列车再生制动能量回收的方法及分析
再生制动能源利用分析
2.2 再生制动能量吸收装置比选
2.2.1 再生制动能量吸收装置分类和对比
轨道交通车辆所采用的电制动方式一般包括再生制动和电阻制动两种方式， 再生制动的最大优点是节能，但再生电能并不是都能被其它牵引车辆吸收，剩余 部分则消耗在车辆制动电阻上并转变为热能散发到空气中。车辆采用电阻制动方 式吸收电能比较稳定，但制动能量消耗在电阻上，既不能加以利用，又因在车辆 上装设大容量制动电阻而导致车下设备的总体布置困难，车体重量和列车牵引耗 电增加，同时还加大了对地铁环境的污染。
高铁列车制动能量回收与再利用技术研究
高铁列车制动能量回收与再利用技术研究摘要：高铁列车作为一种快速、高效的城际交通工具，具有快速、高效、安全等优点，但同时也存在能源浪费的问题。
随着能源资源日益紧缺的情况，如何利用高铁列车运行中的制动能量进行回收与再利用成为了一个重要课题。
本文针对高铁列车制动能量回收与再利用技术进行了深入研究，分析了目前主流的技术方案，提出了一些改进和优化措施，希望可以为高铁列车的节能减排提供一些参考。
关键词：高铁列车；制动能量；回收与再利用；技术研究一、引言高铁列车作为一种快速、高效的城际交通工具，每天运输着大量的乘客，为人们的出行提供了便利。
然而，高铁列车的运行过程中会消耗大量的能源，其中一部分能量在列车制动时会以热能的形式散失，造成能源的浪费。
如何有效地回收和再利用高铁列车制动时产生的能量，成为高铁运输领域中亟待解决的问题。
二、高铁列车制动能量回收技术研究现状目前，关于高铁列车制动能量回收技术的研究已经取得了一些进展。
主要包括以下几个方面：1. 制动能量回收装置通过在高铁列车的车轴上安装装有电机的装置，将列车在制动过程中产生的动能转化为电能储存起来，以便在列车再次加速或行驶时使用。
这种装置可以有效地提高列车的能源利用率和运行效率。
2. 贮能装置的设计与优化制动能量回收后的电能需要存储在贮能装置中，以便在需要时释放给列车使用。
如何设计和优化这种贮能装置，使其能够高效、稳定地存储和释放电能，是当前制动能量回收技术研究的重点之一。
3. 控制系统的设计与优化高铁列车的制动能量回收需要一个精密的控制系统来控制整个过程，包括制动、能量回收、存储和释放等环节。
如何设计和优化这个控制系统，使其能够灵活、高效地控制整个回收过程，是当前制动能量回收技术研究的另一个难点。
三、高铁列车制动能量再利用技术研究现状除了对制动能量进行回收外，如何再利用回收后的能量也是一个重要的研究方向。
目前，主要有以下几种再利用技术：1. 再生制动再生制动是一种利用电能将列车减速的技术，通过将列车的运动能转化为电能并存储起来，可以在列车再次加速时释放出来，从而减少外部电源的消耗。
高铁列车再生制动技术的研究与应用
高铁列车再生制动技术的研究与应用一、引言高铁列车作为现代铁路交通的重要组成部分，具有运行速度快、安全性高、准点率高等特点，受到广泛应用。
然而，高铁列车在日常运行中会产生大量的制动能量，若能够有效利用这些制动能量，将有利于节能减排，提高能源利用效率。
因此，再生制动技术成为提高高铁列车能效的重要途径之一。
二、再生制动技术的原理再生制动是指利用列车制动时产生的制动能量进行回收和再利用的技术。
在高铁列车上，通常通过将制动器的输出转换为电能并将其输出到列车供电系统中，以达到再生利用的目的。
再生制动的基本原理是利用电机将动能转化为电能储存在电池中，然后再在需要的时候将电能释放出来，转化为动能用于推动列车。
三、再生制动技术的发展历程再生制动技术最早出现在电动汽车领域，随着电动汽车技术的发展，再生制动技术逐渐应用于轨道交通领域。
