CN114243745A - 一种耦合地铁运行的地下储能系统 - Google Patents
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Abstract
一种耦合地铁运行的地下储能系统，包括城市电网、主变电所、牵引变电所、储能变电站、降压变电所、直流牵引网络以及低压动力照明网络；城市电网与主变电所的高压侧相连，主变电所的中压侧与牵引变电所的高压侧相连以及储能变电站相连，牵引变电所的直流侧与直流牵引网络相连；主变电所的低压侧与储能变电站以及降压变电所的高压侧相连，降压变压器的低压侧与低压动力照明网络相连。本发明的地下储能系统能够在电网负荷处于低谷期作为负荷充电，同时，在电网负荷高峰期作为电源放电，显著改善地铁的能耗特性，从而满足调峰需求，缓解电网供能压力。对提升地铁运行可靠性、降低地铁运营成本、推动构建新型绿色电网等方面具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通节能技术领域，具体涉及一种耦合地铁运行的地下储能系统。
背景技术
城市轨道交通为了满足居民出行需求，一日之内大部分时间都处于运行状态且无法避开高峰电价，甚至在电价高峰时期反而要增加运行班次，能耗成本随之提高。轨道交通基础造价贵、能耗成本高，导致地铁运营中存在着效益不足甚至严重亏损的问题。为补贴地铁运营成本，诸多地区出台了针对性的地铁电价补贴政策，规定地铁电价在一般工商业电度电价中单独开项，且不执行峰谷电价，但此举仍无法扭转地铁运营的亏损形势。因此，亟需改善地铁用能模式，寻求提升地铁运行可靠性、降低能耗成本的方法，以提升轨道交通运行效益。
储能系统凭借其双向功率运行能力和灵活调节特性，具有快速响应的能力，可为地铁运行提供稳定可靠的能源供给，同时可有效消纳谷价电力，储存盈余电量，降低运营成本，为解决当前地铁运行面临的挑战提供了可行的方案及思路。利用储能技术削峰填谷的特性，城市轨道交通能够在电价低谷期储存电能，并在电价高峰期使用储存的电能供电，能有效降低地铁运营成本，减少对电网可靠性的依赖，从而提升地铁运行可靠性与经济性。但是，在具体的城市轨道交通应用场景中，传统的储能技术仍然存在着占用过多地表面积、需要额外布置储能空间、易受环境影响等缺陷。因此，需寻找破解当前传统储能系统发展与应用瓶颈的方式。
发明内容
本发明的目的是提供了一种耦合地铁运行的地下储能系统，以解决当前城市地铁运行能耗成本高，效益低的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种耦合地铁运行的地下储能系统，包括城市电网、主变电所、牵引变电所、储能变电站、降压变电所、直流牵引网络以及低压动力照明网络；
城市电网与主变电所的高压侧相连，主变电所的中压侧与牵引变电所的高压侧相连以及储能变电站相连，牵引变电所的直流侧与直流牵引网络相连；主变电所的低压侧与储能变电站以及降压变电所的高压侧相连，降压变压器的低压侧与低压动力照明网络相连。
进一步的，城市电网与区域变电所相连，区域变电所与主变电所的高压侧相连。
进一步的，主变电所的中压侧通过35kV输电线路与牵引变电所的高压侧相连以及储能变电站相连。
进一步的，主变电所的低压侧通过10kV输电线路与储能变电站以及降压变电所的高压侧相连。
进一步的，还包括双向变流器，储能变电站包括第一变压器以及第二变压器；其中，第一变压器的高压侧与35kV输电线路相连，第二变压器的高压侧与10kV输电线路相连，第一变压器与第二变压器的低压侧与双向变流器的交流侧相连，双向变流器的直流侧与储能电池模组相连。
进一步的，双向变流器还连接有能量管控系统，储能电池模组还连接有电池管控系统，能量管控系统与电池管控系统相连。
进一步的，双向变流器、储能电池模组与电池能量管控系统放置于地下空间。
进一步的，储能电池模组采用磷酸铁锂电池。
进一步的，直流牵引网络包括与牵引变电所的直流侧相连的接触网，接触网连接有地铁。
