城市轨道交通能量回馈系统
城市轨道交通再生制动能量利用研究
城市轨道交通再生制动能量利用研究
【摘要】
本文探讨了城市轨道交通再生制动能量的利用研究。在介绍了研究背景、研究目的和研究意义。在讨论了再生制动能量的来源、城市轨道交通再生制动能量的利用方式、再生制动能量利用的技术方案、经济效益和环境效益。结论部分总结了再生制动能量利用的重要性，指出其可以降低能源消耗，提高城市轨道交通系统的可持续性，并提出了未来研究方向。通过本研究，可以更好地利用再生制动能量，增加能源利用效率，减少环境污染，促进城市轨道交通系统的可持续发展。
【关键词】
城市轨道交通、再生制动能量、能量利用、研究、再生制动、技术方案、经济效益、环境效益、能源消耗、可持续性、未来研究方向
1. 引言
1.1 研究背景
研究表明，城市轨道交通系统在行驶过程中产生大量的制动能量，这部分能量会以热能的形式散失。如果能够通过适当的技术手段将这部分能量进行有效捕获和利用，不仅可以减少能源消耗，还可以为系统提供可再生的能源补充。对城市轨道交通再生制动能量的利用进行深入研究，具有重要的理论和实践意义。 在现有文献中，虽然已经有一些关于城市轨道交通再生制动能量利用的研究，但仍然存在一些问题和挑战，如技术手段不够成熟、经济效益有待提高等。本文旨在通过对城市轨道交通再生制动能量的研究，探讨能够提高能源利用效率和减少环境污染的技术方案，为城市轨道交通系统的可持续发展提供理论支持和实践指导。
1.2 研究目的
研究目的是为了探讨城市轨道交通再生制动能量的有效利用方式，从而提高能源利用效率，减少能源消耗。在日益加剧的能源危机和环境污染的背景下，通过充分利用再生制动能量，不仅可以降低城市轨道交通系统的能源消耗，减少对环境的影响，还可以减轻能源压力，提高城市轨道交通系统的可持续性。研究再生制动能量利用的技术方案和经济效益，可以为城市轨道交通运营商提供科学的决策依据，推动城市轨道交通系统向更加环保、节能的方向发展。通过深入研究城市轨道交通再生制动能量的利用，可以为提升城市轨道交通系统的能源利用效率、降低运营成本、改善环境质量等方面提供重要的理论和实践指导。
城市轨道交通可再生制动方案
城市轨道交通可再生制动方案
摘要：城市轨道车辆运行具有频繁启动、制动的特点，机车制动能量的可再生利用已成为了城市轨道交通节能的主要方式。本文对比分析了城市轨道交通可再生制动能量吸收的若干方案，重点分析了基于超级电容的储能型和逆变回馈型可再生制动系统的工作原理和典型拓扑结构。最后介绍了储能-逆变回馈复合型制动方案。
关键词：城市轨道交通；可再生制动；双向直流变换器；逆变回馈
Research on Absorb Project of Regenerative Braking in Urban Rail
Transit
Abstract: Frequent start and braking are the main features of urban rail transportation, and
theregenerative utility of braking energy has been considered as one of the most important
approach to saveenergy of urban rail transit. Some strategies of regenerative braking energy
absorbing is analyzed andcompared in the paper. The principle and typical topological structures
of regenerative braking systembased on energy storage of super capacitors and feedback