在高铁列车上，再生制动技术的发展经历了多个阶段，从最初的实验阶段到成熟的商业应用阶段。
目前，再生制动技术已经成为高铁列车智能化、节能减排的重要手段。
四、再生制动技术在高铁列车上的应用再生制动技术在高铁列车上的应用主要包括两个方面：一是在普通制动中应用再生制动技术，通过将制动能量转化为电能回收利用，减少能源浪费；二是在辅助制动中应用再生制动技术，通过控制列车的辅助制动系统，实现更高效的再生利用。
五、再生制动技术的优势和挑战再生制动技术具有明显的优势，包括节能减排、提高能效、降低运营成本等方面。
然而，再生制动技术也面临一些挑战，如如何有效控制再生制动系统的复杂性、如何优化再生制动系统的性能等。
六、再生制动技术的研究现状目前，国内外对再生制动技术的研究已经取得了一些进展，如美国的AMT技术、日本的SCMaglev技术等。
在中国，一些高铁制造企业也积极探索再生制动技术的应用，如中车集团、中车四方等。
七、再生制动技术的未来发展未来，再生制动技术将继续发展，不仅在高铁列车上得到广泛应用，也将在地铁、城市轻轨等领域得到推广。
高速列车刹车能量回收装置设计与优化
高速列车刹车能量回收装置设计与优化随着科技的不断发展和人民对环境保护意识的增强，可再生能源的利用方式成为了当今社会中的热门话题。
在交通领域中，有限的能源资源的有效利用对于能源的节约和环境的保护至关重要。
高速列车作为现代交通工具的重要组成部分，其刹车装置的能量回收设计和优化，对于提高列车能源利用率和降低能源消耗具有重要意义。
本文将从高速列车刹车能量回收装置的设计原理、优化措施以及相关案例展开讨论。
首先，高速列车刹车能量回收装置的设计原理是指将列车制动所生成的动能转化为电能，将其储存或回馈给列车的供电系统，以实现能源的再利用。
常见的刹车能量回收装置包括电池回收系统、超级电容回收系统和动力电池回收系统。
电池回收系统通过将制动时产生的电能储存在电池中，以实现能量的回收利用。
这种装置设计相对简单，但电池的重量和容量限制了其回收效果。
超级电容回收系统则通过超级电容器来存储和释放能量，以实现能量的回收和再利用。
超级电容器具有快速充放电特性和长寿命等优点，但其相对较高的成本和较低的能量密度限制了其在实际应用中的推广。
动力电池回收系统则是将制动时产生的动能通过换向装置转化为电能，然后通过电机与电池进行连锁，电池将转换得到的电能存储起来以备后续使用，这一装置在一定程度上提高了能量回收效率。
其次，针对高速列车刹车能量回收装置的优化措施有多种方式。
第一种方式是通过优化制动装置设计，减少能量的浪费。
例如，采用先进的制动系统和材料，降低制动阻力；利用电动转向架、滑块控制技术等来减小列车刹车时的能量损失；合理安装换向设备，降低换向时的能量损耗等。
第二种方式是通过优化能量储存与管理系统，提高能量的回收效率和利用率。
可以采用智能控制技术实现系统的自适应调节功能，根据列车速度和负荷变化来调整能量回收装置的工作状态；设置能量回收装置与列车供电系统的联动控制，使能量的回收和利用更加高效。
第三种方式是通过优化动力系统，提高能量回收装置的整体性能。
铁路再生制动能量
铁路再生制动能量
铁路再生制动能量是指在铁路列车制动过程中，通过一系列的科学技术手段将制动过程中产生的能量进行回收和再利用的过程。
这种技术的应用可以有效地减少列车制动时的能量消耗，降低运营成本，同时也对环境保护具有积极的意义。
铁路再生制动能量的实现主要依靠列车上的再生制动装置。
当列车制动时，再生制动装置通过电动机将制动能量转化为电能，并将这部分电能存储起来，以备后续使用。
