快等一系列優(yōu)點(diǎn)，在制動(dòng)能量回收用儲(chǔ)能器件選型中備受青睞。眾所周知，儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性是至關(guān)重要的，是工程推廣應(yīng)用需考慮的關(guān)鍵因素，開(kāi)展儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)層面評(píng)估相關(guān)工作以指導(dǎo)技術(shù)方案的選擇制定具有理論意義和工程價(jià)值。儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性與諸多因素相關(guān)，涉及儲(chǔ)能媒介、功能定位、配置方法、控制策略等。

城軌交通制動(dòng)能量回收儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)工作受到眾多學(xué)者的關(guān)注。但是，分析現(xiàn)有研究成果發(fā)現(xiàn)，城軌交通制動(dòng)能量回收超級(jí)電容儲(chǔ)能陣列大多從技術(shù)層面上對(duì)比分析了不同的儲(chǔ)能媒介、優(yōu)化控制策略、改進(jìn)某種方法的配置流程等，超級(jí)電容陣列配置方法僅從基于制動(dòng)能量回收率方面開(kāi)展了對(duì)比分析，對(duì)經(jīng)濟(jì)維度層面的評(píng)估較少，未建立綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)。開(kāi)展超級(jí)電容陣列配置方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)與對(duì)比分析工作，建立一套兼顧效益和成本的綜合評(píng)價(jià)體系，對(duì)指導(dǎo)超級(jí)儲(chǔ)能陣列的配置具有較高的工程實(shí)用價(jià)值。

基于此，同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院的研究人員首先回顧了城軌交通制動(dòng)能量回收超級(jí)電容儲(chǔ)能陣列典型配置方法，然后從技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)層面提出了超級(jí)電容陣列評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了地面超級(jí)電容儲(chǔ)能成本回收與凈收益模型，最后通過(guò)案例對(duì)比分析了典型配置方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，得出的結(jié)論如下：

圖1 超級(jí)電容陣列配置流程

圖2 城軌交通系統(tǒng)車(chē)網(wǎng)聯(lián)合仿真模型

圖3 地面儲(chǔ)能系統(tǒng)基本控制策略流程

1）提出了超級(jí)電容陣列的投資、制動(dòng)能量回收率、能耗減少比、儲(chǔ)能系統(tǒng)的體積、回收成本年限等儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了超級(jí)電容陣列凈收益模型，可為評(píng)估超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性提供參考。

2）案例仿真結(jié)果表明，基于功率—容量約束配置法配置的超級(jí)電容陣列在性能上的節(jié)能效果優(yōu)于容量約束配置方法，可更有效縮短列車(chē)制動(dòng)電阻開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間，提高再生制動(dòng)利用率，節(jié)能效果更好。

3）當(dāng)前技術(shù)條件下，功率—容量約束配置法的總投資成本高于容量配置法，但兩者的成本回收年限相近，儲(chǔ)能系統(tǒng)壽命周期內(nèi)采用功率—容量約束配置法具有更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4）考慮到超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)具有壽命長(zhǎng)、可靠性高的特點(diǎn)，地面超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)在實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)優(yōu)先考慮采用功率—容量雙約束配置法，具體的儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)效益還需結(jié)合儲(chǔ)能造價(jià)進(jìn)一步確定。

以上研究成果發(fā)表在2020年第23期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“城軌交通制動(dòng)能量回收超級(jí)電容儲(chǔ)能陣列配置方法對(duì)比分析”，作者為沈小軍、曹戈。