储能式磁浮车辆辅助供电系统设计
储能电站,功率变换,技术规范
竭诚为您提供优质文档/双击可除储能电站,功率变换,技术规范篇一：储能电站总体技术方案储能电站总体技术方案20xx-12-20目录1.概述................................................. .. (3)2.设计标准................................................. . (4)3.储能电站（配合光伏并网发电）方案 (6)3.1系统架构................................................. (6)3.2光伏发电子系统................................................. (7)3.3储能子系统... ................................................... (7)3.3.1储能电池组................................................. .. (8)3.3.2电池管理系统(bms).............................................. . (9)3.4并网控制子系统................................................. . (12)3.5储能电站联合控制调度子系统................................................. .144.储能电站（系统）整体发展前景 (1)61.概述大容量电池储能系统在电力系统中的应用已有20多年的历史，早期主要用于孤立电网的调频、热备用、调压和备份等。
电池储能系统在新能源并网中的应用，国外也已开展了一定的研究。
上世纪90年代末德国在herne1mw的光伏电站和bocholt2mw的风电场分别配臵了容量为1.2mwh的电池储能系统，提供削峰、不中断供电和改善电能质量功能。
飞轮储能(整理)
飞轮储能一.飞轮储能原理飞轮储能是通过电动/发电互逆式双向电机，电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换与储存，并通过调频、整流、恒压与不同类型的负载接口。
典型的飞轮储能系统由飞轮本体、轴承、电动/发电机、电力转换器和真空室5个主要组件构成。
在实际应用中，飞轮储能系统的结构有很多种。
图1是一种飞轮与电机合为一个整体的飞轮储能系统。
充电时，电动/发电机通过转换器接外电源作电动机运行,把飞轮转子快速加速到非常高的转速,于是电能转化为动能储存起来。
放电时,电动/发电机作发电机运行,通过电子转换器向负载输出电能,转子转速下降,动能转化为电能。
二.飞轮储能的关键技术飞轮电池的原理简单，主要结构和运行方法已经基本明确，但要实现起来却并不容易,要突破的关键技术有：(1)飞轮转子的设计：转子动力学，强度和密度的优化；(2)磁轴承和真空设计：低功耗，动力设计，高转速，长寿命；(3)功率电子电路：高效率，高可靠性，低功耗电动\发电机；(4)安全及保护特性：不可预期动量传递，防止转子爆炸可能性，安全轻型保护壳设计；(5)机械备份轴承：磁轴承失效时支撑转子。
飞轮储能方法一直未能得到广泛的应用，其原因主要有三个：1.飞轮本身的能耗主要来自轴承摩擦和空气阻力。
人们曾通过改变轴承结构，如变滑动轴承为滚动轴承、液体动压轴承、气体动压轴承等来减小轴承摩擦力，通过抽真空的办法来减小空气阻力，轴承摩擦系数已小到0.001。
即使如此飞轮所储的能量在一天之内仍有25％被损失，仍不能满足高效储能的要求。
2. 常规的飞轮是由钢（或铸铁）制成的，储能有限。
例如，欲使一个发电力为100万千瓦的电厂均衡发电，储能轮需用钢材150万吨！3. 要完成电能机械能的转换，还需要一套复杂的电力电子装置。
三.飞轮储能技术的进展近年来，飞轮储能技术取得突破性进展是基于下述三项技术的飞速发展：一是高能永磁及高温超导技术的出现；二是高强纤维复合材料的问世；三是电力电子技术的飞速发展。
磁悬浮技术原理
