城市轨道交通能量回馈系统
城市轨道交通制动能量逆变回馈系统研究
Ｆｉ ｔ ｕ ｈ ｒ Ｓ ａ ｄ ｅｓ ＮＡＲＩ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔＣ ． ｒ － ｔｏ ’ ｄ ｒｓ ｓａ ｃ ｎ ｌｇ ｖ ｌｐ ｎ ｏ ，
电能 ， 动车辆前进 。车辆 到站 电制动 时， 生大量 的再 生 驱 产 制动能量。 目前我 国城 市轨道 交通 车辆再 生制动 能量 只有 很少部分被利用 ， 大部 分通 过 电阻转变 成热 能而被消 耗掉。 研 究了一种新型城市轨道 交通 车辆再 生制 动能量逆 变 回馈 设备 ， 实现 车辆再 生制动能量的 回馈利用 ， 以降低 能耗 、 节约
Ｗａ ｇＪ ｎ，ｉｎ ｉｇ Ｙａ ｇ Ｈａｙｎ ｎ ｕ Ｊａ ｇ Ｐｎ ， ｎ ｉｉｇ
Ｉ ｆ ｒ ｔｖ ｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｒ ｉ ｆ ｕ ｂ ｎ ｍａ ｓ ｔａ ｓ ｔ ｒｓ ｎ ｏ ｍａ ｉｅ ａ ｓｒ ｃ ｅ ｔａｎ ｏ ｒ ａ ｓ ｒ ｎ ｉ ｓａ ｔ ｔ
内再 生制动 能量 吸收装置 主要包括 电 阻耗能 型、 电容
关键词
城市轨道交通 ，再生制动 ，能量 回馈 Ｖ２０３９ ６ ．５
中图分类号
Ｏｎ Ｂｒ ｋ － ｅ ｒ ｄ ｃ ｄ Ｅｎ ｒ ｙ Ｉ ｖ ｒｅ ｙ ｔｍ ｎ ＵＭ Ｔ ａ ｅｒ ｐ ｏ ｕ ｅ ｅ ｇ ｎ ｅ ｔ ｒＳ ｓｅ ｉ
ｎ ｅ ｅｅａ ｅ ａ ｄ ｄ ｃ ｌｒ ｔ ，ｔ ｅ ｅｅ ｔｉ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｌ ｐ ｏ ｕ ｅ ａ ｌｒ ｅ ｓ ｈ ｌ ｒ ｂ ａ ｙ ｔ ｃ ｃ ｋ ｍ ｗｉ ｒ ｄ ｃ ａ ｇ ｌ
ａ ｕ ｔ ｆｅ ｅｇ ｅｙ ｓ ｏ ｔ ｔ ．Ｔｈ ｅ ｒ ｄ ｃ ｄ ｅ ｅ ｇ ｍｏ ｎ ｎ ｒ ｙ ｉ ａ ｖ ｒ ｈ ｒ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｅｒｐｏ ｕ ｅ ｎ 备控制 相对 种
城市轨道交通车辆再生制动能量的回收利用
城市轨道交通车辆再生制动能量的回收利用摘要：城市轨道交通车辆的制动能量相当可观。
研究如何回收利用，将牵引网电压波动控制在允许范围内，不仅直接关系到经济，也是我国建设节能低碳社会的重要组成部分，对缓解国内外能源紧张的现状具有重要的现实意义。
关键词：城市轨道交通；车辆制动能量；回收利用；叙述了城市轨道交通车辆再生制动能量回收利用方式中的消耗型、储能型和逆变回馈型三种系统方案，并比较分析了三种系统方案的经济技术性。
重点分析了逆变回馈型车辆再生制动能量回收利用方案。
采用逆变回馈型车辆制动能量回收装置，在技术成熟度、国产化水平、经济效益等方面均适合我国城市轨道交通工程建设运营的发展需要，是工程应用的方向。
在确定车辆制动能量回收装置设置方案时，应进行经济技术比较，以确定合理的设置方案，保证社会效益与经济效益均优。
一、车辆再生制动能量回收利用现状1．消耗型吸收装置。
电阻消耗型制动能量吸收装置主要分为车载制动电阻和地面制动电阻两种基本类型。
车载制动电阻由车辆厂配套提供，已经广泛应用于国内外的轨道交通车辆中。
地面电阻耗能型再生制动能量吸收装置主要采用多相IGBT(绝缘栅双极晶体管)斩波器和吸收电阻配合的恒压吸收方式，其工作原理是：根据再生制动时直流母线电压的变化状态调节斩波器的导通比，从而改变吸收功率，将直流电压恒定在某一设定值的范围内，并将制动能量消耗在吸收电阻上。
该吸收装置的电气系统主要由三部分组成：隔离控制、滤波和IGBT斩波器、吸收电阻。
电阻耗能装置的电气原理简单、设备可靠性高、维护工作量小，在车辆和地面上均已经有大量的成熟运行经验。
但电阻消耗装置将制动电能转化为热能传导至空气中，未能充分利用电能，造成了浪费。
2.储能型吸收装置。
