現代儲能式有軌電車供電系統方案分析

趙霖

摘? 要：城市化的不斷推進和城市人口的劇烈增長造成了嚴重的環境污染、交通堵塞等問題。現代新型儲能式有軌電車作為城市綜合交通發展戰略框架中的重要組成部分，在解決環境污染、交通堵塞方面，扮演著重要的角色。對儲能式有軌電車供電系統方案分析，是有軌電車可靠運行的基本保障。

關鍵詞：儲能式有軌電車;供電系統;方案

中圖分類號：U482.1 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）16-0129-03

Abstract： The continuous advancement of urbanization and the rapid growth of urban population have caused serious environmental pollution， traffic jams and other problems. As an important part of the strategic framework of urban comprehensive traffic development， modern new energy storage trams play an important role in solving environmental pollution and traffic jams. The analysis of the power supply system scheme of the energy storage tram is the basic guarantee for the reliable operation of the tram.

Keywords： energy storage tram; power supply system; programme

引言

作為一種典型的城市軌道交通工具，有軌電車最早出現在19世紀80年代的德國。到19世紀末，中國的第一條有軌電車線路出現在北京。具有現代化且環保的現代有軌電車以其投資低、建設周期短、軌道可與汽車共享等特性，在限制汽車的使用以及在實現城市道路資源優化配置方面發揮重要作用。近年來，我國有軌電車發展迅速，北京、上海、深圳、廣州、武漢、南京、大連、成都、蘇州、淮安等多個城市有軌電車已經開通運營，其他多個城市的有軌電車工程也正在建設或規劃中。

根據中國城市軌道交通協會《城市軌道交通2018年度統計和分析報告》，截止2018年底，城市交通運營線路中，現代有軌電車328.7公里，占比5.7%;2018年新增運營線路728.7公里，新增有軌電車82.7公里，占比11.3%，相比2017年，增幅達40.9%;在6374公里在建線路中，現代有軌電車400.9公里，占比6.3%;在7611公里規劃的線路中，現代有軌電車691.6公里，占比9.1%。從以上數據可以看出，現代有軌電車在城市軌道交通的發展中已經受到了越來越多的認可與青睞。

1 儲能式有軌電車概述

儲能式有軌電車是指有軌電車在整個運行區間都由車載儲能對其供電。相比傳統全線架空接觸網或者其他形式的供電模式，現代儲能式有軌電車使用車載儲能供電，減少地面供電部分的建設成本;現代有軌電車取消架空接觸網等供電形式，使城市景觀更好，使其更好地融入城市道路;現代有軌電車運營維護更方便，車載儲能供電形式能夠減少日常維修量和人員配置。

目前，儲能式有軌電車儲能模式一般包括蓄電池儲能、超級電容儲能以及蓄電池與超級電容混合儲能的儲能模式。超級電容以其充電速度快、使用壽命長、放電電流大等優勢，使其在儲能式有軌電車領域，具有越來越廣泛的應用。

2 現代儲能式有軌電車配電系統方案

對充電裝置的供電系統的合理設計，是保證充電系統可靠運行的基礎，是研究新型有軌電車充電裝置的前提。根據有軌電車的特性，結合負荷等級的規范要求，儲能式有軌電車，特別是高架和地面段有軌電車，供電系統負荷宜選擇為二級負荷，外部電源可引自城市電網或鄰近的供電線路。

中壓AC10kV環網供電網絡可分為單環網以及雙環網兩種，單環網的變電所主接線應為單母線不分段或者分段系統，雙環網的變電所主接線應為單母線分段系統。

中壓環網供電網絡的合理設計，保證系統運行要求的各種技術指標，使供電系統能夠安全、可靠地運行的同時，還應從節約工程投資和運營管理費用等實際角度出發考慮。采用單環網的形式相比較雙環網方式有以下幾點優勢：