inverters are discussed in detail. Finally, thestrategy that combines energy storage and feedback
城市轨道交通再生制动能量吸收装置研究
城市轨道交通再生制动能量吸收装置研究
庞
（长安大学公路学院， 瑾
陕西西安７１００１８） 经济管理
地铁站间距短，车辆起动、制动频率高，频繁制动损失的能量很
大，如何将地铁再生制动能量重新利用已成为地铁领域的一个研究方
向。再生制动能量吸收装置主要有：电阳 削毛型、电容储能型、飞轮储
能型、逆变回馈型四种类型。这四种技术成熟程度不同，各有优劣。
一、再生制动能■吸ＪＩ殳｝茸置
㈠电阻消耗ｌ型
电阻消耗型吸收装置可以分为车载电阻和地面电阻。
车载电阻目前已广泛应用于国内外的轨道交通车辆。当列车再生
制动时，能量回馈至牵引电网，引起牵引电网电压升高，电阻吸收装置
投＾工作，将多余的电能以热能形式散失。
地面制动电阻技术和产品在国外已被广泛应用，国内已实现了国
产化，技术相对成熟。装置的工作原理是结合了斩波器与吸收电阻，斩
波器的作用类似一个“电子开关 ，系统根据再生制动时电网电压的变
化状态，调节斩波器的导通比，实现对吸收功率的改变，使电网电压稳
定在设定范围内，而电阻将多吸收余的电能，并将该部分电能以热能的
形式散失。
㈡电容储能型
电容储能型吸收装置具有储存能量和稳定电压两种功能，储能介
质为大功率电容，工作原理为电容的充放电过程。列车再生制动时，电
容储存多余制动能量：当有列车起动、加速或牵引电网电压较低时，释
放电容中储存的能量。
㈡飞轮储能型
飞轮储能型吸收装置同样具有储存能量和稳定电压两种功能。装
置的工作原理为通 胡－ＪＬ装置的运行 ，改变飞轮的转速，实现能量
的储存和释放过程。当列车再生制动有多余能量需要吸收时，飞轮加快
转动速度储存能量：当有列车起动、加速或牵引电网电压较低时，飞轮
转速 氏，作为发电设备提供能量。
㈣逆变回馈型
逆变回馈型吸收装置直流侧连接于牵引变电所直流母线，交流侧
与交流电网相连。当直流电压变化时，回馈装置判断列车是否处于再生
制动，当列出处于再生制动，并且使直流电压超过规定值时，逆变器投
城市轨道交通供电系统新技术探讨
城市轨道交通供电系统新技术探讨
城市轨道交通作为城市重要的公共交通工具，其供电系统的稳定性和效率对于整个交通系统的运行至关重要。随着科技的不断发展，城市轨道交通供电系统的技术也在不断创新和探索，以适应城市交通的不断发展和变化，提高供电系统的效率和可靠性，同时降低能源消耗和环境影响。本文将从新技术的角度探讨城市轨道交通供电系统的发展趋势和挑战，分析新技术对城市轨道交通供电系统的影响，并展望未来的发展方向。
一、城市轨道交通供电系统现状分析
城市轨道交通供电系统是指通过电力来给地铁、轻轨等城市交通工具供给动力的系统，其主要包括接触网、供电装置、牵引变流器和牵引电机等部分。目前，我国城市轨道交通供电系统基本上采用交流供电方式，接触网通常采用25kV交流电供电，牵引变流器将接触网的交流电转化为直流电，供给牵引电机。这种供电系统具有功率大、传输能力强、效率高等优点，但也存在着能源消耗高、电气设备寿命较短、维护成本高等问题。
在城市轨道交通运营中，供电系统的稳定性和可靠性对于列车的正常运行具有重要影响。传统的供电系统在面对城市交通线路复杂、运营密集的情况下，往往难以满足对供电质量和效率的高要求。而随着城市轨道交通的快速发展，传统供电系统的局限性已经凸显出来，亟待新技术的引入和创新，以应对城市轨道交通供电系统的挑战。
1. 供电系统智能化技术
随着信息技术的飞速发展，智能化技术已经成为城市轨道交通供电系统改造的重要方向。智能化技术通过对供电系统的监测、控制和管理，实现对供电系统运行状态的实时监测和分析，并能够智能化地对故障进行诊断和处理。比如利用传感器、物联网技术等实现对接触网、供电装置等设备的在线监测，及时发现故障隐患，避免故障对列车运行的影响。智能化技术还可以实现对供电设备的远程控制和优化调节，改善供电系统的运行效率和稳定性。
