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基于飞轮储能的铁路牵引供电综合节能装置应用案例电气化铁路属于具有鲜明特点的大宗工业用户，如牵引负荷波动剧烈、负序电流较大、再生制动能量回馈电网等等。牵引负荷功率峰值是个关键：它不仅在技术上引起以负序为主的电能质量问题，还在经济上直接关乎用户效益，因为负荷峰值与两部制电价中主变压器容量计费和最大需量计费密切相关，铁路用户将付出额外代价。因此削峰既可以治理负序、降低不良影响，又可以在执行两部制电价中取得效益，即或者降低最大需量取得效益，或者降低主变压器容量进而降低固定容量收费来取得效益。因此降低负荷峰值具有技术经济兼优的机会。

负序电流会造成局部金属件温升增高，甚至会导致变压器烧毁；使电动机的温度上升，效率下降，能耗增加，发生振动，输出亏耗等影响；还会导致用电设备使用寿命缩短，加速设备部件更换频率，增加设备维护的成本。

GTR飞轮储能基于其短时高频次的特性与铁路牵引供电系统特点非常匹配，具备对电气化铁路牵引负荷削峰填谷的能力，既可以直接产生经济效益，又可以解决以负序为主的电能质量问题，在实际应用中发挥着不可替代的、巨大作用，并在发挥着越来越大的作用。

具备条件

牵头单位盾石磁能科技已经联合西南交通大学就飞轮储能系统在电气化铁路应用方向在西南交通大学牵引供电实验室完成了实验验证，实验证明了GTR飞轮响应速度快，功率跃变响应在毫秒级别，可以正确响应削峰填谷及吸收再利用制动能量指令； GTR飞轮具有短时高频次的特性，具备1小时内完成30次全功率充放电的功能，适用于电气化铁路牵引负荷波动剧烈工况。

盾石磁能科技已经和业主方达成项目协议签订，将对项目效果进行研究验证。

盾石磁能科技已与设计单位达成合作，配合提供项目实施期间的技术支持。

二、应用案例

1.项目概述

1）项目目标：通过研究与示范应用，评估飞轮储能系统在电气化铁路应用的适用性和工程价值，实现牵引负荷实时最优削峰，以减少最大需量或主变压器容量进而降低基本电费，取得最佳经济效益，同时治理系统负序，改善技术性能；另外，充分利用列车再生制动电能，节省牵引变电所电度电费。

2）落地时间：2018年8月

3）商业模式：应用效果评估后用户方直接购买

4）工作原理：基于飞轮储能的铁路牵引供电综合节能装置是通过背靠背变流器系统将两个相位不同的供电臂通过中间直流环节并联起来，使两个供电臂可以进行功率融通，平衡两个供电臂上的负荷，以减小负序电流的产生。在背靠背变流器系统的中间直流环节加装有飞轮储能装置，飞轮储能装置作为储能系统既可以储能又可以释能，当供电臂上负荷较重时，控制飞轮储能系统对外放电，从而减小变压器的峰值功率，进而降低基本电费的收取；当供电臂上有车制动时，控制飞轮储能系统将制动能量储存起来并在需要时进行释放以减小电度电费的支出。

5）财务评估：预计投资回收期5年。

6）合作模式：盾石磁能科技公司牵头，其他单位共同参与完成。

2.主要效益

基于飞轮储能的铁路牵引供电综合节能装置在治理电能质量的同时可产生经济效益，解决了传统电能质量治理方式没有经济性的难题。

通过飞轮储能系统对电气化铁路牵引供电系统进行削峰填谷来降低基本电费收取，同时吸收再利用机车制动时产生的制动电能，效益非常可观，投资回收周期在5年左右。

飞轮储能综合节能装置产生的附加增益效果也非常突出，可提高牵引变压器利用率，有效增加供电能力，增加行车密度，提高运输能力；通过功率融通，实现平衡供电，解决了以负序为主的电能质量问题，提高所内自用电供电质量；在容量允许的范围内兼顾无功功率输出，提高牵引供电系统计量侧的功率因数，减小母线电流，降低谐波和功率损耗。

三、技术要点

1.短时高频次飞轮储能技术

本项目的核心储能装备为盾石磁能科技的高速飞轮储能装置，与传统的化学出能相比，具有使用寿命长、绿色环保无污染，以及安全等特性；同时，该储能装置为高速复合材料飞轮储能技术，其核心部件采用高强度碳纤维复合材料、玻璃纤维及磁粉，整个转子内部无金属结构，有效解决飞轮转子涡流发热技术问题，可满足频繁充放电的储能技术需求；高强度碳纤维材料使其具有高转速性能，功率密度高，响应速度快；同时，非金属转子具有高安全性能的特点。

2. 飞轮储能系统接入电气化铁路铁牵引供电系统的集成应用技术

制定飞轮储能系统接入电气化铁路牵引供电系统的整体技术方案，匹配飞轮装置与变流器，变压器，开关器件的设计参数，充分考虑系统级和各单元模块的保护方案，实现整个飞轮储能系统协调，友好接入电气化铁路牵引供电系统。

3. 多台飞轮并联运行工况下功率和能量均匀分配的控制策略研究

由于飞轮间参数一致性方面的差异，单台飞轮间存在功率分配不均，从而导致飞轮存储能量不均的现象，采取公司多年的飞轮应用经验开发的能量均衡控制策略，结合飞轮自身SOC和功率偏差平衡，实现飞轮间功率与能量均衡，达到最优应用效果。

4. 飞轮储能系统工程应用效果经济评估技术

项目将建立效果评估机制，对储能装置削峰填谷、再生制动能量利用等综合性能进行评价。

四、应用前景

1. 飞轮储能装置应用在铁路牵引供电系统可有效降低电费支出，具有长期稳定的收益。

2. 采用先进技术装备提升牵引变压器容量利用率，充分利用列车再生制动能量，可有效增加供电能力，增加行车密度，提高运输能力。

3. 可改善接触网供电电压的稳定性，提高牵引供电质量，保障机车及供电设备的安全可靠运行。

4. 在容量允许的范围内兼顾无功功率输出，可提高牵引供电系统计量侧的功率因数，减小母线电流，降低谐波和功率损耗。

5. 通过功率融通，实现平衡供电，可抑制负序，提高所内自用电供电质量。

6. 社会效益和经济效益良好，实现铁路提质增效，推动铁路绿色发展。

7. 对铁路牵引供电系统的技术进步具有重要推动作用。