这种方式不仅可以减少能源的浪费，还可以将电能回馈给列车，从而减轻列车牵引系统的负荷，提高列车的运行效率。
在实际的运行中，铁路再生制动能量的应用面临着一些挑战。
首先，再生制动装置的设计和安装需要考虑到列车的运行速度、重量等因素，以确保装置的稳定性和可靠性。
其次，再生制动装置需要与列车的控制系统进行紧密的配合，实现能量的回收和利用。
最后，再生制动装置的维护和管理也需要专业的技术人员进行操作和监控，以保证装置的正常运行。
铁路再生制动能量的应用不仅可以提高铁路运输的效率和可持续性，还可以减少能源的消耗和环境污染。
通过回收和再利用制动能量，铁路运输可以更加节能高效，从而为社会和经济发展带来更多的益处。
铁路再生制动能量是一种有效的能量回收和利用技术，可以在铁路列车制动过程中将产生的能量进行回收和再利用。
该技术的应用可以提高铁路运输的效率，减少能源的消耗，有利于环境保护和可持续发展。
在未来的发展中，铁路再生制动能量的应用将会得到更广泛的推广和应用，为铁路运输行业带来更加绿色和可持续的发展。
高速列车制动系统中的能量回收与利用研究
高速列车制动系统中的能量回收与利用研究高速列车制动系统中的能量回收与利用是一项关键的研究课题。
随着高速列车的发展和运营，如何有效地减少能源消耗，提高能源利用效率成为了亟待解决的问题。
能够将制动时产生的能量回收并有效利用，不仅可以降低列车的能耗，还能减少对环境的影响。
首先，理解高速列车制动系统的工作原理是研究能量回收与利用的关键。
高速列车制动系统主要由制动盘、制动钳和刹车片等组成。
当列车需要制动时，司机通过控制系统将制动盘与刹车片接触，通过摩擦产生的能量来减速。
这些能量通常以热能的形式散失，给制动系统带来了能量浪费。
为了实现高速列车制动时能量的回收与利用，研究者们提出了几种创新的方法。
其中最常见的是通过制动能量回收装置收集制动时产生的热能，并将其转化为电能或其他形式的能源。
这样，不仅可以减少能源的浪费，还可以将这些能源用于列车的其他系统，如车载动力系统或照明系统等。
通过这种方式，能够显著提高列车的能源利用效率。
另一个被广泛研究的方法是通过超级电容器或储能装置来存储制动时产生的能量。
超级电容器具有高功率密度和长寿命的特点，能够快速充放电，并且能够承受大量的循环充放电。
当列车制动时，超级电容器可以快速地将能量吸收并进行存储，然后在需要时释放能量。
通过储能装置，能够更加灵活地利用制动时产生的能量，不仅可以提高能源利用效率，还可以减少列车的负荷。
除了能量的回收与存储，对于制动系统的设计也能够对能量的回收与利用起到重要的作用。
例如，通过优化制动系统的结构和材料，可以减少能量在制动过程中的损耗。
采用高效的制动材料，如陶瓷或复合材料，可以减少制动时的摩擦损失，从而提高能量的回收效率。
此外，改进制动系统的冷却方法，如利用空气流通或采用冷却液，也能够降低制动过程中的能量损失。
在实际应用中，高速列车制动系统的能量回收与利用还面临一些挑战。
其中之一是如何处理和存储大量的能量。
制动时产生的能量往往是非常巨大的，需要相应的技术来进行能量的回收和储存。
再生制动能量回收的方法
再生制动能量回收的方法再生制动是一种利用车辆减速时产生的动能将其转化为电能并回收的技术。
下面我将从多个角度来回答这个问题。
1. 原理，再生制动利用电动车辆的驱动电机，将车辆减速时产生的动能转化为电能，通过电机的逆变器将电能转化为直流电，然后存储到电池中。
这样可以减少能量的浪费，提高车辆的能源利用效率。
2. 系统组成，再生制动系统通常由几个主要组件组成，包括驱动电机、逆变器、电池和控制器。
