再生制动能量吸收装置在地铁的应用
再生制动能量吸收装置在地铁的应用
发表时间：2017-08-04T10:58:59.653Z 来源：《电力设备》2017年第11期 作者： 于志永
[导读] 摘要：再生制动能量吸收装置是把地铁车辆在制动产生的能量反馈到电网上，确保车辆再生制动的安全稳定
（青岛地铁集团有限公司 山东青岛 266012）
摘要：再生制动能量吸收装置是把地铁车辆在制动产生的能量反馈到电网上，确保车辆再生制动的安全稳定。本文分析了该装置工作原理，对其在地铁应用制定了详细的操作顺序，根据实际维修经验有针对性的制定出该设备的快速维修法。通过我对该设备制定的操作顺
序、快速维修法使制动能量吸收装置的操作失误率、设备故障维修率大大降低，设备始终运行在最佳状态。
关键词：再生制动能量吸收装置 操作顺序
1、概述
随着我国城市轨道交通建设的迅速发展，地铁及轻轨电动客车控制技术也得到长足的进步。在国外，为减少车载设备，抑制地铁洞内温度的升高，一般在车上不设置全功率电阻制动装置，而在运营线的每个供电所设置一套总的功率吸收设备。电阻吸收方式是目前国外应
用得比较普遍的方案。该方案控制简单、工作可靠、应用成熟、功率组合方便；采用斩波调阻控制系统实现对电网恒压调节，有较地控制
了车辆再生制动时可能引起的制动过电压；但是，由于电阻吸收是将再生能量消耗，所以，再生能源没有充分利用。采用电阻-逆变混合吸
收的模式，将再生能量逆变成380V 电能回馈至380V电网系统，实现了节能，同时考虑到380V电网的容量，在大的再生能量吸收时，逆变
吸收不了的能量，由电阻吸收，确保车辆再生制动的安全稳定。而且该方案设备投资较小，性价比高。
2、再生制动能量吸收装置工作原理
电阻–逆变混合型制动能量吸收装置原理如图1所示。由隔离开关柜、斩波控制柜、逆变控制柜、电阻柜、隔离变压器柜等部分组成，具体功能如下：隔离开关柜：执行能量吸收系统与直流电网的接通和分断、承担系统的滤波功能。斩波控制柜：执行能量吸收设备的控
制、保护与监控；执行与上级控制系统的通信；执行能量吸收设备投入与退出判断；承担电阻吸收能量时的控制。逆变控制柜：执行逆变
能量吸收；自动跟踪并网；根据直流电网电压的变化调节逆变输出电流。电阻柜：执行电阻吸收能量时再生能量的消耗。隔离变压器柜：
执行直流电网与400V交流电网的隔离。
图1 电阻‒逆变制动能量吸收装置原理图
当列车再生制动时．电压升高到需要外部设备来吸收时，电阻‒逆变混合型制动能量吸收装置(以下简称：混合型装置)启动。逆变器率先投入，将再生电能逆变成三相交流电并馈人车站40OV配电网，由动力照明负荷利用。当列车制动能量较大，再生能量超出逆变器容量时
(表现为线网电压升高至某一限值)，电阻投入，与逆变器共同吸收再生能量；当再生能量下降至逆变器吸收范围内时(表现为线网电压下降到某一限值)，电阻退出，仍由逆变器独自吸收再生能量。当线网电压下降至无需外部设备吸收再生电能时，混合型装置系统停止吸收。装
置根据再生能量的大小自动调节吸收电流的大小，维持线网电压恒定。线路上无车辆制动或制动能量不超过吸收启动值时，装置不启动。
在制动能量吸收的过程中，逆变器始终工作，而电阻只是作为逆变器的功率补充，在逆变器达到容量最大值后才启动，绝大部分制动能量
由逆变器回馈至400V电网，实现了大部分能量的回收。
再生制动能量吸收装置正常工作时的配置：
（1）、当地铁车辆额定电压等级为DC1500V时，车辆车重（整列）不能超过720T，制动减速度按照1m/s，制动初始速度为
80km/h，20s短时功率为7693kw，额定吸收功率为3096kw，允许电网电压波动范围DC1100V-1800V。
（2）、当地铁车辆额定电压等级为DC750V时，车辆车重（整列）不能超过470T，制动减速度按照1m/s，制动初始速度为80km/h，
20s短时功率为4757kw，额定吸收功率为1892kw，允许电网电压波动范围DC500V-900V。
3、地铁线再生制动能量吸收装置操作顺序
为防止操作者因操作失误使设备不能正常投运或损坏设备，根据多年的操作与维修经验，制定出针对再生制动能量吸收装置的操作顺序。此操作顺序一经推出以来，因操作不当引起的设备故障率降为零。