为了降低城市轨道交通供电系统的能源消耗和环境影响，高效节能供电技术已成为供电系统改造的重要方向之一。采用新型的高效节能牵引变流器、牵引电机等设备，改善供电系统的能效和性能，降低能源消耗和电能损耗。在供电系统设计和运行中，可以采用能量回馈技术，将列车减速制动释放的能量回馈到供电系统中，提高能源利用效率。
城市轨道交通供电系统的节能措施与经济运行
城市轨道交通供电系统的节能措施与经济运行
城市轨道交通供电系统是指城市地铁、轻轨等城市轨道交通系统的电力供应系统。该系统的节能措施与经济运行关系到城市轨道交通的能源消耗和运营成本。下面给出城市轨道交通供电系统的节能措施与经济运行的相关内容。
一、节能措施
1. 采用高效、节能的供电设备：对城市轨道交通系统中的供电设备进行更新换代，采用高效、节能的变电站、牵引变压器和牵引逆变器等设备，提高能源利用效率。
2. 优化供电系统布局：合理设计供电系统的布局，减少线损和电能损耗，提高供电系统的输电效率。
3. 采用能量回馈技术：将制动过程中产生的电能回馈到电网中再利用，减少能量的浪费。
4. 采用智能能源管理系统：通过对供电系统和电网的监控和管理，实现对能源的合理调度，降低能耗。
5. 使用高效照明设备：在车站和隧道等场所使用高效节能的照明设备，减少能源消耗。
6. 合理规划列车运行方案：合理规划列车的起止站和停靠站，以减少能源的浪费。
二、经济运行
1. 降低能源成本：通过节能措施的实施，减少能源消耗，降低能源成本。
3. 提高运输效率：通过提高供电系统的运行效率和设备的使用率，提高城市轨道交通系统的运输效率，增加收入。
4. 减少维修成本：通过对供电系统的设备进行定期检修和维护，及时发现设备故障并及时维修，减少维修成本。
5. 降低环境污染：城市轨道交通是一种清洁的交通方式，通过减少能源消耗和减少尾气排放，降低环境污染，提升城市形象。
城市轨道交通供电系统的节能措施与经济运行密切相关。通过采取适当的节能措施，可以降低能源消耗和运营成本，提高城市轨道交通系统的经济效益和运行效率。这也符合可持续发展的要求，对保护环境和改善居民出行环境有着积极的意义。
阵列式飞轮储能在轨道交通领域的应用
阵列式飞轮储能在轨道交通领域的应用
摘要：轨道交通行业电力成本较高，阵列式飞轮储能是一种新型能源反馈装置，通过电能与机械能的相互转化，实现轨道交通领域的大幅度节能目标。
关键词：阵列式飞轮储存系统能量回馈
目前轨道交通正处于建设运营的快速发展期，运营成本也日益增加，其中电力费用约占运营成本的30%～40%，牵引功耗约占地铁运营总电量的50%地铁列车制动时产生的能量约占牵引总电量的10%～20%。
在国家“煤达峰、碳中和”的号召下，未来节能减排、成本减排高效需求旺盛，地铁高效节能技术迫在眉睫。近年来，各地城市轨道交通的节能消费已成为本行业非常热门的研究课题。地铁列车再生制动能源利用装置由最初的阻力能耗型装置发展到近两年流行的逆变器反馈吸收型，再生制动能源回收利用技术在工程领域不断突破和创新。
阵列式飞轮储能是指电能与机械能间双向转换，阵列式飞轮储能装置将从外部吸收电能的大部分通过电机转换成阵列式飞轮的同频率旋转的机械动能并在短时间内进行储能，当外部环境需要电能时，通过阵列式发电机将飞轮动能转化为电能，运用于外部负荷。飞轮空载运行时，整个系统仅以最小维持转速运行，以保持低能耗。飞轮储能技术的节能效果出类拔萃，主要用于军工航天产业，在我国国内地铁还没有广泛的规模化应用。
目前，我国城市轨道交通已进入全面快速发展的新阶段，我国经济发展进入新常态，节能形势依然严峻，技术创新是主流趋势，随着阵列式飞轮储存技术发展成熟城市轨道交通再生制动能量回收技术将迎来进一步创新。