驱动电机负责将车辆动力传递给车轮，并在减速时转变为发电机，产生电能。
逆变器将发电机产生的交流电转换为直流电，以便储存在电池中。
电池则用于储存和释放电能。
控制器负责监测车辆状态和控制能量的流动，以实现最佳的再生制动效果。
3. 工作原理，当驾驶员踩下制动踏板时，车辆的动能会使驱动电机转变为发电机，产生电能。
这些电能经过逆变器转换为直流电，并存储在电池中。
电池储存的电能可以在需要时供给驱动电机使用，以提供额外的动力。
通过这种方式，再生制动系统可以将车辆减速时产生的能量回收并重新利用，从而减少能源的消耗。
4. 优点，再生制动技术具有多个优点。
首先，它可以提高电动车辆的能源利用效率，延长行驶里程。
其次，再生制动可以减少制动片磨损，延长制动系统的寿命，降低维护成本。
此外，再生制动还可以减少对传统刹车系统的依赖，提升制动的稳定性和可靠性。
5. 局限性，尽管再生制动技术有很多优点，但也存在一些局限性。
首先，再生制动的效果受到车辆速度和驾驶方式的影响。
在高速行驶或急加速的情况下，再生制动的效果可能会减弱。
其次，再生制动系统的成本相对较高，这使得电动车辆的售价相对较高。
此外，再生制动系统对电池的负荷较大，可能会影响电池的寿命和性能。
总结起来，再生制动是一种利用车辆减速时产生的动能将其转化为电能并回收的技术。
它可以提高电动车辆的能源利用效率，延长行驶里程，并减少对传统刹车系统的依赖。
然而，再生制动的效果受到车辆速度和驾驶方式的影响，并且系统成本较高，对电池有一定的负荷。
列车再生制动
• 3. 超级电容储能再生制动技术
其次随着储能装置技术的不断发展,大 能量密和功率密度的储能装置不断涌现,这 就为解决再生制动问题开辟了一条蹊径。 可将新型储能装置——超级电容器应用在 城市轨道车辆电器制动系统中,以超级电容 器为储能元件,实现能再生制动的方法应用 于实际。采用 IGBT 为开关元件设计了超 级电容储能再生制动的主电路,以 80C196 单片机为核心,设计储能再生制动系统的控 制电路、保护电路构,对储能再生
•
系统检测直流母线电压，当确定有车辆制动且直流 母线电压超过设置的门槛值时，进入回馈模式。此时装置 将多余的再生制动能量通过各重IGBT变流器以及多重化变 压器回馈到交流中压电网，此时装置内能量的流动方向是 从牵引直流母线流向交流中压电网，且交流中压电网侧的 功率因数接近-1。 • 针对目前城轨供电系统再生制动能量回馈的几个 问题，该方案提出了基于多重化四象限变流器的制动能量 回馈系统。仿真和样机试制表明，该系统可以在满足电网 兼容性要求的前提下实现制动能量回馈至中压电网的功能， 加之所述系统与现有牵引供电系统并列连接，并与中压交 流电网和直流牵引网之间相互间兼容性好，有着较大实际 意义和推广价值。
• 其主要缺点是要设置体积庞大的电容器组 和转动机械飞轮装置作为储能部件，因此 应用实例较少。
列车实施再生制动必须满足以下两 个条件：
（1）再生反馈电压必须高于直流牵引电网电压。 （2）再生制动能量可被本列车的辅助设备吸收利用，也可 提供相邻列车使用。
由上述分析可知：
•
电容储能型或飞轮储能型再生制动能 量吸收装置主要采用IGBT 逆变器将列车的 再生制动能量吸收到大容量电容器组或飞 轮电机中，当供电区间内有列车起动或加 速需要取流时，该装置将所储存的电能释 放出去并进行再利用。该类吸收装置的电 气系统主要包括储能电容器组或飞轮电机、 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。该装置 充分利用了列车再生制动能量， 节能效果 好， 并可减少列车制动电阻的容量。