以下是试验线再生制动能量吸收装置操作顺序：
（一）、开机程序：
（1）、根据车上要求，把电阻柜转换开关切换到相应制式（750v/1500v），并把隔离开关柜750 v、1500v制式转换开关SM1切换到相应制式。
（2）、把隔离开关柜上触摸屏内变压器分接头接法，按主回路变压器分接头接法连接。调整变压器分接头位置的用户名是：“USER”，密码是：“111111”。
（3）、闭合隔离开关柜里断路器DZ，确认DC220控制电源合闸
（4）、按隔离开关柜面板上控制合闸按钮（SB1）；控制合闸指示灯（HL6）亮。
（5）、如果有报警音响及故障指示,按报警音响解除按钮(SB7)解除音响按故障复位按钮(SB8)复位。检查触摸屏上是否有报警信息。按故障复位按钮后，报警信息消失说明故障解除;如果故障仍然存在，按故障复位按钮后报警信息仍显示，按照说明书故障工况操作排除故
障。
（6）、开启电阻柜风机电源。
（7）、闭合能耗柜断路器QF（在直流室）。
（8）、预充电接触器和主接触器合闸由程序自动控制闭合，不需要人工合闸。主接触器闭合后，主接触器合闸指示灯HL3亮。完成以上操作，系统即进入待机运行状态。
（二）、断电程序：
（1）、断开能耗柜断路器QF（在直流室）。
注意：电动隔离开关一般不用分开，只有在检修时，为安全起见，才分开电动隔离开关。
（2）、断开电阻柜风机电源。
（3）、断开隔离开关柜断路器DZ。
4、结论
电阻－逆变混合再生制动能量吸收装置的应用，将本应被消耗的能量最大限度地实现回馈，符合国家的节能减排的产业政策，有利于保护环境，节约了能源，降低了电耗。电阻－逆变混合再生制动能量吸收装置的应用，将大幅度消除电阻制动所散发热量，大大降低了地
铁洞内温升，使洞内环境得以改善，同时可相应节省环控的投资。同时空气制动的减少，将减弱粉尘污染因素，使得运营更趋环保，从而
提高运营服务水平。电阻－逆变混合再生制动能量吸收装置的开发标志着我国城轨交通设备的发展逐步向世界先进水平靠拢，符合“绿色交
通”的发展方向，具有很深远的现实意义。同时，再生制动吸收装置的开发，还将惠及其他相关产业，推动其同步向前发展。
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。
1500V城轨系统再生制动能量的储存利用
都市快轨交通・第２３卷第３期２０１０年６月 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—６０７３．２０１０．０３．０２２ 机电工程●
１ ５ ００ Ｖ城轨系统 再生制动能量的储存利用 黄 舰 李廷勇２ 徐长勤２ （１．青岛地下铁道公司 山东青岛２６６０２２；２．青岛易特优电子有限公司 山东青岛２６６０６１） 论述节能减排、绿色环保的重要作用，说明制 的处理方式已成为轨道交通行业面临的重大课 １５００ Ｖ直流供电的城市轨道交通系统再生制动 储存利用提出一种新型设计方案，分别介绍国 交通制动能量储存装置的基本原理和应用现状， 用于１５００ Ｖ直流供电系统的多模块化制动能量 案，设计出硬件电路、系统方案和软件流程。 再生制动储存利用 超级电容高性能蓄 １５００ Ｖ直流供电系统 类号Ｕ２２４ Ｕ２３１ ．８ 文献标志码Ａ 号１６７２—６０７３（２０１０）０３—０９８—０４ ｌ研究背景 在城市轨道交通工程中，直一交变压变频的传动方 式已经普遍采用，列车制动逐渐采用再生制动。列车 在运行过程中，由于站间距较短，列车启动、制动频繁， 制动能量是相当可观的。根据经验，列车再生制动产 生的反馈能量一般为牵引能量的３０％甚至更多。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有差异）被其他相 邻列车吸收利用外，剩余部分主要被列车或线路上的 吸收电阻（装置）以发热的方式消耗吸收掉。据广州地 铁１号线运行记录，其１５００ Ｖ直流供电电压在列车进 站制动时可达到１８００ Ｖ以上，这是由于列车再生制动 能量在直流电网上不能被相邻列车完全吸收所造成 的。