城市轨道交通再生电能回收技术方案的研究论文

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1、城市轨道交通再生电能回收技术方案的研究论文.freelin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，如果再生能量由车辆吸收电阻吸收，必将带来隧道和站台内的温升问题，同时也增加了站内环控系统的负担，造成大量的能源浪费并使地铁的建设费用和运行费用增加。在国内的部分地铁线路（如北京地铁）上已经反映出温升问题相当严重。因此，对再生能量吸收的相关技术进行系统研究并在地铁工程中使用成熟的再生能量回收装置，将会降低隧道洞体和车站内温度并改善洞内空气质量。同时，合理

2、的配置再生能量回收装置还能减少车载设备（车辆制动电阻），减少车辆的运营维护工作量，降低车辆成本，减少车辆自重，从而降低列车能耗，提高车辆加减速性能，并有可能在一定程度上降低电机的配置容量。目前，我国在城市轨道交通中应用再生能量回收技术尚属起步阶段，可借鉴加拿大、日本等国的成功经验。若在国内城市轨道交通系统中广泛应用此项技术，必将产生巨大的社会和经济效益。2可采用的相关技术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

3、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，同时还加大了对环境的污染。为了减少制动能量在列车制动电阻上的耗散，抑制地铁隧道内温度的升高和减少车载设备，国外一般在牵引变电所的直流母线上设置再生制动能量吸收装置，所采用的吸收方案主要包括电阻耗能型、电容储能型、飞轮储能型和逆变回馈型四种方式。当处于再生制动工况下的列车产生的制动电流不能完全被其他车辆和本车的用电设备吸收时，线路上设置的再生制动能量吸收装置立即投入工作，吸收多余

4、的再生电流，使车辆再生电流持续稳定，以最大限度地发挥电制动性能。如日本多摩、冲绳、东京、大阪的轻轨和地铁线路，加拿大多伦多轻轨及意大利米兰3号线等地铁均采用了再生制动能量吸收装置。电阻耗能型再生制动能量吸收装置主要采用多相IGBT斩波器和吸收电阻配合的恒压吸收方式，根据再生制动时直流母线电压的变化状态调节斩波器的导通比，从而改变吸收功率，将直流电压恒定在某一设定值的范围内，并将制动能量消耗在吸收电阻上。该吸收装置的电气系统主要由IGBT斩波器、吸收电阻、续流二极管、滤波装置（滤波电容和滤波电抗器）、直流快速断路器、电动隔离开关、避雷器、电磁接触器、

5、传感器和微机控制单元等组成。该装置的优点是控制简单，其主要缺点是再生制动能量消耗在吸收电阻上，未加以利用；而且电阻散热也导致环境温度上升，因此当该装置设置在地下变电所内时，电阻柜需单独放置，而且该房间需采取措施保证有足够的通风量，需要相应的通风动力装置，也增加了相应的电能消耗。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

6、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。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。逆变回馈型再生制动能量吸收装置主要采用电力电子器件构成大功率晶闸管三相逆变器，该逆变器的直流侧与牵引变电所中的整流器直流母线相联，其交流进线接到交流电网上。当再生制动使直流电压超过规定值时，逆变器启动并从直流母线吸收电流，将再生直流电能逆变成工频交流电回馈至交流电网。该吸收装置的电气系统主要包括晶闸管逆变器、逆变变压器、平衡电抗器、交流断路器、

7、直流快速断路器、电动隔离开关、直流电压变换器和调节控制柜等。该装置充分利用了列车再生制动能量，提高了再生能量的利用率，节能效果好，并可减少列车制动电阻的容量。其能量直接回馈到电网，既不要配置储能元件，又不要配置吸收电阻，因此对环境温度影响小，在大功率室内安装的情况下多采用此方案。3技术方案的研究与比较3.1有关系统的仿真模拟计算仿真模拟是较为先进的研究方法之一，事实证明，这样的研究方法是可取的、科学的、可靠的。许多重大项目都要经过各种仿真模拟计算后才能够进入实施阶段，开发研究阶段的有关模拟分析参数的选择和确定将有可能影响到整个工程的方案决策、运行效

8、果以及工程投资和系统的经济合理性。因此，在项目的设计阶段进行大量的、准确的仿真模拟是非常必要的。多年来中铁电气化勘测设计研