（1）超级电容储能型。
该装置的储能介质为大功率电容，利用电容的充放电原理实现车辆再生电能的吸收和利用。
当供电区间内有列车需要取流时，该装置就将所储存的电能释放出去供列车利用。
该吸收装置的电气系统主要由储能电容器组、IGBT斩波器、直流快速断路器、电动隔离开关、传感器和微机控制单元等组成，具有储能和稳压两种工作模式。
城市轨道交通能源管理系统设计方案
城市轨道交通能源管理系统设计方案城市轨道交通能源管理系统是一种以提高能源利用效率、降低能源消耗和减少环境污染为目标的综合性系统。
通过对城市轨道交通系统中能源的管理和优化，能够实现能源的高效利用和节约。
下面是一个城市轨道交通能源管理系统的设计方案，以满足上述目标。
1.能源监测与数据采集通过在城市轨道交通系统中安装传感器和仪表，对能源的使用情况进行实时监测和数据采集。
这些传感器和仪表可以包括电能表、流量计、温度传感器等，用于采集能源的消耗情况、供热和供冷系统的热量和流量等数据，并将其传输到能源管理系统中进行分析和处理。
2.能源消耗分析与优化能源管理系统通过对采集的数据进行分析和处理，对城市轨道交通系统的能源消耗进行分析，并找出能源消耗较大和浪费的环节。
然后，针对这些环节提出相应的优化方案，例如调整能源的供应和使用方式，设置合理的能源使用标准和节能措施等，以降低能源消耗和提高能源利用效率。
3.能源供应与储存管理城市轨道交通系统的能源供应通常包括电力供应和燃料供应。
能源管理系统可以对能源供应进行管理和优化，例如根据实时能源消耗情况和预测需求，合理安排能源供应计划，以确保能源的供应稳定和充足。
同时，能源管理系统还可以对能源进行储存管理，例如通过对电池组的管理和优化，以提高能源的储存效率和利用率。
4.能源节约与环保措施能源管理系统可以通过提供节能措施和环保策略，进一步降低城市轨道交通系统的能源消耗和环境污染。
例如，通过监测列车的运行速度、车头供电电压等参数，实现能源的精细控制和调节；通过优化列车的调度和排班，减少空驶和拥堵时间，降低能源消耗和环境压力；通过推广使用清洁能源和新能源技术，减少化石能源的使用，提高能源资源的可持续性利用。
5.能源管理系统与其他系统的集成能源管理系统还可以与其他城市轨道交通系统的管理系统进行集成，例如信号系统、调度系统、安全系统等，以实现统一的管理和协调控制。
通过与其他系统的集成，能够更好地获取各系统的数据和信息，提高能源管理的准确性和效率。
回馈式再生能源吸收装置在城市轨道交通中的应用
1概述1.1选题背景及意义随着我国城市轨道交通建设的飞速发展，轨道交通系统能耗问题亦作为节能减耗的首要课题被广泛讨论。
据地铁运营部门统计，在运营线路中，牵引系统用电占总用电量的50%以上，降低地铁系统能耗变得日益迫切和重要。
近年来，多种技术被运用到城市轨道交通系统中，包括：车体轻量化设计、列车牵引VVVF传动方式、再生制动电能吸收装置等等。
其中，再生电能吸收设备越来越多地应用于国内多条地铁线路并达到了较好的节能效果。
1.2回馈式再生能源吸收装置的发展现状目前，再生能源装置的主要应用形式有以下几种：①电阻型吸收装置;②电容储能型吸收装置;③飞轮型吸收装置;④回馈式再生能源吸收装置。
回馈式再生能源装置是将列车电制动时牵引电机转为发电机模式而产生的制动电能反馈给中压电网，形成能源循环利用的装置。
回馈式再生能源吸收装置以其可以直接回馈接触网(轨)或交流电网再利用，无需配置大容量储能元件，不存在电阻发热问题，技术成熟，维护维修方便的特点被逐渐推广、应用。
2回馈式再生能源吸收装置2.1系统配置方案回馈式再生能源吸收装置维护接触网(轨)电压，将电能回馈至中压交流电网再次利用，方案中，再生能源装置通过隔离变压器的作用将电能反馈中压电网，独立于牵引供电系统其他负荷设备，装置容量设计不受系统影响，且可拓展性强。
2.2装置工作原理现有地铁牵引系统多采用24脉波整流，当系统空载时，接触网(轨)压最高。
当车辆运行时，由于负荷增加，网(轨)压下降。