当列车发车密度较低时，再生能量被其他车辆吸 收的概率将大大降低。有资料表明，当列车发车的间 收稿日期：２００９—１１－２１ 修回日期：２００９－１２。２９ 作者简介：黄舰，男，副总工程师，高级工程师，从事城市轨道交通建 设的规划与管理，ｈｊ７８１５８＠１２６．ｃｏｍ 惹 ，… “ ｌ ｌ ＵＲＢＡＮ ＲＡＰＩＤ ＲＡＩＬ ＴＲＡＮＳＩＴ 一｛－ 隔大于６ ｍｉｎ时，再生制动能量被吸收的概率几乎为 零，这样，绝大部分制动能量将被车辆吸收电阻所吸 收，变成热能并向四外散发。由于列车的制动主要发 生在运行过程中，如果再生能量被车辆吸收电阻吸收， 必将带来隧道和站台内的温升问题，同时也会增加站 内环境控制装置的负担，造成大量的能源浪费，并使地 铁的建设（冷却通风）费用和运行费用增加。 因此，有效地利用再生制动能量并达到节能环保的 目的，是地铁建设需要面对的重要问题之一。笔者针对 １５００ Ｖ直流供电的地铁系统，提出了行之有效的解决方 案：采用城市轨道交通再生制动能量储存利用装置，利 用超级电容（或超性能电池组）储能技术，在地铁列车 制动过程中，把再生制动能量储存起来，在用电高峰时 释放出来再利用。该方案的最大节电效果可达到地铁 总电量需求的３０％左右，极大地节约了能源、降低了运 行成本，且改善了电网供电品质、优化了运行环境。 ２工程应用 城市轨道交通再生制动能量储存利用技术在欧洲 和日本、韩国等国家已普遍使用，但对于１５００ Ｖ直流供 电系统欧洲还没有较成熟的实施经验，日本多采用高 性能锂离子电池作为储能媒介。２００６年，西日本旅客 铁道株式会社在湖西线・北陆本线上的新疋田变电所 使用了１５００ Ｖ系统锂离子电池储能装置（参数见表 １），线路全长３０ ｋｍ，使用了２套３６０ ｋＷ×３的储能装 置，节省电费９５０万日 年（约１４６万元人民币／年）， 减少ＣＯ，排出量３５０ｔ／年；其缺点是锂离子电池充放电 反应速度比超级电容慢、体积较大，且目前造价太高。 对于１５００ Ｖ供电系统，超级电容储能式再生能量储存 装置目前还没有非常成功的使用案例，包括欧洲和日
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
成都地铁7号线列车再生制动能量吸收方案研究
ｉ交通环保 ＬＯ ＣＡＲＢＯＮＷＯＲＬＤ ２０１６／３
成都地铁７号线列车再生制动能量吸收方案研究
刘跃华（成都地铁有限责任公司，四川成都６１００４１）
【摘要】分析了国内外量前所应用的列车再生制动能量吸收装置方案的优缺点，提出了城市轨道交通设置列车再生制动能量吸收装置的建
议方案，选择适合于成都地铁７号线工程特点的再生制动能量吸收装置设置方案。
【关键词ｌ再生制动；能蠢吸收装置；设置方案
【中国分类号】Ｕ２７０．３５ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】２０９５—２０６６（２０１６）０８—０２１０—０２
１概述
１．１工程概况
成都地铁７号线工程为环线工程，线路全长３８．６ｋｉｎ，设置 车站３１座。全地下车辆段ｌ座，全地下停车场１座，车站最大
站间距２．１９４ｋｍ，最小站问距０．７２９ｋｍ。平均站间距１．２４５ｋｍ．
列车削动频繁。产生的削动能量较多。 １．２列车再生制动能量吸收方案目的及意义
城市轨道交通是解决现代城市交通拥挤、保护城市生态 环境的有效途径，列车运行具有站间距短、运行速度快、制动
频繁等特点。其制动一般为空气制动和电阻制动两种。运行中
时速５ｋｍ／ｈ以下及７０ｋｍ／ｈ以上时采用空气制动．时速５— ７０ｋｍ／ｈ时以阻制动为主．空气制动为辅。 目前通用的是将列车制动电阻放置于列车上，当再生电
阻不再起作用时采用空气制动。这种做法不仅增加了列车的
负担．浪费能源，而且列车电阻制动产生了的大量热量，会导 致地铁隧道的温度升内高，对通风系统的提出了更高的要求。
如果考虑在线路沿线设置合理的再生电能吸收装置不但
可以有效减少隧道温升等问题，还能通过能源再次利用产生 良好的综合经济效益。鉴于此，各地区的轨道交通建设也日益
关注车辆再生能量的吸收及利用问题 随着国内变流技术的成熟，为了有效利用城市轨道交通