磁悬浮技术原理磁悬浮技术原理空间电磁悬浮技术简介随着航天事业的发展，模拟微重力环境下的空间悬浮技术已成为进行相关高科技研究的重要手段。
目前的悬浮技术主要包括电磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、静电悬浮、粒子束悬浮等，其中电磁悬浮技术比较成熟。
电磁悬浮技术（electromagnetic levitation )简称EML技术。
它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。
目录起源概述空间电磁悬浮技术发展历史国际中国中国磁悬浮技术原理应用前景磁悬浮列车磁悬浮列车的优点磁悬浮列车的缺点起源概述空间电磁悬浮技术发展历史国际中国中国磁悬浮技术原理应用前景磁悬浮列车磁悬浮列车的优点磁悬浮列车的缺点展开编辑本段起源磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。
1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。
编辑本段概述利用磁力使物体处于无接触悬浮状态的设想是人类一个古老的梦。
但实现起来并不容易。
因为磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化技术(高新技术)。
随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进展，磁悬浮技术得到了长足的发展。
磁悬浮列车原理示意图.目前（2009年）国内外研究的热点是磁悬浮轴承和磁悬浮列车，而应用最广泛的是磁悬浮轴承。
它的无接触、无摩擦、使用寿命长、不用润滑以及高精度等特殊的优点引起世界各国科学界的特别关注，国内外学者和企业界人士都对其倾注了极大的兴趣和研究热情。
编辑本段空间电磁悬浮技术随着航天事业的发展，模拟微重力环境下的空间悬浮技术已成为进行相关高科技研究的重要手段。
飞轮储能
蒋书运研究领域：1、高速加工机床（高速精密电主轴；机床结构动、热态特性分析等）2、电能存储新技术（飞轮储能系统）项目1、飞轮储能系统机电耦合与解耦设计的理论与方法；国家自然科学基金；2002-2004；应用基础研究。
2、新型高效飞轮储能关键技术研究；国家863计划项目；2007-2009年；高技术研究。
3、带电涡流阻尼器与大承载永磁悬浮轴承的储能飞轮转子动力学研究；国家自然科学基金；2012-2015；应用基础研究。
4、中国博士后科学研究基金：飞轮储能系统机电耦合非线性振动与飞轮本体结构优化设计文章1、鞠立华, 蒋书运. 飞轮储能系统机电耦合非线性动力学分析[J]. 中国科学:技术科学, 2006, 36(1):68-83.2、Jiang S, Lihua J U. Study on electromechanical coupling nonlinear vibration of flywheel energy storage system[J]. 中国科学:技术科学, 2006, 49(1):61-77.飞轮储能系统机电耦合非线性振动研究3、Wang H, Jiang S, Shen Z. The Dynamic Analysis of an Energy Storage Flywheel System With Hybrid Bearing Support[J]. Journal of Vibration & Acoustics, 2009, 131(5):051006.具有混合轴承支撑的储能飞轮系统的动态分析4、Jiang S, Wang H, Wen S. Flywheel energy storage system with a permanent magnet bearing and a pair of hybrid ceramic ball bearings[J]. Journal of Mechanical Science and Technology, 2014, 28(12):5043-5053.具有永磁轴承和一对混合陶瓷球轴承的飞轮储能系统一、什么是飞轮储能飞轮储能是指利用电动机带动飞轮高速旋转，在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式。
