同济大学学者提出地面超级电容阵列评价指标，功率容量约束配置法更胜一筹

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地面储能技术已成为提升城轨交通节能和供电质量的有效措施，而技术经济性评价是储能技术工程应用须解决的重要问题。同济大学电子与信息工程学院的研究人员沈小军、曹戈，在2020年第23期《电工技术学报》上撰文，在回顾城轨交通制动能量回收超级电容阵列功率—容量约束配置法与容量约束配置法的基础上，提出了地面超级电容储能系统的综合技术经济性评价指标并建立了净收益数学模型，并通过案例对比分析了上述两种典型配置方法的技术经济性。

伴随城轨交通的蓬勃发展，其重要性也日益突出，而其运营则面临着紧迫的节能减排问题，需进一步提升“绿色”品质。储能技术能“削峰填谷”，既能提高再生制动能量利用率，又能补偿接触网电压，提高列车供电品质，降低牵引供电系统损耗，尤其是地面储能技术具有节能效果好、方便系统维护、不占车体空间等诸多优势。

超级电容具有功率密度大、循环寿命长和充放电速度快等一系列优点，在制动能量回收用储能器件选型中备受青睐。众所周知，储能系统的技术经济性是至关重要的，是工程推广应用需考虑的关键因素，开展储能技术经济层面评估相关工作以指导技术方案的选择制定具有理论意义和工程价值。储能系统的技术经济性与诸多因素相关，涉及储能媒介、功能定位、配置方法、控制策略等。

城轨交通制动能量回收储能技术的经济性评价工作受到众多学者的关注。但是，分析现有研究成果发现，城轨交通制动能量回收超级电容储能阵列大多从技术层面上对比分析了不同的储能媒介、优化控制策略、改进某种方法的配置流程等，超级电容阵列配置方法仅从基于制动能量回收率方面开展了对比分析，对经济维度层面的评估较少，未建立综合技术经济性评价指标。开展超级电容阵列配置方法的技术经济性评价与对比分析工作，建立一套兼顾效益和成本的综合评价体系，对指导超级储能阵列的配置具有较高的工程实用价值。

基于此，同济大学电子与信息工程学院的研究人员首先回顾了城轨交通制动能量回收超级电容储能阵列典型配置方法，然后从技术性能和经济层面提出了超级电容阵列评价指标，建立了地面超级电容储能成本回收与净收益模型，最后通过案例对比分析了典型配置方法的技术经济性，得出的结论如下：

图1  超级电容阵列配置流程

图2  城轨交通系统车网联合仿真模型

图3  地面储能系统基本控制策略流程 

1）提出了超级电容阵列的投资、制动能量回收率、能耗减少比、储能系统的体积、回收成本年限等储能经济性评价指标，建立了超级电容阵列净收益模型，可为评估超级电容储能技术的经济性提供参考。

2）案例仿真结果表明，基于功率—容量约束配置法配置的超级电容阵列在性能上的节能效果优于容量约束配置方法，可更有效缩短列车制动电阻开启持续时间，提高再生制动利用率，节能效果更好。

3）当前技术条件下，功率—容量约束配置法的总投资成本高于容量配置法，但两者的成本回收年限相近，储能系统寿命周期内采用功率—容量约束配置法具有更大的经济效益和社会效益。

4）考虑到超级电容储能系统具有寿命长、可靠性高的特点，地面超级电容储能系统在实际工程应用中应优先考虑采用功率—容量双约束配置法，具体的储能经济效益还需结合储能造价进一步确定。

以上研究成果发表在2020年第23期《电工技术学报》，论文标题为“城轨交通制动能量回收超级电容储能阵列配置方法对比分析”，作者为沈小军、曹戈。

下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。

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