（1）單環網接線方案可以有效降低環網電纜與設備投資，同時減少電纜敷設工程量，符合現代有軌電車控制投資的建設要求，并且便于工程建設實施。

（2）單環網雖然在網絡系統整體可靠性方面略低于雙環網，但考慮到目前設備制造工藝水平較成熟，電纜與設備故障發生概率較低，且系統配置方案能夠迅速切除故障電纜或設備。單環網配電系統的可靠性能夠滿足有軌電車可靠性運行的需要。

單環網接線方案如圖1所示。

3 充電系統主接線方案

3.1 集中整流系統方案

在線路區間的適當位置設置集中整流站，將若干車站充電站內的變流設備集中設置，供鄰近充電站共享。集中整流站內設置AC/DC轉換裝置，將10kV交流電源整定為直流1500V。在車站充電站內僅設置DC/DC調壓裝置，為有軌電車充電。集中整流系統的主接線方案如圖2所示。

整流站主接線采用單母分段形式，兩套變流機組獨立運行。變流機組整定后的直流電源通過直流電纜分別引至設置了充電站的車站，通過DC/DC充電裝置轉換，供列車充電使用。在集中整流站設置一座降壓變電所，通過低壓電纜將降壓變電所的低壓電源分別引至各個車站的低壓開關柜，給車站提供動力照明電源。

3.2 分散式整流系統方案

根據系統仿真計算，在需要給列車充電的車站設置充電站，分散式整流方案的充電站主接線方案如圖3所示。

充電站采用單母線分段形式，充電站內設置兩套充電裝置，分別為有軌電車上下行充電，兩套充電裝置之間設置一處電動聯絡開關。由于一套充電裝置不能實現給上下行列車同時充電，當一套充電裝置故障退出運行時，結合有軌電車上下行列車進站情況，按需合上斷開聯絡開關，充電裝置可分別為上下行列車充電，實現支援供電。

3.3 充電站主接線方案選擇

分散整流方案，在需要給有軌電車充電的車站設置成套充電裝置，充電站設置的數量較多，供電房間相對較小，對于緩解大型供電房間的選址壓力有一定的好處。同時，由于在各個車站設置充電裝置，區間僅需要敷設10kV交流電纜，減少了區間電纜敷設的工程量，供電系統方案較簡潔，提高了系統的可靠性。

集中整流方案，需在有軌電車線路沿線附近設置較大型集中整流站，在設置有充電站的車站設置直流開關柜、DC/DC調壓裝置、上網隔離開關柜等設備，在車站范圍內占地較小。區間通過敷設直流電纜將集中整流站的直流電源輸送至車站的直流開關柜，此外，各車站范圍內的220/380V低壓用電需由集中整流站降壓變電所供電。區間直流電纜敷設工程量增多，投資增加，同時直流開關柜數量較多，設備維護成本較大。

理論上，以上兩種接線方式都能滿足適用現代有軌電車的供電，但是在實際選擇主接線方案時，應根據充電裝置的設置、線路條件等實際情況，綜合技術經濟、工程可實施性等多方面多因素對比考慮。

4 結束語

國內的城市化進程不斷加深，近幾年城市化給城市交通帶來了巨大的壓力，發展城市公共交通勢在必行，而大運量的地鐵建設周期長，投資大，現代有軌電車非常適用于客運量中等規模的城市或地區。雖然有軌電車的客運量是地鐵的1/3～1/2，但其建設時間僅為地鐵1/3左右，投資僅為1/5左右，對于急需解決城市交通壓力的城市或區域，具有無可比擬的優勢。另外現代有軌電車無架空接觸網，零排放，低噪音，非常符合未來清潔型城市建設的需要，隨著超級電容技術和基于電力電子大功率器件的充電裝置的不斷發展，相信在未來，有軌電車的發展前景定會越來越可觀。

參考文獻：

[1]城市軌道交通2018年度統計和分析報告[R].中國城市軌道交通協會信息，2019（2）.

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[3]蔡波，李鯤鵬.現代有軌電車無接觸網牽引供電方式研究[J].城市軌道交通研究，2015，18（01）：72-77.