本文通过研究城市轨道交通的运行特点和列车数据，研究适合地铁运行环境的飞轮储能系统，并通过优化控制方法，使飞轮储能系统具备更高的节能效果，并稳定牵引系统的网压可以提高地铁列车供电系统的可靠性。 1阵列式飞轮储能技术的原理与特点
阵列式飞轮储能装置以多个并联高速运行飞轮作为能量短时储能介质，利用电机和发电机，通过混合动力功率控制系统，实现动能和电能的相互转换，从而充放电。阵列式飞轮储能装置储能时，电能通过ACDC/CDC功率变换器高频驱动电机，电机驱动多台并联飞轮加速旋转，多台飞轮以机械能形式短时间储能完成从电能到机械能转换的储能过程，能量使飞轮本体高速旋转，飞轮本体为真空，因此高速旋转的机械能损耗几乎可以忽略不计。接着，电动机在接收到下一个机械能量释放控制信号之前维持一定系统转速，控制信号根据实际的电压状况设定阈值在释放能量时，保持高速旋转的飞轮拖动电机发电，通过DCDC功率转换器输出系统所需的电流和电压，完成机械能向电能转换的能量释放过程。由此，整个阵列式储能飞轮系统实现了电能的输入、存储和输出过程。阵列式飞轮储能技术与其他类型储能技术相比，具有无噪音、储能大、功率大、效率高、无污染、适用广、维护简单、模块化设计制造等优点。
列车再生制动能量回收方法及研究分析
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1 / 9 列车再生制动能量回收地方法及分析
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地关键问题.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，并具有良好地起动和制动性能.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地转换，特别是采取24脉波整流技术后，与电网地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地需求，但是此类系统存在以下问题：
（1）只能实现能量地单向流动，对于需要频繁起动和制动地地铁、轻轨等交通工具，制动能量地回收有着很大地潜力.车辆再生制动产生地反馈能量一般为牵引能量地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地不同而异)被其它相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被车辆地吸收电阻以发热地方式消耗掉或被线路上地吸收装置吸收.如果在一列地铁列车刹车时附近没有其他列车加速运行，那它所回馈地电能中只有30％～50％能被再次利用(尤其是在低电压、高电流地网络系统里).如果当列车发车地间隔大于10 min时，再生制动能量被相邻列车吸收重新利用地概率几乎为零.b5E2R。
（2）由于制动电阻地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地容量，造成严重地二次能耗；p1Ean。
（3）对于车载制动电阻模式制动电阻增加车体自重造成地电能消耗十分可观 ；
（4）牵引网上同时在线运行地车辆有十几对甚至几十对，负荷地变化造成牵引网压波动严重，不利于车辆平稳、可靠运行.可见车辆地制动能量至今还是一种没有被很好地开发利用地能量.DXDiT。
目前,在我国大力提倡节能降耗地形势下，城轨供电系统地发展进度已滞后列车车辆技术地发展，多个待建地城市轨道线路，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地需求或者是寻求更好地储能装置去回收这些多余地再生能量.再生制动能量循环利用主要有储能和逆变两种方式:储能所采用地技术主要有蓄电池储能、电容储能、飞轮储能3种;而能量回馈所采用地技术主要是逆变至中压网络和低压网络两类.RTCrp。
城市轨道交通的能源利用效率
城市轨道交通的能源利用效率
