地铁制动能量回收超级电容储能系统 实例设计
北京地铁再生制动能量吸收装置节能效果对比分析
2021年5月（总第415期）·43·研究与交流STUDY AND COMMUNICATIONS第49卷Vol.49第5期No.5铁道技术监督RAILWAY QUALITY CONTROL收稿日期：2020-12-29作者简介：白宣，工程师0引言近几年，北京城市轨道交通快速发展，耗电量也随之大幅度增加，地铁列车再生制动能量能否充分有效地回收利用是当前亟待解决的问题。
随着科技进步，各种再生制动能量吸收装置逐步应用于北京城市轨道交通，用来回收利用再生制动能量。
因此，对各种类型再生制动能量吸收装置的实际运行、节能效果开展评估十分必要。
1再生制动能量吸收装置分类和特点北京地铁应用的再生制动能量吸收装置主要有以下3种类型：电阻耗能型再生能量吸收装置（以下简称“电阻耗能型装置”）、逆变回馈型再生能量吸收装置（以下简称“逆变回馈型装置”）、储能型再生能量吸收装置（以下简称“储能型装置”）等。
1.1电阻耗能型装置电阻耗能型装置根据再生制动时母线电压的变化，用斩波器和吸收电阻配合，通过电阻消耗制动能量，通过调节斩波器导通比，达到改变吸收功率的目的。
这种装置控制简单，应用成熟，斩波单元、电阻单元已实现模块化，维护维修方便。
电阻耗能型装置设置在直流牵引系统内，与供电系统其他部分之间无接口，保护设置简单，对供电系统其他部分无谐波和电压影响，是最早一批在北京地铁投入使用的再生制动能量吸收装置，主要应用于6号线、8号线、15号线、昌平线、房山线、亦庄线、机场线。
电阻耗能型装置只能将再生制动能量转变成热量，不能回收利用再生电能，无节能效果。
同时，电阻散热会导致环境温度上升。
这种装置安装在地下变电所内，电阻柜需单独放置，设备间北京地铁再生制动能量吸收装置节能效果对比分析白宣（北京市地铁运营有限公司，北京100044）摘要：介绍北京地铁再生制动能量吸收装置的分类和特点，选取北京地铁9号线低压逆变回馈型装置，10号线中压逆变回馈型装置，8号线德茂、瀛海站电容型储能装置和房山线广阳城站飞轮储能型装置的用电和节能数据，对比分析不同类型再生制动能量吸收装置的节能效果。
城市轨道交通超级电容储能系统的EMR建模与仿真
城市轨道交通超级电容储能系统的EMR建模与仿真赵亮;刘炜;李群湛【摘要】超级电容储能系统应用于城市轨道交通可有效地存储和再利用再生制动能量,稳定网压.给出了非隔离DC/DC变换器大功率超级电容储能装置模型,对储能装置的主要参数:超级电容器组、储能电感和滤波电容进行设计.在此基础上引入了能量宏观表达法(EMR)对列车牵引传动系统建模,并借助"反转原则"得到系统控制方法,在Matlab/Simulink平台上建立了车载超级电容储能系统的仿真平台,仿真结果验证了储能系统主要参数设计的合理性和控制策略的可行性.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2016(040)001【总页数】5页(P124-127,165)【关键词】城市轨道交通;超级电容;双向DC/DC变换器;能量宏观表达法【作者】赵亮;刘炜;李群湛【作者单位】西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TM53轨道交通在现代化大城市中起着越来越重要的作用，凭借其便捷、高效、充分利用城市有限空间等优点得到广泛应用。
但同时城市轨道交通又具有站间距短、制动频繁、耗能大等特点。
据国外统计数据显示，虽然列车启动会消耗大量电能，但再生制动却会回馈46％的电能[1]。
如果将这部分能量有效地回收利用，将会极大地节省电能，保护环境。
由多个同型号的电容单体通过串并联方式组成的超级电容器组具有功率密度高、循环寿命长、充放电时间短的优点，在大功率、短时的储能应用场合得到了广泛应用[2]。