当线路车辆再生制动时，其动能转为电能直接回馈接触网，被同供电臂的其他车辆利用。
当回馈电能不能被完全利用时，接触网(轨)压上升，大于接触网(轨)空载电压并且达到整定值，此时，再生能源装置启动PWM 脉冲单元，回馈电能至交流中压网，并保持接触网(轨)压正常。
当车辆启动运行时，接触网(轨)压下降并且达到整定值，装置停止逆变运行，转为整流运行状态保证网(轨)压正常。
当装置检测到直流侧逆流时，闭锁PWM单元，退出运行进入待机状态。
城市轨道交通再生制动能量回收系统研究毕业设计
城市轨道交通再生制动能量回收系统研究毕业设计目录第1章绪论 (1)1.1城市轨道交通的发展 (1)1.2再生制动能量回馈的意义 (1)1.3本文的主要容 (2)第2章再生制动能量吸收利用技术 (3)2.1 城市轨道交通供电系统 (3)2.2城市轨道交通再生制动能量吸收方案 (4)2.2.1车辆制动方式 (4)2.2.2 电阻能耗型 (5)2.2.3 电容储能型 (6)2.2.4逆变回馈型 (7)2.2.5 三种方案比较 (7)2.3逆变电阻混合型主从配合方案 (8)2.4 本章小结 (9)第3章混合逆变-电阻制动系统设计 (10)3.1逆变-电阻制动系统 (10)3.1.1逆变-电阻型控制策略 (10)3.1.2 逆变-电阻型仿真分析 (11)3.2制动工况仿真分析 (13)3.3再生制动的能量计算 (16)3.3.1机车制动特性及计算步骤 (16)3.4 基于制动特性曲线的计算实例 (18)3.5 本章小结 (21)致谢 (22)参考文献 (23)第1章绪论1.1城市轨道交通的发展随着社会经济的高速发展，城市人口密集度和流动度日益增加，现有的交通已经不堪重负，交通不便已成为制约社会经济发展的一大因素，同时造成大中城市居民出行难坐车难的现象。
机动车辆的增长，导致交通更加拥堵，同时造成了大气污染和噪声污染。
城市轨道交通具有运量大、速度快、空间利用合理、污染少等特点，因此它受到世界各国的青睐。
大力发展城市轨道交通已成为各国解决城市交通拥堵问题的重要手段。
我国城市轨道交通发展比较滞后，近年来国家己充分认识到发展城市轨道交通的重要性，各大省会城市均已修建地铁或整改规划地铁线，而特大城市已开始发展轨道交通的网络化建设。
北京、上海、、等城市已有多条轨道交通线路开通运行。
同时、、、、等城市已经开展城轨交通的建设工作。
至2016年，国城轨线路将拥有89条，超过2500公里的运营里程［1]。
1.2再生制动能量回馈的意义城市轨道交通已得到大力发展，地铁作为城市轨道交通的主要运输工具，相对干线电气化铁路而言，地铁具有站间距离短、启动制动频繁、运行速度变化相对较大等特点。
城市轨道交通再生制动能量回收方案及控制技术研究
城市轨道交通再生制动能量回收方案及控制技术研究吉正华，江平，王文荣，杨海英(国电南瑞科技股份有限公司，江苏南京 210003)Research on Absorb Project and Control Technology of Regenerative Braking Energy Inverter in Urban Rail TransitJI Zhenghua , JIANG Ping , Wang Wenrong , YANG Haiying （NARI Technology Development Limited Company，Nanjing , 210003)ABSTRACT：With the rapid development of urban rail transportation, how to absorb braking energy has been a significant task on economizing business cost. Based on the characteristics of braking energy on urban rail transit, this paper presents