进一步的，低压动力照明网络包括与降压变电所的低压侧相连的地铁照明灯以及暖通空调系统。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：本发明的地下储能系统能够在电网负荷处于低谷期作为负荷充电，同时，在电网负荷高峰期作为电源放电，显著改善地铁的能耗特性，从而满足调峰需求，缓解电网供能压力。对提升地铁运行可靠性、降低地铁运营成本、推动构建新型绿色电网等方面具有重要意义。本发明将地下空间作为电力能源领域绿色转型的关键环节，与储能系统、地下轨道交通系统充分耦合，依托其封闭性、稳定性与防护性等功能特性，保证储能系统的安全可靠运行，为破解我国城市地铁运行效益困境、改善地铁负荷调节灵活性、提升电网需求侧管理能力、推动构建新型绿色电网提供新的思路与途径。
附图说明
图1为耦合地铁运行的地下储能系统结构示意图。
图中：1.城市电网，2.区域变电所，3.主变电所，4.牵引变电所，5.储能变电站，6.降压变电所，7.直流牵引网络，8.双向变流器，9.储能电池模组，10.能量管控系统，11.电池管控系统，12.低压动力照明网络。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
地下储能系统是指依托地下空间的功能特性，将储能系统建造在地下的一种储能系统规划建设方案。相较建造于地表的储能系统，地下储能系统具备可置换地表空间、节约土地资源、封闭性高、稳定性强等优势。并且，地铁所具有的用电量巨大且相对集中、负荷调节灵活性较低、对电网削峰填谷的需求侧管理响应能力不足等用电特性以及其自身地下交通工具的特殊属性，使得地铁十分适合配置地下储能系统。本发明将地下储能与地铁运行充分结合，提出一种耦合轨道交通的地下储能系统，旨在为地铁负荷响应电网峰谷电价、缓解电网供能压力、提升地铁运行效益提供支撑。
参见图1，本发明提供了一种耦合地铁运行的地下储能系统，包括城市电网1、区域变电所2、主变电所3、牵引变电所4、储能变电站5、降压变电所6、直流牵引网络7、双向变流器8、储能电池模组9、能量管控系统10、电池管控系统11以及低压动力照明网络12。
其中，220kV电压等级的城市电网1经过区域变电所2将电压等级转换为110kV，通过110kV输电线路流主变电所3的高压侧，主变压器3的中压侧与低压侧通过35kV输电线路以及10kV输电线路，分别与牵引变电所4以及降压变电所6的高压侧相连，同时，35kV以及10kV电网交流输电线路均与储能变电站5相连，直流牵引网络7与牵引变电所4的直流侧相连，低压动力照明网络12与降压变压器6的低压侧相连。
其中，直流牵引网络7包括与牵引变电所4的直流侧相连的接触网，接触网连接有地铁。
低压动力照明网络12包括与降压变电所6的低压侧相连的地铁照明灯以及暖通空调系统(HVAC)等。
储能变电站5主要由第一变压器以及第二变压器组成。其中，第一变压器高压侧与35kV输电线路相连，第二变压器高压侧与10kV输电线路相连。第一变压器与第二变压器的低压侧与双向变流器8的交流侧相连。双向变流器8的直流侧与储能电池模组9相连。
其中，双向变流器8和储能电池模组9之间还分别设有能量管控系统10和电池管控系统11，对储能电池模组9的充放电进行控制：
在低谷运行时段：能量管控系统10控制储能系统通过电网充电。35kV交流母线以及10kV交流母线上的交流电经过储能变电站5转变为低压交流电，而后通过双向变流器8整流为直流电向储能电池模组9进行充电，储存能量；
在早高峰运行时段：储能系统向电网进行放电。通过电池管控系统11控制，储能电池模组9储存的能量经过双向变流器8逆变为交流电，通过能量管控系统10控制逆变输出，通过储能变电站5分别转化为35kV以及10kV交流电，通过配电网络分别流向牵引变电所4以及降压变电所6，向地铁负荷提供稳定的功率输出；
在平峰运行时段：通过能量管控系统10对储能系统进行日内的二次充电；
在晚高峰运行时段：储能系统向电网进行二次放电，为地铁提高稳定的功率输出；