城市轨道交通作为现代城市交通的重要组成部分，其能源利用效率直接关系到城市的可持续发展和环境保护。随着城市化进程的加快，城市轨道交通的能源消耗问题日益凸显，提高其能源利用效率成为亟待解决的问题。
一、城市轨道交通能源利用现状
城市轨道交通系统主要包括地铁、轻轨、有轨电车等，它们在缓解城市交通拥堵、减少环境污染方面发挥着重要作用。然而，随着轨道交通线路的不断扩展和运营里程的增加，能源消耗量也随之上升。据统计，城市轨道交通系统的能耗主要来源于车辆牵引、空调系统、照明系统、车站设备等方面。
1.1 车辆牵引能耗
车辆牵引能耗是城市轨道交通系统能耗的主要部分，约占总能耗的50%以上。牵引能耗与车辆的运行速度、载客量、线路条件等因素密切相关。随着列车运行速度的提高和载客量的增加，牵引能耗也会相应增加。
1.2 空调系统能耗
空调系统是城市轨道交通系统中能耗较高的部分之一。由于地下车站和隧道环境相对封闭，需要通过空调系统来调节温度和湿度，保证乘客的舒适度。空调系统的能耗与车站规模、乘客流量、室内外温差等因素有关。
1.3 照明系统能耗
照明系统是城市轨道交通系统中不可或缺的一部分，它为乘客提供了必要的照明条件。随着LED等节能照明技术的广泛应用，照明系统的能耗有所降低，但仍占有一定比例。
1.4 车站设备能耗
车站设备包括自动售票机、自动检票机、电梯、扶梯等，这些设备的运行也需要消耗一定的能源。随着智能化技术的发展，车站设备的能耗有望进一步降低。
二、提高城市轨道交通能源利用效率的措施
为了提高城市轨道交通的能源利用效率，需要从多个方面入手，采取综合性的措施。
2.1 优化车辆设计
优化车辆设计是提高能源利用效率的重要途径。通过采用轻量化材料、优化车辆结构、提高牵引系统效率等措施，可以有效降低车辆的能耗。例如，采用碳纤维等轻质材料可以减轻车辆自重，降低牵引能耗；优化车辆结构可以减少空气阻力，提高运行效率。
城市轨道交通制动能量的回收方案
中国科技信息２０１ ４年第１ ９，２０期合刊 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｏｃｔ．２０１４ 李国玉 资源环境技术推广 孚国玉 李国玉，工程师，青岛地铁集团有限公司，从事供电专业技术管理和工程建设工作。 介绍了目前城市轨道交通车辆再生制动能量回收利用的几种方法，即电阻耗能型、 飞轮储能型、电容储能型和逆变回馈型四种方法，并分析比较了四种系统方案的优缺点 及经济效益。重点分析了逆变回馈型再生制动能量回收利用方案。采用逆变回馈型制动 能量回收装置，不仅可以回收再利用制动能量而且可以稳定牵引网电压，是未来工程应 用的主要方向。 ＤＯＩ：１Ｏ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８９７２．２０１４．１９．０１４ 城市轨道交通制动能量的回收方案 在２１世纪，城市轨道交通将是绿色的节能环保型交通 方式。在轨道交通系统中，车辆的能耗占整个系统能耗的 ５０％甚至更多，所以，减少车辆的能耗将符合我国的可持续 发展节约型社会，对轨道交通的可持续发展也产生重要影响。 目前，在国内给机车供电的直流接触网大多是采用二 极管整流得来的，有１２脉波和２４脉波。当机车制动时， 将再生制动的能量回馈到直流牵引网，使直流电网的电位 升高；当直流电压大干牵引网的电压时，多余的这些再生 制动能量除了被其他相邻的机车吸收使用外，剩余能量主 要被车载制动电阻消耗掉，以发热的方式释放出去。因此， 再生制动能量不能得到有效的利用。随着电力电子技术的 飞速发展，轨道交通机车制动能量的回收方案也有很多种， 机车的制动能量可以转换为电能回收再次利用，如果可以 从系统设计方面着手，使机车再生制动时的二次电能得到 充分利用，则轨道交通系统可以节约非常可观的能源，对 城市轨道交通的节发展产生重要影响。 