a new energy absorbing strategy, which uses super capacitor storing energy, thebi-directional DC/DC converter, and three phasesgrid-connected inverter to absorb and process braking energy. The strategy takes full advantage of regenerative braking energy. The control technology of thebi-directional DC/DC converter and three phasegrid-connected inverter is researched. Simulation results based on MATLAB show the correctness and feasibility of the proposed strategy.KEY WORD：urban rail transit; regenerative braking energy; bi-directional DC/DC converter; super capacitor; grid-connected inverter摘要：随着城市轨道交通的迅速发展，再生制动能量如何回收已成为地铁运营成本的重要课题。
轨道交通双向dcdc+电池+电容
轨道交通双向DCDC+电池+电容技术在城市轨道交通系统中具有重要意义。
通过采用这种技术，可以有效提高轨道交通系统的能源利用率，延长车辆运行时间，减少运行成本，改善环境污染，提高城市轨道交通系统的整体竞争力。
下面将从技术原理、应用优势和发展前景等方面对轨道交通双向DCDC+电池+电容技术进行详细介绍。
1. 技术原理轨道交通双向DCDC+电池+电容技术是一种能量回馈式的能量储存与利用技术，其主要原理是通过在轨道交通系统中引入电池和电容器，将电车制动能量、接触网过剩能量等进行回馈式的能量储存与再利用，从而提高能源利用率，降低能源消耗。
该技术的核心设备是双向DCDC变流器，其作用是将电池和电容器中储存的能量与电车系统中的直流电能进行有效的互联互通，实现能量的双向流动。
2. 应用优势轨道交通双向DCDC+电池+电容技术具有如下几个方面的应用优势：（1）节能环保：通过回馈式能量储存与再利用，能够有效节约轨道交通系统的能源消耗，减少对传统能源的依赖，从而大大降低了尾气排放，减少环境污染，有利于改善城市空气质量。
（2）提高运行效率：采用该技术可以有效利用电车制动过程中产生的能量，延长车辆运行时间，提高运行效率，减少企业运行成本。
（3）可靠性强：双向DCDC+电池+电容技术可以实现能量的双向传输，通过智能控制系统实时调度能量的存储和释放，保证了能量的稳定供应，提高了轨道交通系统的可靠性。
3. 发展前景随着城市轨道交通系统运营的不断扩大和运输需求的不断增加，轨道交通双向DCDC+电池+电容技术在未来的发展前景非常广阔。
在新建轨道交通线路和改造现有轨道交通系统中，都可以采用这种先进的能量回馈式技术，以适应城市轨道交通系统对能源利用效率、环保性能和运行效率等方面的要求。
另外，在国家能源政策的支持下，节能减排已经成为社会发展的主题之一，轨道交通双向DCDC+电池+电容技术正是符合国家大力倡导的绿色能源理念的一项重要技术。
2024年轨道交通能量回馈装置市场调研报告
2024年轨道交通能量回馈装置市场调研报告1. 引言轨道交通能量回馈装置是一种利用列车运行过程中产生的制动能量和重力能量来进行能量回馈的装置。
它可以将这些能量转化为电能，并回馈给城市电网或其他用电设备，以达到能量利用的效果。
随着全球对可持续发展的日益关注，轨道交通能量回馈装置市场逐渐兴起。
本报告将对轨道交通能量回馈装置市场进行调研，分析市场的规模、现状和发展趋势，并提出相应的建议。