本发明中储能电池模组9采用具有稳定电压平台的磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池理论上可达到0～100％的充分放电，但考虑到长时间后效率衰减，在充放电过程中锂电池组的放电深度区间为80％。
其中，电池管控系统11主要针对磷酸铁锂电池的监测评估；能量管控系统主要针对储能系统的能量控制。
双向变流器8、储能电池模组9、电池管控系统11等将集中安装并放置于地下空间。单个储能系统集装箱的典型容量在1～2MWh的规模，依托地下空间的功能特性，保证储能系统的安全稳定运行。
本发明在地下储能系统在内部实现能量的有机协调流动，为地铁负荷响应电网峰谷电价、缓解电网供能压力、提升地铁运行效益提供支撑。
设立在地下空间中的磷酸铁锂电池储能系统能够减少对于地表空间的占用，在降低土地成本的同时，可置换出相应的地表绿色生态空间，具备一定的低碳效益和社会效益；同时，依托地下空间环境温度相对恒定、较好的防腐蚀、抗震性、防辐射等特性，很大程度上避免雷暴、台风等极端天气对电池储能系统运行的侵袭，提升储能系统运行的可靠性，降低系统的维护成本；此外，在地下空间内建设的电池储能系统在发生故障时能够减少对外部环境以及人员的影响，将事故造成的危害降到最低。并且，封闭地下空间对于噪声的隔绝作用，能够降低储能系统建设运行对周边环境的负面影响，提升其社会效益。
Claims (10)
1.一种耦合地铁运行的地下储能系统，其特征在于，包括城市电网(1)、主变电所(3)、牵引变电所(4)、储能变电站(5)、降压变电所(6)、直流牵引网络(7)以及低压动力照明网络(12)；
城市电网(1)与主变电所(3)的高压侧相连，主变电所(3)的中压侧与牵引变电所(4)的高压侧相连以及储能变电站(5)相连，牵引变电所(4)的直流侧与直流牵引网络(7)相连；主变电所(3)的低压侧与储能变电站(5)以及降压变电所(6)的高压侧相连，降压变压器(6)的低压侧与低压动力照明网络(12)相连。
2.根据权利要求1所述的一种耦合地铁运行的地下储能系统，其特征在于，城市电网(1)与区域变电所(2)相连，区域变电所(2)与主变电所(3)的高压侧相连。
3.根据权利要求1所述的一种耦合地铁运行的地下储能系统，其特征在于，主变电所(3)的中压侧通过35kV输电线路与牵引变电所(4)的高压侧相连以及储能变电站(5)相连。
4.根据权利要求1所述的一种耦合地铁运行的地下储能系统，其特征在于，主变电所(3)的低压侧通过10kV输电线路与储能变电站(5)以及降压变电所(6)的高压侧相连。
5.根据权利要求1所述的一种耦合地铁运行的地下储能系统，其特征在于，还包括双向变流器(8)，储能变电站(5)包括第一变压器以及第二变压器；其中，第一变压器的高压侧与35kV输电线路相连，第二变压器的高压侧与10kV输电线路相连，第一变压器与第二变压器的低压侧与双向变流器(8)的交流侧相连，双向变流器(8)的直流侧与储能电池模组(9)相连。
6.根据权利要求5所述的一种耦合地铁运行的地下储能系统，其特征在于，双向变流器(8)还连接有能量管控系统(10)，储能电池模组(9)还连接有电池管控系统(11)，能量管控系统(10)与电池管控系统(11)相连。
7.根据权利要求5所述的一种耦合地铁运行的地下储能系统，其特征在于，双向变流器(8)、储能电池模组(9)与电池能量管控系统(11)放置于地下空间。
8.根据权利要求1所述的一种耦合地铁运行的地下储能系统，其特征在于，储能电池模组(9)采用磷酸铁锂电池。
9.根据权利要求1所述的一种耦合地铁运行的地下储能系统，其特征在于，直流牵引网络(7)包括与牵引变电所(4)的直流侧相连的接触网，接触网连接有地铁。
10.根据权利要求1所述的一种耦合地铁运行的地下储能系统，其特征在于，低压动力照明网络(12)包括与降压变电所(6)的低压侧相连的地铁照明灯以及暖通空调系统。
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