VYCON飞轮储能系统简介170806
Vycon VDC XXT
最大额定功率: 500kW 最大能源存储率: 6,000kW 秒 @ 400kW 功率密度: 80kW / ft2 输出效率: 99.6% @ 最大功率
2006年推出
2015年二季度推出
2017年三季度推出
Vycon飞轮技术提供了行业领先的高可靠性、高效、低成本的能量存储系统
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CONFIDENTIAL
Vycon飞轮储能产品 – Vycon VDC
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飞轮模块—系统核心构建，可实现20年免维护 图像用户界面—提供系统状态监测、系统功能设定等 功能 核心控制单元—监控能量输出请求并控制包括飞轮充电、 放电在内的子系统 磁力轴承控制单元—通过五轴磁悬浮系统控制飞轮的位 置 双向能量转换器—直流系统与由飞轮产生的交流变频电 压之间的转化接口 真空泵—排空飞轮内的空气，以减少风阻损失，从而提 高电气效率
2016年7月11日第50届范堡罗国际航展展出的福特级航母的电磁弹射系统模型
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CONFIDENTIAL
轨道交通行业应用概况
Cost of Energy 地铁运营能源成本
地铁运营 成本 100%
电力成本 15-20%
牵引电 力成本 65-75%
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CONFIDENTIAL
地铁列车的制动能量目前多采用制动电阻消耗制动或将减速过程中的能量转化 为热能而浪费，，而且会产生大量废热，使地铁隧道和车站内的温度升高。
飞轮系统应用场景-舰载设备
舰载相控阵雷达、垂直发射、电磁弹射等装备短时用电量大，可利用飞轮系统作为能 量存储介质，保障装备使用时舰船整体的能源供应稳定。 美国福特级航母电磁弹射的供电系统由电动机、飞轮储能装置和大功率发电机组成。 其卧式飞轮储能装置储存的能量可以达到140兆焦以上，充电功率可达4兆瓦。
飞轮储能系统的工作原理和基本结构及其应用
飞轮储能系统的工作原理和基本结构及其应用1引言飞轮储能思想早在一百年前就有人提出，但是由于当时技术条件的制约，在很长时间内都没有突破。
直到20世纪60~70年代，才由美国宇航局(NASA)Glenn研究中心开始把飞轮作为蓄能电池应用在卫星上。
到了90年代后，由于在以下3个方面取得了突破，给飞轮储能技术带来了更大的发展空间。
(1) 高强度碳素纤维复合材料(抗拉强度高达8．27GPa)的出现，大大增加了单位质量中的动能储量。
(2) 磁悬浮技术和高温超导技术的研究进展迅速，利用磁悬浮和真空技术，使飞轮转子的摩擦损耗和风损耗都降到了最低限度。
(3) 电力电子技术的新进展，如电动／发电机及电力转换技术的突破，为飞轮储存的动能与电能之间的交换提供了先进的手段。
储能飞轮是种高科技机电一体化产品，它在航空航天(卫星储能电池，综合动力和姿态控制)、军事(大功率电磁炮)、电力(电力调峰)、通信(UPS)、汽车工业(电动汽车)等领域有广阔的应用前景。
2飞轮储能系统的工作原理和基本结构2.1飞轮储能的工作原理飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置，突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。
通过电动／发电互逆式双向电机，电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换与储存，并通过调频、整流、恒压与不同类型的负载接口。