机车制动能量回收利用方法与原理 目前，国内外对机车制动能量的回收方案均有一定的 研究，主要的方法有：电阻消耗型、飞轮储能型、电容储 能型、逆变回馈型。 电阻消耗型 电阻消耗型再生制动能量回收装置主要元件是ＩＧＢＴ 斩波器和吸收电阻，通过它们之间的配合实现恒压吸收， 如图１所示，通过监测直流接触网上电压的变化来实时控 制ＩＧＢＴ斩波器的导通比，从而改变电阻的消耗功率，将 直流接触网的电压维持在某一设定的范围内，并将机车制 动的能量消耗在吸收电阻上。 飞轮储能型 飞轮储能型吸收装置的主要功能元件是ＩＧＢＴ斩波器、 储能飞轮电机、电动隔离开关、直流快速断路器、控制模 块和传感器等。飞轮储能型制动能量吸收装置主要是利用 飞轮机旋转的惯性，通过电动机将机车制动的能量转化为 飞轮机的动能储存起来。装置通过检测变电所的直流空载 电压和接触网母线电压，来判断机车再生制动的能量是否 被本车的动力设备或相邻车辆吸收完。如果检测测到变电 所还有多余的制动能量，飞轮机将加速旋转，将电能储存 为动能；如果检测到附近本机车启动或附近有列车经过， 一４９一 飞轮机将减少转速，又将储存的动能转化为电能释放给直 流接触网。装置示意图如图２所示。 电容储能型 超级电容的应用比较广泛，所以利用超级电容来回收 机车的制动能量是可取的，电容储能装置是将多个超级电 容元件单体通过串、并联构成一个满足所需容量的电容器 组，电容储能装置除了超级电容组之外还有直流快速断路 器、双向ＤＣ／ＤＣ变换电路、控制电路和电压电流传感器等， 用来控制电容器组的充、放电，其装置原理图如图３所示。 电容储能装置的工作原理是通过检测电压传感器测量到的 直流接触网的电压信号，来决定电容器的充、放电模式， 这两种工作模式可以实现自动切换，电容储能装置不仅可 以充分回收机车的再生制动能量能，同时还可以稳定牵引 网的电压，从而改善接触网供电效果。 逆变回馈型 逆变回馈型再生制动能量吸收方案采用ＰＷＭ逆变 相 系 统 图１ 电阻消耗装置原理图 Ｉ ｌ 图２
地铁车辆再生制动能量利用方案
地铁车辆再生制动能量利用方案
摘 要: 现在, 节能减排已成为中国基础国策, 建设低碳型交通基础设施、 推广应用低碳型交通运输装备是城市轨道交通建设者责任。地铁因为站间距比较短, 制动频繁、
列车起动, 考虑各钟车型、 站距、 编组、 发车间隔等差异,
列车电制动时产生再生能量可达成牵引能量40%以上。充足利用列车再生能量将节省大量能量, 产生效益可观, 为节能减排做出贡献。西安市地铁已经运行1、 2号线, 在建3、 4、
5、 6号线, 怎样在确保线路运行安全前提下, 提升供电水平,
同时为城市节能减排做出贡献, 是我们必需考虑问题。
关键词: 轨道交通; 列车制动; 能量回馈
1 传统列车车载制动电阻方案存在问题
现在中国外城市轨道交通动车组列车均采取VVVF牵引/制动系统, 采取交流电机驱动列车, 制动系统普遍采取空气制动和电制动混合形式。列车在运行时, 牵引系统将电能转为机械能, 使机车开启加速; 在制动时, 一部分采取电制动,
将机械能转为电能使列车制动, 另一部分采取空气制动, 经过刹车闸瓦与车轮踏面摩擦而产生制动使列车减速。传统列车上设置了车载制动电阻。当列车制动时, 首先采取再生制动方法, 列车电机从电动机状态转换为发电机状态, 将机械能转换为电能返回到牵引网系统, 返回到牵引网系统能量部分被相邻列车吸收, 因为线路行车密度等多个原因, 很大部分能量不能被回馈, 此时大量电能量得不到释放, 将会使系统供电网电压急剧上升, 为此列车上设置了制动电阻, 将这部分能量经过电阻变成热能吸收, 稳定系统电压。电阻所转化热能, 车站环控专业经过隧道活塞风、 车站轨顶排风和车站轨底排风, 将热量排出车站外。
车载制动电阻使用即使方便, 但也有缺点: （1）列车制动电阻吸收再生制动能量转换为热能白白消耗了, 没有起到节能减排作用。（2）列车制动电阻吸收再生制动能量转换为热能散于隧道内, 即使部分能够经过隧道活塞风排出隧道,