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列车再生制动能量回收的方法及分析城市轨道交通是耗电大户。
而如何高效利用电能是目前城市轨道交通节能技术的关键问题。
车辆在运行过程中，由于站间距一般较短，因此要求起动加速度和制动减速度比较大，并具有良好的起动和制动性能。
城轨交通供电系统一直采用二极管整流技术实现交流电源到直流牵引电源的转换，特别是采取24脉波整流技术后，与电网的谐波兼容问题得到较好地解决。
该技术虽然可以较好地满足车辆牵引取流的需求，但是此类系统存在以下问题：（1）只能实现能量的单向流动，对于需要频繁起动和制动的地铁、轻轨等交通工具，制动能量的回收有着很大的潜力。
车辆再生制动产生的反馈能量一般为牵引能量的30％甚至更多。
而这些再生能量除了按一定比例(一般为20％～80％，根据列车运行密度和区间距离的不同而异)被其它相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被车辆的吸收电阻以发热的方式消耗掉或被线路上的吸收装置吸收。
如果在一列地铁列车刹车时附近没有其他列车加速运行，那它所回馈的电能中只有30％～50％能被再次利用(尤其是在低电压、高电流的网络系统里)。
如果当列车发车的间隔大于10 min时，再生制动能量被相邻列车吸收重新利用的概率几乎为零。
（2）由于制动电阻的发热引发站台和地下隧道热量积累、温度上升，某些城轨系统隧道温度高达50℃，不得不加大通风设备的容量，造成严重的二次能耗；（3）对于车载制动电阻模式制动电阻增加车体自重造成的电能消耗十分可观；（4）牵引网上同时在线运行的车辆有十几对甚至几十对，负荷的变化造成牵引网压波动严重，不利于车辆平稳、可靠运行。
可见车辆的制动能量至今还是一种没有被很好地开发利用的能量。
目前,在我国大力提倡节能降耗的形势下，城轨供电系统的发展进度已滞后列车车辆技术的发展，多个待建的城市轨道线路，如无锡、苏州、长沙、西安、深圳和广州等多条线路，都提出了对现有牵引供电系统进行技术改造的需求或者是寻求更好的储能装置去回收这些多余的再生能量。
再生制动能量循环利用主要有储能和逆变两种方式:储能所采用的技术主要有蓄电池储能、电容储能、飞轮储能3种;而能量回馈所采用的技术主要是逆变至中压网络和低压网络两类。
首先介绍储能型回收装置(1)蓄电池储能蓄电池储能系统如图所示，该装置是将制动能量吸收到电池介质中，当供电区间有列车需要取流时，再将所储存的能量释放出去，由于蓄电池本身的特点充放电电流小，瞬间不能大功率充放电，所以该装置体积较大电池处于频繁充放电状态将影响其使用寿命，储能容量相对较少。
（2）飞轮储能型采用飞轮储能方式的吸收装置由储能飞轮电机、IGBT斩波器、直流快速断路器、电动隔离开关、传感器和控制模块等组成。
该装置直接接在变电所正负母线间或接触网和回流轨间，其核心技术是利用核物理工业的物质分离衍生技术而制造的飞轮，该装置设置在真空壳体内，飞轮经过特殊材料和加工工艺制成的轴支撑在底部结构上。
近几年，英国UPT电力公司生产的成熟运营的飞轮储能型产品，在香港电力系统、香港巴士公司、英国、纽约部分地铁均有应用。
国内北京大学某实验室有类似的小功率产品研制，但飞轮的机械参数难以达到国外的水平，无法在工程中投入使用。
该产品的优点：有效利用了再生制动能量，节能效益好；并可取消(或减少)车载制动电阻，降低车辆自重，提高列车动力性能；直接接在接触网或变电所正负直流母线间，再生电能直接在直流系统内转换，对交流供电系统不会造成影响。