在储能时，电能通过电力转换器变换后驱动电机运行，电机带动飞轮加速转动，飞轮以动能的形式把能量储存起来，完成电能到机械能转换的储存能量过程，能量储存在高速旋转的飞轮体中；之后，电机维持一个恒定的转速，直到接收到一个能量释放的控制信号；释能时，高速旋转的飞轮拖动电机发电，经电力转换器输出适用于负载的电流与电压，完成机械能到电能转换的释放能量过程。
整个飞轮储能系统实现了电能的输入、储存和输出过程。
2．2飞轮储能系统的基本结构典型的飞轮储能系统由飞轮本体、轴承、电动/发电机、电力转换器和真空室5个主要组件构成。
在实际应用中，飞轮储能系统的结构有很多种。
大功率飞轮储能技术在火电机组储能辅助调频项目应用介绍
大功率磁悬浮飞轮储能技术火电机组储能辅助调频项目应用介绍目录CONTENT03飞轮储能解决方案重点介绍泓慧公司飞轮储能参与AGC 调频的技术方案01火电机组AGC 调频介绍电力负荷分类、危害、调频目的及方式02火电机组AGC 调频问题介绍火电机组自身情况及采用电池辅助调频的问题04预期效果及收益介绍飞轮储能参与调频后的效果及收益情况分析1 电力负荷的分类第一类： P1，幅度很小，周期很短，一般小于10s，具有随机性，为微小变动分量；第二类： P2，变化幅度较大，周期大约在10s至2~3min之间，属于冲击性的负荷变动；第三类： P3，长周期分量，周期大约在2~3min至10~20min之间，由生产、生活和气象等引起的负荷变化，规律性，可预测。
2 频率不稳定的危害对用户侧的影响电气设备对发电厂的影响对系统的影响产品质量降低生产效率降低汽轮机叶片谐振（低频）辅机功能下降（通风量等）发电机解列互联电力系统解列3 火电机组调频目的——电网频率控制根据电网频率偏离50Hz的方向和数值，实时在线地通过发电机组的调速系统（一次调频）自动发电控制系统（二次调频），调节发电侧的供电功率以适应负荷侧用电功率的变化，达到电网发/用电功率的平衡，从而使电网频率稳定在50Hz 附近的一个允许范围内，如南方电网要求误差为±0.1Hz。
4 火电机组调频方式4 火电机组调频方式（2）二次调频（AGC）：自动发电控制，由网调在远方输入负荷指令，本地的机组根据负荷指令，自动计算锅炉主控和汽机主控以及向协调控制发出负荷变化的指令。
5 火电机组调频方式第一类负荷，由一次调频实现第二类负荷，由二次调频实现第三类负荷，由三次调频实现区别u 一次调频：汽轮机转速控制或调节器；u 二次调频：改变调速系统给定值来改变输出功率；u 三次调频：负荷曲线预测值，对发电厂进行经济性分配。
1 火电机组调频存在的问题2 火电机组调频四个关键参数2 火电机组调频四个关键参数2 火电机组调频四个关键参数（1） 调节速率2 火电机组调频四个关键参数2 火电机组调频四个关键参数（2） 响应时间2 火电机组调频四个关键参数2 火电机组调频四个关键参数（3） 调节精度2 火电机组调频四个关键参数2 火电机组调频四个关键参数2 火电机组调频三个关键点Kp值相关的三个关键时间段：u机组延迟时间：T1~T2u机组响应速率：T2~T3u机组调节精度：T3~T4Kp值相关的两个关键节点：u响应死区u调节死区火电机组跟踪一个AGC指令正常工作状态3 火电机组调频问题现象现象：响应延迟响应速率慢反向、单向调节调节偏差（超调，欠调）结果：Kp值性能指标低AGC补偿效果差、收益低机组磨损和故障率增加机组寿命和性能降低火电机组跟踪一个AGC指令非正常工作状态4 火电机组调频问题原因分析影响响应时间的因素影响调节速率的因素影响调节精度的因素煤量和一次风量加载延迟：1、锅炉响应的迟延主要发生在制粉过程延迟影响调节时间的因素：1、提高机组的变负荷速率设定值2、数据通讯与转换3、DCS的数据扫描与处理周期4、控制指令的运算5、汽轮机和锅炉对负荷的响应负荷调节的不灵敏区：1、为了降低AGC指令频繁变化对机组稳定性的影响，协调控制系统都设计有AGC指令和机组负荷目标值的不灵敏区。
基于模拟电路的磁悬浮控制系统
基于模拟电路的磁悬浮控制系统摘要：本文首先简要地介绍磁浮轴承的发展历程和国内外研究、应用状况，接着利用电磁学、电子学和控制理论对磁悬浮的原理进行了分析，建立了系统的数学模型。
对电路参数进行分析，设计了基于模拟电路的磁悬浮控制系统。