2. 轨道交通能量回馈装置市场规模根据市场调研数据和统计分析，轨道交通能量回馈装置市场在过去几年中呈现出快速增长的趋势。
预计到2025年，全球轨道交通能量回馈装置市场规模将超过100亿美元。
市场增长的主要驱动因素包括：城市轨道交通系统的规模扩大、能源资源的紧缺以及环境保护意识的提高等。
3. 轨道交通能量回馈装置市场现状目前，全球范围内已经存在一些轨道交通能量回馈装置的应用案例。
例如，某些城市的地铁系统已经引入了能量回馈装置，并取得了良好的效果。
此外，一些国家和地区的轨道交通能量回馈装置市场已经处于相对成熟的阶段，市场竞争较为激烈，技术水平较高。
但是，在一些发展中国家和地区，轨道交通能量回馈装置市场仍处于起步阶段，市场潜力巨大且有待挖掘。
4. 轨道交通能量回馈装置市场发展趋势在未来几年，轨道交通能量回馈装置市场将会出现以下几个主要发展趋势：4.1 绿色交通推动轨道交通能量回馈装置市场增长随着全球对环境问题的关注程度不断升高，绿色交通成为了发展的方向。
轨道交通作为一种低碳、高效的交通方式，具有良好的发展前景。
而能量回馈装置作为轨道交通的重要组成部分，将会得到更多关注，市场需求将会不断增长。
4.2 技术创新推动轨道交通能量回馈装置市场发展技术创新是推动轨道交通能量回馈装置市场发展的重要驱动力。
随着科技的进步，新型的能量回馈装置将不断涌现。
例如，目前已经出现了逆变技术和能量存储技术等新技术，能够进一步提高能量回馈的效率，并减少能量的浪费。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三、现行技术方案简介---方案可靠性分析
➢ PWM变流器技术的成熟度
干线机车、柔性直流输电、风力发电、光伏发电系统 业界使用案例：东京筑波快捷线、香港地铁
消耗额外能量耗散这些热量。
电制动能量的约30%被列车利用，其余的制动能机量械（都制2被1动%）电损耗阻消耗掉。
因此可以利电用制的动能能量量为22%*70%=15.4%
（22%）
Page 3
一 再生制动能量分析
Page 4
headway>10min 15%-25%/day
Headway<10min 5%-15%/day
二、技术路线初探------能量储存型技术路线
超级电容器储能 ➢ 超级电容器
大容量：30000~80000F 储能密度高：大于20KJ/Kg 供应商较多：MAXWELL、VINA、和众汇能
➢ 超级电容器储能方式
车载超级电容器 地面超级电容器
二、技术路线初探------超级电容储能基本电路拓扑
城市轨道交通能量回馈系统
一 再生制动能量分析
整流器
Page 2Leabharlann 再生制动车辆牵引加速车辆
一 再生制动能量分析
加速
加速能量
（79%）
行进阻力损耗 （21%）
➢ 能源浪费
背离低碳、环保理念
➢ 热量聚集
惰行
再生能量 （53%） 制动
行进阻力损耗 （26%）
行进阻力损耗 （10%）
加热隧道、洞室
➢ 加大通风
Page 21
变压器：2500（w）X1500（d）X 2600（h）
三、现行技术方案简介------主要技术特点
可靠性高
••变多压重器化隔离 ••成高性熟能模控块制平台
• •
模块化设计 支持支路扩展
• 支持模块扩展
扩展方便
Page 22
技术 特点
接口丰富
••人48机5接界口面 ••P工r业of以iBu太s网DP •CSR Driver
AC35KV 35KV/1180V
DC1500V
中压回馈系统
主要优点：节省隔离变压器，占地面积少。 回馈电能完全利用。
主要缺点：二极管整流器与回馈装置之间存在固有环流；
二、技术路线初探------高压回馈方案4
AC35KV 35KV/1180V
35KV/1000V 高压回馈系统
主要优点：对制电动网电冲能击 重较新小分配再利用 主要缺点：高压侧开关柜相对昂贵，需增加变压器
Page 19
三、现行技术方案简介------主要技术参数