该产品的缺点：飞轮是高速转动的机械产品，对制造工艺要求很高，需采用真空环境和特殊轴类制造技术，成本较高。
使用寿命是否能满足要求，维护维修是否方便，另外国内无成熟技术和产品等都成为制约其推广的因素。
（3）超级电容储能以已经投入运行的北京地铁5号线为例简单说明超级电容储能的应用。
当具有再生制动能力的车辆在变电站能量存储系统附近释放能量时，牵引网网压上升，能量存储系统的调节器可探测到这种情况，并将牵引网系统中暂时多余的能量存储到电容器中，使牵引网网压保持在限定范围内。
若车辆在变电站能量存储系统附近起动或加速，牵引网网压下降，此时，能量存储系统的调节器将能量从存储系统输送回牵引网系统中，保持牵引网网压稳定。
在直流牵引网的空载状态下，能量存储系统从牵引系统吸收一部分能量，通过这种方式可以帮助车辆起动。
储能系统的基本工作原理如下：+SlAl—Sl为隔离开关，维护设备时，可将系统从干线牵引网隔离开来。
并可使用+SlA2—Q0断路器隔离系统。
+SlA2—QO断路器发生故障导致短路时，熔断器+S1Fl将熔断。
充电时，与+SlA2—QO断路器并联的预充电路(+S 1 A 1—F l、+S1Al—K1和+S1A1—Rl和)将对间接电容器(Czk)进行“软”预充，避免充电冲击电流太大损坏设备。
间接电容器为一组直流滤波电容器。
牵引网产生瞬变电压时，+S3—L 1滤波电抗器将保护能量存储系统。
此外，该电抗器将牵引网和变流单元的谐波电流有效地分隔开来。
+S3—G l、+S3—G2是变流单元的2个变流器模块(图2)，每个变流器模块分别包括2条变流器分路，共4条变流器分路对能量的总量及流向进行调节控制。
+S 3—Fl、+S3—F2、+S3—F3，+S3—F4为带熔断器的手动隔离开关，+S 4—L1、+S4—L2、+S4—L3、+S4—L4为平波电抗器。
进行设备维修时将系统从牵引网隔离出来以后，使用由+S3—V1和S9—R1组成的放电支路对能量存储系统进行放电。
+S5—E1……+S8—E8为储能双层电容器。
双层电容器特点：高动态充电容量，具有频繁充放电能力，免维护，高效率，可分级控制储能容量。
该系统的应用具有明显优势：能量存储系统先进、高性能的控制回路，在实时检测到牵引网的网压波动达到设定的条件后，能够快速地启动充放电装置，对牵引网进行充、放电；而同时由于采用了能够快速进行充放电的双层电容器，整套装置能够对牵引网的电能变化做出及时反应，从而改善牵引网供电质量，满足车辆起动和制动需要。
北京地铁5号线的14座牵引变电所均预留安装再生电能吸收装置，从目前4套再生电能吸收装置的运行情况来看，在改善牵引网供电质量、提高车辆舒适性方面，效果良好，达到了设计目的。
北京地铁5号线变电所的一套再生电能吸收装置设备采购费用为51O余万元人民币，造价昂贵。
因此，在计划采用这种设备时需要考虑经济效益，对近期和长期经济效益、社会效益要综合比较，最终确定是否可行。
随着产品的大规模化生产以及电子产品的飞速发展，类似产品的价格必将大幅下降，相信不久的将来再生电能吸收技术能在地铁领域得到大面积应用，成为轨道交通牵引供电技术发展的方向。
其次是逆变装置以及相关技术（1）逆变至中压网络的应用本方案采用如图1所示原理图。
虚线框中的部分即所提出的再生制动能量回馈系统，从主接线上看，该系统与牵引供电支路并列布置在交流中压电网和直流牵引母线之间。
系统包含1台多重化变压器以及多个四象限PWM变流器模块，整套装置与传统的二极管整流机组并列布置。
系统的多重化变压器一次侧通过高压开关柜QFac与交流中压电网相连，其低压侧每套绕组都与一个四象限变流器模块交流侧相连，四象限变流直流侧则并联在一起后通过直流开关柜QFdc和负极柜QCdc与直流牵引母线相连。