基于超级电容储能的地铁车辆已经在2004年后投入运行，德国西门子公司研制的超级电容储能器SITRAS SES和庞巴迪公司的MITRAC Energy Saver在实际应用中达到了较好的节能效果，既降低了轨道交通系统运营成本，又减轻了城市电网负担。
轻轨车储能再生制动系统电路型式及主要技术参数的确定
３ ３ 电感 ￡ ． 的确 定
由于本 系统 Ｐ ＷＭ 控 制 采 用 较 高 的工 作 频 率
（ 于 ２ｋ ｚ ， 大 Ｈ ） 一个 Ｐ ＷＭ工 作周期 较短 ， 超级 电容
器容量很 大 ， 而且直 流环节支撑 电容也 具有很 大 的
容 量 ， ３所 示 的超 级 电容 器 放 电时 的 电流实 图 验波形 表明 （ 实验工 况为 Ｕ ＝９ Ｖ， ６ ， ＝５Ａ， ＝ Ｃ ３ ； ＝２ｍＨ， ０Ｆ Ｌ 方波 为 集 电极 一发 射 极 间 的 电压 波形 ， 角波 为超级 电容器 充放 电电流波 形 ， 三 △ １ 厂 Ｈ ） 在 一 个 斩 波 周 期 内 ， ， Ａ， ＝２ｋ ｚ ， 电流 的 变化 基本 是线 性 的 ， 见 在 一 个 斩 波周 期 内超 级 可 电容 器及 直流 环 节 支 撑 电 容 的 电压 的变 化 很 小 ． 本 系统对 超级 电容 器工 作 电流 的平 稳性无 特 殊要 求， 因此 只要有 效 控 制 超 级 电 容 器充 电 电流 的平
再次利 用 ．
１２ 储 能 制动 变流 器结构 ．
２ 储 能 制 动变 流 器 的控 制 方式
为实现 对储 能制 动 变 流 器 的有 效 控 制 ， 计 设
了 以 ８Ｃ ９ Ｋ ０ １６ Ｃ为 核心 的储 能再 生 制 动变 流器 控 制 系统 ， 用 ８ Ｃ ９ Ｋ 利 ０ １６ Ｃ的 高 速 输 出功 能 实 现 对 储 能 制动变 流 器各 开 关 元 件 的控 制 ， 以牵 引逆 变
配置 灵活 、 免维 护 ． 超级 电容器 可 以存 储 非 常高 的 能量并 且 可 以在 极 短 的时 间 内 释放 出 ， 这种 电容
分动 能若 通过 再 生 制 动被 回 收利 用 ， 运 行 能 耗 则 将大 幅度 降低 ． 目前 轻轨 车 电气 制 动 包 括 再 生 制 动 、 电阻 制
再生制动技术
轨道车辆再生制动技术班级：车辆91姓名：宋清华学号：09015017一、目前我国城市轨道车辆制动方式城市轨道车辆不同于铁路传统干线客车，它有其自身特殊的性质。
铁路传统干线客车属于动力集中牵引形式，牵引动力只能由机车提供，而制动则是由机车和车辆的空气制动机来完成，属于自动式空气制动。
并且干线铁路客车运行时停车站间距都比较大（一般情况下普通旅客列车站间距大约在30-70公里，特快旅客列车站间距一般在200-400公里），起动和制动不是很频繁。
其能量主要是用来克服列车运行中的阻力。
能量利用率较高，降低能量也比较困难。
但是城市轨道车辆的运行情况则不然。
城市轨道车辆运行的线路一般站间距都很短，一般是一公里至几公里不等。
由于站间距短，列车的起动和制动都很频繁。
所以，大部分电能是用来提高列车的机械能，而客服列车运行基本阻力的能量所占比率较低。
不难看出，由于城市轨道车辆运行的特殊性，其列车制动系统也不能简单的照搬干线铁路客车的制动系统模式。
而应该是一套操纵灵活，作用迅速，停车平稳、准确和制动力大的一整套复杂的联合制动系统。
为了满足上面提出的要求，近年生产的城市轨道车辆的制动系统都是采用了以电制动为主，空气制动为辅的电空联合制动方式。
列车实施常用制动时，首先进入电制动工况，降低列车运行的速度。
由于低速时的制动力控制起来较为困难，当列车的速度很低时切除电制动，最后通过空气制动，实现对标停车。
而紧急制动时，仅仅是空气制动起作用。
其制动模式与高速动车组的制动形式相类似。
由于城市轨道车辆是由直流600V、750V或者1500V接触网提供电能而驱动列车的，它的动车装有数台牵引电机，这就为采用电制动提供了基本条件。
电制动有再生制动和电阻制动两种形式：再生制动时将列车的动能通过牵引电机（牵引电机工作于发电工况，产生制动转矩）转化成电能，在其反馈电压高于电网电压时，反馈给电网，供给同一供电臂内其他列车使用。