➢ 能量回馈装置外特性
1800V 直流电压
1700V
1700V 1668V
1500V
(In)
0
(100%)
(200%)
能量回馈区间 牵引供电区间
(300%) 直流输出电流
Page 20
三、现行技术方案简介 ➢ 能量回馈装置外观
回馈装置：1200（w）X1200（d）X 2200（h）
兼容性强
••匹匹配配各SCA种DA整系流统器
三、现行技术方案简介------方案可靠性分析
➢ 成熟的功率模块技术
采用在城轨车辆、干线车辆、风力发电等领 域成熟的功率模块
➢ 成熟的控制平台技术
采用在机车、城轨车辆、石油钻井平台、轧 钢机等工业领域成熟应用的控制平台及控制算法
功率 模块
控 制 系 统
Page 23
二 技术路线初探
整流器
发热
吸收电阻
R
回再生生
整流器
整流器
超级电容
回再生生
回馈 逆变器
Page 5
回再生生
二、技术路线初探------能量消耗型技术路线 车载能量吸收装置 地面再生能量吸收装置
二、技术路线初探------能量储存型技术路线
➢ 飞轮储能
➢ 缺点：
系统复杂，空间需求大 处于技术研究和实验室验证阶段。
7U
12脉波 牵引
整流器
直流馈线柜
DC 1500V
Page 17
三、现行技术方案简介------系统基本原理
Vs
jXI
V inv
V inv
I X
I
jXI
Vs
Page 18
三、现行技术方案简介------主要技术参数
➢ 适用直流额定电压： 750VDC,1500VDC
➢ 额定回馈功率Pn： 1.5MW /单元
DC1500V
二、技术路线初探------ PWM整流+超级电容器方案5
AC35KV 35KV/1080V
PWM 整流器
DC1500V
PWM整流器+超级电容储能装置
超级 电容
DC/DC变换器
主要优点：具具对备备高全压30控电0%网P过W的载M冲整能击流力很器小方案的所有优点
主要缺点：超超级级电电容容器 器的的串功并率联密应度用和可性靠价性比有有待待提提升升
三、现行技术方案简介------高压回馈系统基本原理
能量回馈装置 整流器
车站动力系统 牵引加速车辆
再生制动车辆
Page 16
牵引加速车辆
三、现行技术方案简介 ------系统基本原理
35kV
35kV开关柜
T1
T2
12脉波 牵引
整流器
7U
控制系统
能量回 馈装置
制动能量
负极柜
能量回 馈装置
控制系统
制动能量
DC1500V
主要优点无 直 在 扩：需 流 实 大额 电 现 输外 压 整 电二 可 流 能极控功力管，能，整根的增流据同大回需时站路要实间，可现距能设无离量定功；双 为 补向恒偿流压（S动或T；变AT压C；OM)； 主要缺点变：流器过载能力差，需按300%过载进行容量计算，成本显著增加。
二、技术路线初探------ PWM中压回馈方案3
35KV/400V AC35KV
1000V/400V
动力与照明
供电系统
电阻
主要优点：实现制动电能的再利用 主要缺点：回回馈馈电电能能容 交量流受侧限电于压低40，0V电系流统大容，量设，备制损动耗电和阻体不积能大取消
DC1500V
二、技术路线初探--全PWM方案2
AC35KV 35KV/1000V
➢ 多重扩展功率： 1.5MW~ 9MW 短时峰值
➢ 功率因数cos：
-0.99
➢ 效率：
＞96％
➢ 系统谐波电流： <5%（额定功率，计算到25次谐波）
➢ 回馈系统动作电压： 1600~1800VDC；（手动或自动可调）
➢ 人机界面：
65k色 ，5.7''触摸屏
➢ 本地/远程控制： RS485接口/Profibus接口
二、技术路线初探------能量回馈型技术路线
能量回馈到电力系统当中，必然要求将直流电能转
换为交流电能，按逆变器的交流侧电压进行分类，
相对的可以分为三个等级：
低压回馈：400V
中压回馈：1180V
高压回馈：10KV,35KV（33KV)
二、技术路线初探------低压回馈+电阻消耗型方案1
35KV/1180V