该系统采用电磁永磁混合支持，提高了系统稳定性并降低了系统功耗。
关键词：混合磁悬浮，霍尔传感器0 引言人类希望利用磁场力对物体进行无接触支撑的想法由来已久。
20世纪初，科学家首次在实验室利用电流的磁效应实现了物体在空中自由悬浮。
然而由于磁悬浮技术是一门涉及多种学科的综合性技术，其发展受到了多方面的制约。
随着近几十年电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论、新型电磁材料及转子动力学的发展，磁悬浮技术才得到了长足的发展。
特别是进入上世纪80年代，超导技术首先应用于磁悬浮。
超导技术与磁悬浮技术的结合，新材料，新工艺，新器件的出现以及现代控制技术的发展，使电磁悬浮技术趋于成熟，磁悬浮技术有精度高、非接触和消耗能量少等优点。
在能源紧张的今天,研究磁悬浮系统具有重要的实际意义。
磁悬浮技术不仅可以应用于磁悬浮列车,而且在磁悬浮轴承、磁悬浮飞轮储能、航天器与电磁炮的磁悬浮发射、磁悬浮精密平台、磁悬浮冶炼等方面也有广泛应用。
磁悬浮技术有着广阔的商业前景，适合商业应用。
例如，磁悬浮可以用于广告牌悬浮、地球仪悬浮，科技展览、沙盘展示（空中楼阁）、悬空高档礼品等。
因此，磁悬浮是一种能带动众多高新技术发展的具有广泛前景的应用技术。
基于模拟电路的磁悬浮控制系统可以用来研究电磁式磁悬浮固有的开环不稳定性和非线性性。
1 磁悬浮系统的组成及原理分析磁悬浮旋转装置主要由永磁体、铁芯、线圈、磁场传感器、功率放大器和控制器等组成。
其结构如图a所示–图a 磁悬浮旋转装置此磁悬浮装置是一个可旋转的稳定存在于空间中的悬浮装置，它由一个大型永磁体圆盘提供主要磁场，托起悬浮物。
众所周知，单纯的依靠永磁体的斥力不可能使磁悬浮物稳定存在于空间中。
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储能式磁浮车辆辅助供电系统设计
摘要：针对储能式磁浮车辆的特殊供电需求，设计了一种以直流供电为主的辅助供电系统，减少了电压变换设备，简化电气系统组成，提高了系统稳定性，达到车辆轻量化和降低成本的需求。
本文主要介绍辅助供电系统的组成和原理设计，对充电机、超级电容的技术参数进行了设计，并总结归纳直流供电系统的特点和优势。
关键词：储能；磁悬浮车辆；列车供电；辅助供电；
1 引言
2020年由磁浮研究所设计开发的小型储能式磁悬浮列车，具备重量轻、运量适中、转弯半径小、爬坡能力强、安全平稳、低噪音、线路建设成本低、节能、运营成本低等突出特点，非常适合短距离和旅游观光线路使用。
国内中低速磁浮车一般采用第三轨受流方式，通过车辆上的受电靴为整车提供电能，但是小型磁浮列车为降低线路建设成本，取消了第三轨受流方式，采用以超级电容为动力来源的储能式供电方式，输出电压控制在DC750V。
为了达到车辆轻量化以及降低成本的设计要求，结合储能式直流电压的特点，特此开发了全新的辅助供电系统。
2 中低速磁浮车辅助供电系统组成
磁浮列车的供电系统主要包括三项交流供电系统及直流供电系统两部分。
辅助供电系统采用母线供电方式，三项交流供电母线为列车中的牵引逆变器冷却风机、悬浮电源、压缩机、空调机组等提供AC380V电源。
直流110V供电母线为列车中的硬线控制电路、列车中央控制单元、牵引控制单元、制动控制单元、照明系统、PIS主机和显示屏、烟火主机、空压机控制电路等提供电源。
直流330V供电母线为列车悬浮控制器供电。
车辆上所有系统设备的运行均离不开辅助供电系统，辅助供电系统直接关系到整个列车的运行状态，是列车稳定运行的关键。
3 储能式磁浮辅助供电系统组成
基于清远磁浮和中低速试验车的辅助供电系统设计经验以及小型磁浮的受流
方式和电压特性，小型磁浮车辆辅助供电采用直流供电方式，车辆配备DC750V
高压、DC110V低压两个电压等级，取消了AC380V和DC330V电压制式。
减少辅助
逆变器、DC330V电源、330V蓄电池、高压分线箱等设备。
整个辅助供电系统由110V充电机（内部集成蓄电池）、高压电器箱、高压母线（DC750V）、低压母线（DC110V），其他辅助设备（继电器、接触器、断路器）等组成（原理图见附图1）
3.1原理设计：
1.