当发电机发出的电能电压低于网压或者网压超出额定上限值不允许反馈时，则无法馈送到电网上去，这部分电能则要通过电阻变成热量散失到大气中，这就是电阻制动。
制动能量回收系统的工作原理
制动能量回收系统的工作原理
传统的汽车制动系统在制动时，使用制动盘或制动鼓与刹车片或制动鼠爪摩擦产生摩擦热量，将动能转化为热能散失到空气中。
而制动能量回收系统通过增加电动机和储能装置，实现对制动能量的回收和存储。
首先，当驾驶员踩下刹车踏板时，制动系统开始工作。
与传统的制动系统不同，制动能量回收系统会优先使用电动机进行制动。
电动机会改变工作方式，从驱动模式转换为发电模式，并将机械能转化为电能。
其次，转化为电能的能量会通过电动机控制器转化为电流，并流入储能装置中进行储存。
储能装置可以是电池、超级电容器或其他储能设备。
这些设备能够将电流转化为化学能或电势能存储起来，以便在需要时再次释放能量。
然后，储能装置将储存的电能保存起来，以备将来使用。
这样，当驾驶员需要加速或继续行驶时，保存在储能装置中的电能可以被释放，并由电动机转化为机械能驱动车辆。
这样就达到了回收能量并再利用的目的。
最后，制动能量回收系统通过循环运作，不断地将制动能量转化为电能并储存起来。
通过这种方式，能够减少车辆行驶时的能量损失，提高能源利用效率，减少对化石燃料的依赖。
制动能量回收系统的工作原理提供了一种可持续发展的解决方案，对节能减排、改善车辆燃油经济性和减少环境污染等方面有着积极的影响。
它可以应用于各种类型的交通工具，如电动车、混合动力车辆和燃料电池汽车等，并逐渐成为汽车行业的发展趋势之一
总之，制动能量回收系统通过将制动能量转化为电能并存储起来，实现能量的回收和再利用，提高车辆能源利用效率。
随着技术的发展和应用的推广，制动能量回收系统将为交通运输领域带来更多的创新和改进。
电气工程师的创新解决方案能量回收技术
电气工程师的创新解决方案能量回收技术电气工程师的创新解决方案：能量回收技术随着科技的不断进步，能源的高效利用越来越受到人们的重视。
作为电气工程师，拥有创新的解决方案对于能源回收技术的研究至关重要。
在本文中，我们将探讨电气工程师在能量回收技术方面的创新解决方案，并说明其对于可持续发展和能源效率的重要性。
一、背景介绍能量回收技术，又称能量再生技术，是指通过各种方法将废弃的能量转化为可再利用的形式。
电气工程师在这一领域中发挥着重要的作用，他们通过创新的工程设计和技术应用来解决能源浪费和环境污染问题。
二、机械能回收技术机械能回收技术是利用机械装置将能量从废弃物或运动中回收的一种方法。
电气工程师可以设计和开发用于能量回收的机械装置，例如回收制动能量的制动能量回收系统。
该系统通过转换被车辆制动时产生的能量，并将其存储在电池或超级电容器中，以供其他系统使用。
三、热能回收技术热能回收技术是将废热能转化为有用能源的一种方式。
在工业生产和能源供应过程中，大量的热能被浪费。
电气工程师可以利用创新的热能回收技术，例如封闭式热能回收系统，将废热能转化为电能或其他可用能源。
这种技术不仅可以提高能源使用效率，还可以减少环境污染。
四、光能回收技术光能回收技术是将可见光、太阳能等形式的光能转化为可利用能源的一种方法。
电气工程师可以运用创新的光能回收技术，例如光伏系统，将太阳能转化为电能。
这种技术广泛应用于太阳能发电领域，并且在建筑物的能源管理中也有着重要的作用。
五、电能回收技术电能回收技术是指将电能从废弃电子设备或电子系统中回收再利用的一种方法。
电气工程师可以设计和开发电能回收系统，例如从计算机或手机充电器等设备中回收废弃电能，并将其转化为可用电能。
这种创新的回收技术可以提高电能利用效率，减少不必要的能源浪费。
六、创新解决方案的意义电气工程师的创新解决方案对于能源回收技术的发展至关重要。
通过改进现有的回收技术和开发新的回收技术，我们可以更有效地利用能源资源，减少能源消耗对环境造成的影响。