研究背景
削峰填谷是电力系统负荷管理的重要举措，对于电网而言，削峰有利于提高发输变电设备利用率，节省设备扩容、更新费用，降低供电成本，对于一般用户而言，可以利用峰谷差价取得降低电费的经济效益。储能系统具备电能储存和释放的双重功能，即具有对负荷削峰和填谷的双重作用，其中飞轮储能系统基于其快速响应、瞬间输出高功率和长寿命的特性在此应用方向上有着独到的优势，在实际应用中发挥着不可替代的、巨大作用，并在发挥着越来越大的作用。
电气化铁路牵引负荷削峰填谷具有技术经济兼优的作用，在技术层面上由于消除负荷高峰可有效降低负序电流的影响；在经济层面上可有效降低变压器的容量或最大需量，直接产生经济效益，同时飞轮储能系统兼顾吸收再利用机车制动产生的制动电能，有效降低电度电费成本。
电气化铁路运行图具有以日为单位的特点，即有固定、准确的周期性，因此可以从中提取有意义的统计值加以研究、利用。根据牵引负荷的特点，通过专门设备与方法，实现实时最优化削峰，减少变压器容量或最大需量，取得最佳经济效益，同时治理负序，改善技术性能。
本文研究了飞轮储能装置和背靠背变流器，共同组成飞轮储能系统，通过飞轮储能系统与牵引变电所馈电母线挂接，实现削峰填谷和降低负序兼顾制动能量回收再利用的功能。
创新点及解决的问题
本文提出了通过飞轮储能系统在线路负荷较重时对电网释能来降低变压器的出力，从而降低最大需量值或变压器容量；因为铁路负序最严重的时候为变压器处于峰值功率时，所以还可有效降低负序电流。由于飞轮储能装置是个储能体，同时具备储能和释能的双重功能，所以此系统还可吸收再利用机车制动时产生的制动电能，有效降低电度电费成本。本文先后介绍了系统整体结构、变流器系统、飞轮储能装置、测控单元，然后根据实际变电站参数和实测牵引负荷数据建立了该系统的仿真模型进行仿真，表明了所提出的飞轮储能系统应用于电气化铁路进行削峰填谷的正确性。
重点内容导读
1 系统整体结构
图1 系统拓扑结构
2 变流器系统结构
图2 变流器系统拓扑结构
2.1 削峰过程
图3 基准值选取
2.2 削弱负序电流和谐波
3 测控单元
3.1 工作原理
图4 测控单元
3.2 不同工况下的控制方式
图5 两个供电臂同时有车牵引
（a）
（b）
图6 仅一供电臂有车牵引
（a）
（b）
图7 仅一供电臂有车制动
图8 两个供电臂同时有车制动
图9 一个供电臂有车制动另一供电臂有车牵引
4 仿真分析
4.1 实测数据统计与分析
4.2 武安变电所5 MW储能装置削峰特性仿真分析
图10 武安变电所实时功率
图11 武安变电所5 MW储能装置削峰特性仿真
4.3 改善负序性能
图12 武安变压所电压不平衡度最大的2%分布图
5 结 论
从降低铁路运营成本的角度出发，本文提出通过飞轮储能系统对铁路牵引供电系统进行削峰填谷同时吸收再利用制动电能来降低电费成本。研究了飞轮储能系统的背靠背变流器系统、飞轮储能装置、测控单元和不同工况下的工作方式。仿真表明飞轮储能系统可以降低变压器的最大需量，并可充分吸收再利用制动电能，同时治理电能质量的功能，可谓一举多得，具有工程应用价值。