车辆制动再生能量．降低通风空调系统负担，节省电能，对本 工程列车再生电能吸收方案进行专题研究。 ２地铁列车牵引与制动能量流分析
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。
轨道交通列车能量回收技术
轨道交通列车能量回收技术
当今社会，环境保护成为了人们普遍关注的话题。能源的有效利用和回收成为了不可忽视的部分。在这个背景下，轨道交通列车能量回收技术的研究和应用变得愈加重要。
轨道交通列车能量回收技术是指通过使用高效能回收装置，将列车运行中的制动能量、空调能量等废能转化为可再生能源的技术。这种技术不仅可以减少对电网的依赖，降低能源消耗，还可以减少环境污染，实现可持续发展。
首先，轨道交通列车能量回收技术在能源利用方面有着不可忽视的优势。以地铁为例，地铁系统是城市交通中能耗最大的一环。传统地铁在运行中，当列车制动时会产生大量的制动能量，这些能量一般以热能的形式散失在空气中，浪费了大量的能源。而通过能量回收技术，我们可以将这部分制动能量转化为电能，供给列车运行所需，实现能源的再利用。这不仅可以减少城市能源的消耗，还可以降低碳排放量，有利于改善城市空气质量。
其次，轨道交通列车能量回收技术在环境保护方面也发挥着重要的作用。众所周知，传统轨道交通列车运行过程中，因为能量的大量浪费，不仅导致了能源的过度消耗，也给环境带来了一定的污染。而能量回收技术的应用可以有效地减少能源消耗，降低环境污染的程度。尤其是在大城市拥有众多地铁线路的情况下，能量回收技术的普及可以为环境保护事业做出巨大贡献。
此外，轨道交通列车能量回收技术还能够为城市的经济发展带来积极的影响。一方面，由于能量回收技术的应用能够降低能源消耗，城市可以节约大量的能源成本，提升城市经济的竞争力。另一方面，能量回收技术的开发和应用也可以为城市创造新的经济增长点。例如，具备能量回收技术的地铁线路可以成为一个潜在的减排项目，吸引国内外资本的投资。同时，相关的技术研发和应用也可以带动相关产业的发展，促进城市经济的升级。 然而，要实现轨道交通列车能量回收技术的全面应用仍然面临一些挑战。首先是技术层面的问题。虽然目前有一些成功的案例，如在某些地铁线路上应用了能量回收技术，但是这些案例仍然只是局限于少数地区。在一些老旧的地铁线路上，由于技术限制和设备更新的困难，能量回收技术的应用面临一些挑战。其次，能量回收技术的成本问题也是一个关键因素。虽然投资在能量回收技术上可以带来很好的环境效益和经济效益，但是在初期的推广阶段，需要大量的资金支持，而这对于某些财力不充裕的城市来说可能是一个考验。
浅析再生电能回收技术在城市轨道交通中的应用
天津建设科技２００８・增刊 轨道交通
浅析再生电能回收技术在城市
轨道交通中的应用
杨．錾 （天津城投建设有限公司，天津３０００１０）
摘要：文中对城市轨道交通现有列车牵引、制动技术进行了分析，提出了电阻能耗型、储能 型、逆变回馈型三种再生制动能量吸收装置，并对以上３种吸收方案分析比较后提 出在城市轨道交通项目中应采用再生电能回收技术的观点。 关键词：城市轨道交通；列车电制动；再生电能；回收 中图分类号：ＴＵｌｌ３．６ ６５文献标识码：ｃ文章编号：１００８—３１９７（２０ｏ８）Ｓ１—００６９—０３
随着社会经济的发展，国内许多大城市的出 行人口不断增长，我国城市轨道交通正在迅速发 展。近年来，北京、天津、上海、广州、深圳、重庆、 南京、沈阳、成都等城市都已经或正在建设地铁 或轻轨形式的城市轨道交通。 在科学技术相对发达的今天，人类对合理利 用能源、保护环境的意识大大增强了。采用再生 电能回收技术可以节约能耗，保护环境，已经被 越来越多城市轨道交通建设者和管理者所关注。 １再生电能回收技术在城市轨道交通中 应用需求分析 １．１城市轨道交通行业相关技术现状 目前，全球城市轨道交通的列车全部采用电 力牵引技术，列车牵引用电是城市轨道交通用电 的主要部分。以天津地铁１号线为例，近、远期牵 引用电量分别为８ ０１５万ｋＷ／ａ和９ １８９万ｋＷ／ａ， 约占总用电量的５０％。其他城市地铁由于气候、
