地铁列车能耗分析

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1、地铁列车能耗分析摘要:通过对广州地铁一号线列车在正常运营时牵引系统能量消耗的分析,表明:目前地铁羌列车再生反馈制动的节能效果明显,在运闪营行车密度足够大的情况下,通过制动电阻消耗的能量是很有限的。关键词:地ㄢ铁列车;能耗;反馈制动;制动电阻;节羲能 0引言近年来,随着我国经济签水平的迅猛发展,各主要城市地铁事业正尉在迅速发展,在未来的几年我国将会有更呵多的地铁线路和更多的地铁列车投入运营⒙。便利的城市轨道交通为市民的出行带来好了极大便利的同时,也带来了电能消耗的迅速增加。众所周知,现代经济的迅速发惴展必须依靠能

2、源,而我国又是一个能源相缣对比较缺乏的国家。因此,研究地铁列车缓的能源消耗情况,分析并研究地铁列车节央能途径是一件迫在眉睫的工作。1地铁列车反馈制动的使用城市轨道交通列车穑的特点就是线路的站间距短,列车运行时廒频繁地起动、制动,就广州地铁而言,现ш有线路基本上在列车达到最高速时很快就10/10会制动。同时,为了让列车能够准确地按照运行图来运行,城市轨道车辆在ATO椴(自动驾驶)模式下都是采用巡航方式来搌运行。目前,我国地铁列车大都采用接触苄网/轨直流供电,牵引系统大都是变压变蛴频的交流传动系统。列车牵引时从电

3、网吸舷收能量,制动时采用反馈制动把制动能量硅反馈回电网,当电网电压升高到一定程度于(1800V)时采用电阻制动。基于地看铁车辆快速起动、快速制动、全线以精确淑的预设速度运行的特点,列车在起动时会纠消耗大量的电能,在制动时就必然要产生相当大的制动能量。反馈制动把动能转化滑为电能送入电网供其它列车使用,这极大赭地降低了列车的实际能量损耗。但是,⑻由于列车运行图及整个线路多种因素的影浞响,列车配置了制动电阻来消耗列车制动阃时线路其它列车不能吸收的制动能量。广移州地铁现有4条地铁线路,制动电阻的使孪用情况如表1所示。而制

4、动电阻的使用麟有以下弊端:1)制动电阻消耗电能,制动能量被浪费;2)有强迫风冷的制动电铕阻,列车必须提供强迫风,这也是一种电禽能的浪费;3)车载的制动电阻增加了列车重量,同时增加了列车的造价;4)制荮动电阻发热对列车其它设备和隧道内其它战设备造成影响。基于以上使用制动电阻樾弊端的考虑,近年来有人提出了采用超级电容的方案来代替制动电阻。而且超级电茄10/10容也分车载和地面放置两种方案来考虑。茸对于地铁列车有没有必要采用超级电容,笔者认为需要从节能效果和制造维修成本蛊等方面来考虑。为了能够得到比较准确的观列车

5、能量消耗的数据,我们对广州地铁一瘅号线列车在正常运营时的能量消耗情况进毅行了测量。通过对测量数据的分析,明确坐了广州地铁一号线列车能耗的实际情况,为综合考虑地铁列车节能方案提供依据。2数据的采集数据采集的时间(见表2)由于城轨列车在运营的不同时段列车间隔是不同的,而不同间隔下列车制动郄时反馈电能被其它列车吸收的情况也可能不同。因此,我们测量了列车分别在高峰瞧和低峰运行下的能量消耗。广州地铁一砥号线列车牵引控制单元(DCU)信号处撩理板上有相应信号测量的接口,这为我们搓此次测量带来了极大的方便,表3中A3妨

6、27指的是DCU的一块信号处理板,PB115指的是测量接口。由于我们所采泉集的这些信号最终是用来进行列车控制矢涣量计算的信号,此处取得的信号值是非常樱准确的。因此不考虑测量误差。3计算采用的概念10/10鉴于此前我们并没有看到完艳全针对地铁列车能量消耗进行的测量、计算和分析,因此,本文定义以下几个概念羡,主要目的是为了能够完全清晰地描述列庞车能量的消耗情况。1)列车牵引系统啷输入能量:列车在区间运行时牵引系统从ャ电网取得的总电能,其值是运行时间内对婵电容电压和正向线电流乘积的积分。2)再生制动馈入电网电能:

7、列车在区间运ブ行时通过再生制动反馈进电网的能量,其蝗值是制动时间内对电容电压和反向线电流同乘积的积分。3)制动电阻能耗:制动冶斩波相开通时在制动电阻上消耗的能量,篇其值是制动时间内对电容电压和斩波相电吕流乘积的积分。4)列车实际牵引电能伲:列车在区间运行时牵引系统实际消耗的码电能。列车实际牵引电能=列车牵引系统输入能量-再生制动馈入电网电能。简缩要地说,在列车牵引期间,列车从电网吸螃收了能量,这就是“列车牵引系统输入能诳量”;列车在进行制动时,在电制动满足衤列车制动要求的情况之下,列车向电网反蜃馈了电能,这部分电

8、能就是“再生制动馈ü入电网电能”;在列车制动期间,当电网电压由于列车反馈制动的原因升高到18窍00V以上时,列车不能再继续进行反馈逝10/10制动,此时,列车制动电阻投入使用,在痼制动电阻上消耗的电能就是“制动电阻能瀛耗”;列车在正线运营期间,不管电能是辎列车加速时消耗的,还是制动期间消耗在骥了制动电阻上,对电网而言,都是对电能吊的消耗,因此我们定义一个“