项目背景与意义： 随着我国城市轨道交通运营里程的不断增加，轨道交通的电耗也逐年增加，2019年全国城轨耗电量已达152.6亿度，北京地铁的年耗电量已经超过15亿度。其中，大部分电能用于列车牵引。由于地铁站间距短，列车启停频繁，列车制动时产生的制动能量相当可观。研究表明再生制动能量可占牵引耗能的20～40%，再生制动的利用，既可以减少机械制动和闸瓦磨损，又可以回收制动能量，是一种降低地铁能耗的有效方式。但是由于现阶段牵引变电所二极管整流的能量单向流动特性，再生制动反馈的能量不能通过牵引变电所返回到交流供电网，使这部分能量仅能由临近牵引列车吸收。当没有临近牵引列车吸收或列车牵引功率较小不能满足吸收要求时，集聚在牵引网内的能量会引起网压的大幅抬升，从而引发列车对再生电流的限制直至切除，再生制动能量无法有效利用。同时，随着客流量的上升，地铁对安全运营的要求也逐渐增加。若因电网停电导致列车停运，则急需备用电源将列车紧急牵引回就近车站，保障乘客的安全疏散。 关键技术： 北交大团队本次采用的是超级电容/电池混合储能方案，结合了二者优势，有效解决了节能、稳压、紧急牵引、削峰填谷等行业痛点问题，主要采用了如下新技术： 1）超级电容/电池的混合储能结构 高功率密度的超级电容和高能量密度的电池相结合组成混合储能系统，可解决单一储能元件的不足，对容量配比、结构及成本控制、能量管理策略等进行了深入研究。 2）混合储能系统的功率分配策略 混合储能装置相对与单一类型储能元件的储能装置不仅要考虑储能系统整体的充放电功率还需考虑不同元件之间的功率分配。提出了一种根据电池SOC和列车运行状态预测的全时段功率分配策略，既可以提升节能效果，又可以实现牵引负荷的“削峰填谷”。 3）电压阈值的智能自适应在线调整方法 结合牵引网的空载电压智能辨识算法和储能系统充放电趋势预测及自适应调整，可在线调整系统的充放电阈值，从而优化储能装置的节能稳压效果，避免了传统固定阈值控制策略出现的“充而不放”或“无法充电”的现象。 4）一体化模块式DC-DC变流器技术 以500kW变流器为模块，并采用深度一体化思路，对组合变流器的功率组件、散热系统、电磁兼容、缓冲电路等进行了统一优化设计，既满足了混合储能的需要，又提升了变流器功率密度。同时设计了集中式控制系统构架，便于实现复杂的控制策略。 5）混合式储能系统容量配置方法 提出了多目标、多约束下的混合储能装置容量配置的两阶段协同优化算法，综合考虑了列车、线路、储能系统控制策略等影响因素，以实现节能效果、投资成本等多目标均衡，降低全寿命周期配置成本为目标，对地面混合储能装置的安装位置和容量配置进行优化设计。 | 