收稿日期：２００８—０３—１０ 作者简介：杨鏊（１９７６一），男，工程师，从事轨道交通工程技术 工作。 站内服务设施等具体情况不同，可能有所出入， 牵引用电量约占总用电量的４０％６０％。对于轻 轨线路，由于地上车站部分环控通风用电量较 小，牵引用电更是全部用电量中的主要部分。总 之，牵引负荷是城市轨道交通中最主要的用电负 荷，用电量相当可观。 城市轨道交通列车运行具有站问运行距离 短、列车起动及制动频繁等特点。在列车整个运 行过程中，要求起动加速度高，制动平稳且制动 减速度高，并具有良好地起动和制动性能。随着 电力电子器件的迅速发展，直流牵引传动已逐渐 被交流牵引传动所取代，在新近建设和开通的天 津地铁、北京地铁、广州地铁、上海地铁、重庆轻 轨、南京地铁等城市轨道交通项目均采用“交流 Ｖ、 瞍频变压调速、再生＋电阻电制动系统（交 流牵引传动系统）。城市轨道交通列车制动系统 分为电制动即（再生＋电阻制动）和空气制动两 级制动方式，运行中以电制动为主、空气制动为 辅。在每节车辆底部装设制动电阻，当电制动产 生的制动能量不能被其他车辆吸收时，剩余部分 被车载制动电阻吸收，并转化为热能散发出去。 １．２现状问题及应对措施 有资料表明，当列车发车密度较低时，再生 一６９
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
城市轨道交通再生电能的吸收与利用分析
扭匿 弧疆 强瓣 ｉ 囊 熬
城市轨道交通再生电能的吸收与利用分析
王彦峥苏鹏程 （中铁电气化勘测设计研究院，３００２５０，天津∥第一作者，高级工程师）
摘要在城市轨道交通中，如果采用车辆吸收电阻吸收列 车运行过程中的再生能量，则将带来隧道和站台内的温升问 题，同时也增加了站内环控系统的负担，造成大量的能源浪 费并使城市轨道交通的建设费用和运行费用增加。为了降 低隧道洞体和车站内的温度并提高洞内空气质量，应进行再 生能量吸收的相关技术系统研究，并在城市轨道交通工程中 使用成熟的再生能量回收装置。 关键词城市轨道交通，再生制动，再生电能，利用方案 中图分类号Ｕ２６０、３５９ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ Ｕｓａｇｅ ｏｆ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ Ｅｎｅｒｇｙ ｉｎ Ｕｒｂａｎ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｉｔ ＷａｎｇＹａｎｚｈｅｎｇ．ＳｕＰｅｎｇｃｈｅｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎｍｅｔｒｏ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｆｔｈｅ ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅ— ｈｉｄｅ ａｂｓｏｒｂｓｔｈｅ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｅｎｅｒｇｙｄｕｒｉｎｇｔｈｅｔｒａｉｎｏｐｅｒａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｉｓｅ ｗｉｌｌ ＯＣＣＵｒ ｉｎ ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ ｐｌａｔ— ｆｏｒｍ，ａｎｄ ｔｈｉｓ ｗｉｌｌ ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎ— ｍｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｓｔａｔｉｏｎ，ｉｎｃｒｅａｓｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｙ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ＣＯＳｔ．Ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｅｎｅｒｇｙ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏ— ｇｙ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙａｎｄ ａｐｐｌｙｔｈｅｐｒｏｖｅｎ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｅｎｅｒｇｙ ｒｅｃｙ— ｃｌｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎ ｓｕｂｗａｙ ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ＳＯ ａＳ ｔｏ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｔｅｘｎ－ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ ｓｔａｔｉｏｎ，ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｉｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎ ｔｕｎｎｅｌ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｕｒｂａｎ ｎ ＩｓＳ ｔｒａｎｓｉｔ。ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｂｒａｋｅ，ｒｅｇｅｎｅｒａ— ｔｉｒｅ ｐｏｗｅｒ ｅｎｅｒｇｙ，ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｌａｎ Ｆｉｒｓ￣ａｕｔｈｏｒ’Ｓ ａｄｄｒｅｓｓ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅ１ｅｃｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｕｒｖｅｙ ＆Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｉｔｕｔｅ，３００２５Ｏ，Ｔｉａｎｊｉｎ，Ｃｈｉｎａ
地铁供电系统再生制动能量逆变回馈装置
地铁供电系统再生制动能量逆变回馈装置
摘要：我国城市化的建设速度加快，地铁作为城市轨道交通的一种，其建设效果已经成为当前非常重要的一项工作。而要想保证地铁可以有效地运行，就需要借助更完善的措施，保证其不会出现故障。供电系统作为地铁建设中的重要部分，其变压器情况对于整个系统的运行与地铁的正常工作都有非常重要的意义，本次以广州地铁21号线为例，就相关内容展开了针对性的阐述与分析，并列举了地铁供电系统如何使用再生制动能量逆变回馈装置，提供地铁供电系统中故障的解决措施。希望通过文章的阐述与分析，能够进一步提升相关研究的实际效果，为我国的发展提供更大的动力，优化城市地铁的运行，降低相关问题所造成的影响。
关键词：地铁供电；再生制动能量逆变回馈装置；故障解决
引 言
现阶段，国内各项科学技术不断进步发展，城市总体建造水平得以显著提升，地铁逐渐成为了人们常见的出行工具，据统计，截止2019年6月，全国内地已开通地铁城市达33个，开通运营里程约4600公里，且多个城市已获得规划审批、建造里程持续增加。那么，在满足于国内城市规划建设及人们便捷化出行等各项需求的同时，地铁整体运营系统可靠性、安全性及稳定性，逐渐成为了社会各界所普遍关注的内容。在地铁实际营运期间，供电系统往往占据重要位置，为地铁正常营运提供供配电的电力系统服务。
一、地铁供电系统再生制动能量逆变回馈装置组成
1.装置组成
变流器柜（2MW）
配置：交流断路器，滤波器，功率模块
尺寸：1800ⅹ1200ⅹ2300mm
重量：2.5T
隔离开关柜（2MW）
配置：直流隔离开关，直流接触器
尺寸：600ⅹ1200ⅹ2300mm
重量：0.7T