系统检测直流母线电压，当确定有车辆制动且直流母线电压超过设置的门槛值时，进入回馈模式。
此时装置将多余的再生制动能量通过各重IGBT变流器以及多重化变压器回馈到交流中压电网，此时装置内能量的流动方向是从牵引直流母线流向交流中压电网，且交流中压电网侧的功率因数接近-1。
针对目前城轨供电系统再生制动能量回馈的几个问题，该方案提出了基于多重化四象限变流器的制动能量回馈系统。
仿真和样机试制表明，该系统可以在满足电网兼容性要求的前提下实现制动能量回馈至中压电网的功能，加之所述系统与现有牵引供电系统并列连接，并与中压交流电网和直流牵引网之间相互间兼容性好，有着较大实际意义和推广价值。
（2）逆变至低压压负荷网络逆变至低压网络利用再生制动能量逆变回馈装置来逆变多余的再生制动能量,采用直流牵引网的电压作为能量控制策略依据,提出DC/AC变换器电压外环、电流内环的SVPWM控制策略;运用Matlab/Simlulink搭建了一个750V直流电气化铁路等效模型仿真平台,并通过仿真和实验验证了该控制策略的可行性和有效性。
再生制动能量逆变回馈装置能满足地铁列车再生制动能量吸收利用及稳定直流牵引网电压要求,实现车辆再生制动能量回馈利用。
图1示出再生制动能量逆变回馈装置主电路。
该系统由三相交流电源经降压变压器降压后与二极管构成不可控整流来模拟变电所直流牵引供电系统,整流器输出24脉动整流电压到直流牵引供电网,电路后端加入逆变器和电机,通过控制电机运行的不同状态来模拟地铁运行工况,再生制动能量逆变回馈装置并联在直流母线电压端。
在三相静止对称坐标系数学模型中,因为并网逆变器的交流侧均为时变交流量,所以对控制系统的设计比较复杂。
为使控制系统的设计变简单,可通过坐标变换转换到与电网基波频率同步旋转的d,q坐标系下。
这样,经过坐标旋转变换后,三相对称静止坐标系中的基波正弦量将转化为同步旋转坐标系中的直流变量。
这里对电压源型逆变器采用输出电流控制,在与电网电压矢量同步旋转的d,q坐标系下,应用同步矢量电流PI控制器对逆变器输出电流实施闭环控制,实现有功和无功的解祸控制,达到逆变器输出单位功率因数并网的目的。
图2示出DC/AC控制的流程图,采用基于SVPWM的双环控制结构,直流牵引网的电压采用外环控制,而内环控制逆变器输出电流。
外环控制直流牵引网电压,实际直流牵引网电压叽与给定电压叽'的差值作为直流电压PI调节器的输入,其输出作为对应有功功率的d轴电流参考值ia*,通过调节逆变器传送到电网的有功功率,使直流牵引网电压工作在给定参考电压。
内环为电流控制环,在与电网电压矢量同步旋转的d,q坐标系统下,利用两个PI调节器对逆变器输出电流的d,q轴分量进行解祸控制,PI调节器的输出分别为Ud*和Uq*。
根据Ud*和Uq*及电网电压矢量旋转角度的值,利用7段式SVPWM算法即可得三相参考电压Ua，Ub，Uc的调制波形。
设置iq*=0使逆变器输出功率因数为1。
该装置的驱动电路将无桥Boost的PFC和半桥谐振LLC电路有机结合,具有器件少,成本低,无电解电容,控制简单,输入功率因数高等优点。
由上述分析可知：电容储能型或飞轮储能型再生制动能量吸收装置主要采用IGBT 逆变器将列车的再生制动能量吸收到大容量电容器组或飞轮电机中，当供电区间内有列车起动或加速需要取流时，该装置将所储存的电能释放出去并进行再利用。
该类吸收装置的电气系统主要包括储能电容器组或飞轮电机、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。