高压传输路径：超级电容采用并网供电方式输出电压DC750V，经过高压母线
传递给两个Mc车的高压电器箱，高压电器箱把750V并行分给110V充电机、牵
引逆变器、悬浮系统、空调机组、空压机等系统。
悬浮控制器、空调、空压机等
设备输入电压均统一设计为DC750V。
2.
低压传输路径：DC750V经过110V充电机输出DC110V到低压母线，采用分散
布置、并网供电型式，给车上照明、控制设备等供电，110V蓄电池集成于充电机中，在车辆母线未通电的情况下，为列车激活和电容激活提供电能。
（3）交流传输路径：牵引逆变器输入DC750V变换成频率、电压均可调的三
相交流电向直线电机供电，是整车唯一用到的交流电。
3.2设备布置：
每个Mc车配有110V充电机、牵引逆变器、空调机组、空压机、悬浮系统，
T车为无动力拖车，配有三台超级电容和空调以及悬浮系统。
电容容量84KWh，
牵引工况由车辆储能单元供电，带动直线电机进行列车牵引，电制动工况，再生
制动能量可回馈给储能单元，为其充电，经过计算超级电容能量回收百分比约为67％。
每个充电机功率14KW，整车共计28KW（负载统计见附图2）整车DC750V、DC110V供电能力满足故障工况下供电的保障和裕量。
3.3主要设备参数
（1）充电机 列车直流供电系统的核心环节，其作用是将DC750V 转变为DC110V 为直流母线提供电能。
（2）110V 蓄电池 总电量为0.4kWh ，采用2Ah 钛酸锂电池单体45串两并构成。
3.4优势分析
此种直流供电拓扑结构（见附图3）减少了电压变换设备，合理简化电气系统组成，提高了系统稳定性，达到车辆轻量化及降低成本的需求。
具体如下：
（1）减少了电压变换设备，合理简化电气系统组成。
减少了辅助逆变器、DC330V电源、330V蓄电池、110V蓄电池、高压分线箱、电抗器箱等设备，使得整个辅助供电系统更加简洁，化繁为简。
（2）减轻了整车重量，经统计辅助供电系统整车减轻了大约3t。
车辆重量的减轻，对每延米静载荷的指标、线路建设的成本、运营的成本、电能的消耗、车辆牵引制动的性能等多方面均有很大的改善。
（3）提高了系统稳定性，实现了设备工作的连续性。
直流电相对交流电，不存在周期性的变化，更加的稳定。
省去了逆变和滤波的多余步骤，系统更加直接，排除了其它因素的干扰，减少了故障的发生，增强系统可靠性。
（4）辅助供电系统冗余性高，减少电压变换设备后，适当增加了超级电容和充电机的容量，在一台设备故障的情况下，能够满足整列车负载需求，系统冗余性强。
4 结束语
辅助供电系统为车辆所有系统正常工作提供了基础，系统的发展方向是高功率密度、输出电源质量高、可靠性高和低成本。
本文首先分析了中低速磁浮车辆常用的辅助供电形式，对其技术特点进行了归纳作结，然后对储能式磁浮车的特点进行了分析，并提出一种新型的直流供电方式，在工作原理、关键设备技术参数等方面进行了研发设计，分析了系统特色和优势。
相信随着储能式磁浮车的进一步推广和发展，直流辅助供电系统将迎来更多的机会和挑战，必将发挥其独有的优势和特色，更好的为轨道交通事业增加光彩。
附图1 系统原理图附图2负载统计
附图3直流拓扑图
参考文献
[1]龚文斌，张卫东Alstom地铁列车中压辅助供电形式的性能比较及优化[J].仪表技术，2100.
[2]李国平.国内外高速列车辅助供电系统[J].机车电传动，2003(5).。