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基于飛輪儲能的鐵路牽引供電綜合節能裝置應用案例電氣化鐵路屬於具有鮮明特點的大宗工業用戶，如牽引負荷波動劇烈、負序電流較大、再生制動能量回饋電網等等。牽引負荷功率峰值是個關鍵：它不僅在技術上引起以負序為主的電能質量問題，還在經濟上直接關乎用戶效益，因為負荷峰值與兩部制電價中主變壓器容量計費和最大需量計費密切相關，鐵路用戶將付出額外代價。因此削峰既可以治理負序、降低不良影響，又可以在執行兩部制電價中取得效益，即或者降低最大需量取得效益，或者降低主變壓器容量進而降低固定容量收費來取得效益。因此降低負荷峰值具有技術經濟兼優的機會。

負序電流會造成局部金屬件溫升增高，甚至會導致變壓器燒毀；使電動機的溫度上升，效率下降，能耗增加，發生振動，輸出虧耗等影響；還會導致用電設備使用壽命縮短，加速設備部件更換頻率，增加設備維護的成本。

GTR飛輪儲能基於其短時高頻次的特性與鐵路牽引供電系統特點非常匹配，具備對電氣化鐵路牽引負荷削峰填谷的能力，既可以直接產生經濟效益，又可以解決以負序為主的電能質量問題，在實際應用中發揮着不可替代的、巨大作用，並在發揮着越來越大的作用。

具備條件

牽頭單位盾石磁能科技已經聯合西南交通大學就飛輪儲能系統在電氣化鐵路應用方向在西南交通大學牽引供電實驗室完成了實驗驗證，實驗證明了GTR飛輪響應速度快，功率躍變響應在毫秒級別，可以正確響應削峰填谷及吸收再利用制動能量指令； GTR飛輪具有短時高頻次的特性，具備1小時內完成30次全功率充放電的功能，適用於電氣化鐵路牽引負荷波動劇烈工況。

盾石磁能科技已經和業主方達成項目協議簽訂，將對項目效果進行研究驗證。

盾石磁能科技已與設計單位達成合作，配合提供項目實施期間的技術支持。

二、應用案例

1.項目概述

1）項目目標：通過研究與示範應用，評估飛輪儲能系統在電氣化鐵路應用的適用性和工程價值，實現牽引負荷實時最優削峰，以減少最大需量或主變壓器容量進而降低基本電費，取得最佳經濟效益，同時治理系統負序，改善技術性能；另外，充分利用列車再生制動電能，節省牽引變電所電度電費。

2）落地時間：2018年8月

3）商業模式：應用效果評估後用戶方直接購買

4）工作原理：基于飛輪儲能的鐵路牽引供電綜合節能裝置是通過背靠背變流器系統將兩個相位不同的供電臂通過中間直流環節並聯起來，使兩個供電臂可以進行功率融通，平衡兩個供電臂上的負荷，以減小負序電流的產生。在背靠背變流器系統的中間直流環節加裝有飛輪儲能裝置，飛輪儲能裝置作為儲能系統既可以儲能又可以釋能，當供電臂上負荷較重時，控制飛輪儲能系統對外放電，從而減小變壓器的峰值功率，進而降低基本電費的收取；當供電臂上有車制動時，控制飛輪儲能系統將制動能量儲存起來並在需要時進行釋放以減小電度電費的支出。

5）財務評估：預計投資回收期5年。

6）合作模式：盾石磁能科技公司牽頭，其他單位共同參與完成。

2.主要效益

基于飛輪儲能的鐵路牽引供電綜合節能裝置在治理電能質量的同時可產生經濟效益，解決了傳統電能質量治理方式沒有經濟性的難題。

通過飛輪儲能系統對電氣化鐵路牽引供電系統進行削峰填谷來降低基本電費收取，同時吸收再利用機車制動時產生的制動電能，效益非常可觀，投資回收周期在5年左右。

飛輪儲能綜合節能裝置產生的附加增益效果也非常突出，可提高牽引變壓器利用率，有效增加供電能力，增加行車密度，提高運輸能力；通過功率融通，實現平衡供電，解決了以負序為主的電能質量問題，提高所內自用電供電質量；在容量允許的範圍內兼顧無功功率輸出，提高牽引供電系統計量側的功率因數，減小母線電流，降低諧波和功率損耗。

三、技術要點

1.短時高頻次飛輪儲能技術

本項目的核心儲能裝備為盾石磁能科技的高速飛輪儲能裝置，與傳統的化學出能相比，具有使用壽命長、綠色環保無污染，以及安全等特性；同時，該儲能裝置為高速複合材料飛輪儲能技術，其核心部件採用高強度碳纖維複合材料、玻璃纖維及磁粉，整個轉子內部無金屬結構，有效解決飛輪轉子渦流發熱技術問題，可滿足頻繁充放電的儲能技術需求；高強度碳纖維材料使其具有高轉速性能，功率密度高，響應速度快；同時，非金屬轉子具有高安全性能的特點。

2. 飛輪儲能系統接入電氣化鐵路鐵牽引供電系統的集成應用技術

制定飛輪儲能系統接入電氣化鐵路牽引供電系統的整體技術方案，匹配飛輪裝置與變流器，變壓器，開關器件的設計參數，充分考慮系統級和各單元模塊的保護方案，實現整個飛輪儲能系統協調，友好接入電氣化鐵路牽引供電系統。

3. 多台飛輪並聯運行工況下功率和能量均勻分配的控制策略研究

由于飛輪間參數一致性方面的差異，單台飛輪間存在功率分配不均，從而導致飛輪存儲能量不均的現象，採取公司多年的飛輪應用經驗開發的能量均衡控制策略，結合飛輪自身SOC和功率偏差平衡，實現飛輪間功率與能量均衡，達到最優應用效果。

4. 飛輪儲能系統工程應用效果經濟評估技術

項目將建立效果評估機制，對儲能裝置削峰填谷、再生制動能量利用等綜合性能進行評價。

四、應用前景

1. 飛輪儲能裝置應用在鐵路牽引供電系統可有效降低電費支出，具有長期穩定的收益。

2. 採用先進技術裝備提升牽引變壓器容量利用率，充分利用列車再生制動能量，可有效增加供電能力，增加行車密度，提高運輸能力。

3. 可改善接觸網供電電壓的穩定性，提高牽引供電質量，保障機車及供電設備的安全可靠運行。

4. 在容量允許的範圍內兼顧無功功率輸出，可提高牽引供電系統計量側的功率因數，減小母線電流，降低諧波和功率損耗。

5. 通過功率融通，實現平衡供電，可抑制負序，提高所內自用電供電質量。

6. 社會效益和經濟效益良好，實現鐵路提質增效，推動鐵路綠色發展。

7. 對鐵路牽引供電系統的技術進步具有重要推動作用。