地铁车辆再生制动能量利用方案

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1、地铁车辆再生制动能量利用方案　　摘要：目前，节能减排已成为我国的基本国策，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。地铁由于站间距比较短，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，列车电制动时产生的再生能量可达到牵引能量的40%以上。充分利用列车再生能量将节约大量能量，产生效益可观，为节能减排做出贡献。西安市地铁已经运营1、2号线，在建3、4、5、6号线，如何在保证线路运行安全的前提下，提高供电水平，同时为城市节能减排做出贡献，是我们必须考虑的问题。　　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的问题

2、　　目前国内外城市轨道交通动车组列车均采用VVVF牵引/制动系统，采用交流电机驱动列车，制动系统普遍采用空气制动和电制动混合的形式。列车在运行时，牵引系统将电能转为机械能，使机车启动加速；在制动时，一部分采用电制动，将机械能转为电能使列车制动，另一部分采用空气制动，通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，首先采用再生制动方式，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，返回到牵引网系统的能量部分被相邻列车吸收，由于线路的行车密度等多种因素，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

3、电网电压急剧上升，为此列车上设置了制动电阻，将这部分能量通过电阻变成热能吸收，稳定系统电压。电阻所转化的热能，车站环控专业通过隧道活塞风、车站轨顶排风和车站轨底排风，将热量排出车站外。　　车载制动电阻使用虽然方便，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，虽然部分可以通过隧道活塞风排出隧道，但还有部分遗留在隧道，这部分热量使隧道温升逐步上升；（3）列车制动电阻重量大，列车运行时，不仅没有节能，还增加列车牵引能耗。（4）制动电阻体积大，而且考虑制动电阻散热需在列车上安装通风设备，这

4、样会使列车底部其他设备安装布局困难；（5）制动电阻发热会对车体底板形成烘烤效应，有引发火灾危险。（6）列车采用车空气制动，增加闸瓦的损耗，加大车辆维修工作量，提高了运营成本，摩擦闸瓦产生大量金属粉尘，造成环境污染。　　2国内外现状　　在国外城市轨道交通运输系统中，再生制动能量吸收技术发展历程主要有车载电阻耗能式、逆变回馈式、超级电容储能式以及飞轮储能式吸收等。其中最先发展的车载电阻耗能式因其可靠、结构简单等优点应用最为广泛，相对较少的是能量回馈式和能量存储式的应用。国外轨道交通研究制动能量吸收技术较早，已有成熟产品，而国内在这方面的研究刚起步，使用车载电阻耗能式较多，不能够很好的把

5、再生制动能量充分利用起来。　　图1　　2.1车载电阻耗能型吸收　　在国外的城市轨道交通运输系统中，已经投入运营的再生制动能量吸收装置几乎95%以上是采用车载电阻耗能技术，国内目前大部分地铁线路车辆也是采用该技术。该方式的优点是控制简单，制动力稳定，是比较成熟的技术。　　2.2地面式电阻耗能型吸收　　对于地面式电阻耗能吸收装置的设置，国内外均有应用。该技术主要是采用多相IGBT斩波器和电阻配合的恒压吸收原理，通过调节斩波器的导通比使再生制动时母线直流电压的变化状态，达到改变吸收功率，使直流电压稳定在一定值的范围内，使吸收电阻消耗掉再生制动能量。　　系统根据对直流母线电压的变化情况来确

6、认相关车辆正进行再生制动，并调节斩波器的吸收电流与列车的制动回馈电流相匹配，最大限度利用列车的电制动力，减少列车空气制动的投入并降低钢轨磨耗。　　利用该技术的再生能量吸收装置一般放置在地下变电所内，单独放置电阻，较易采取相关措施对电阻实施通风散热，有效的防止了火灾的发生。减少了车辆的维修工作量，消除因车载电阻最高温度隔离不当引发的火灾隐患，提高运营安全性。　　另外，采用该技术的再生能量吸收装置一般集中布置在牵引站，减小了列车自重和体量，便于列车电器布置，提高车辆载荷能力。　　其缺点是不能对再生电能进行回收利用。另外电阻放置困难，尤其是在市区线路，北京地铁10号线设置在地面以上，占地

7、约50平方米，征地困难。　　2.3逆变回馈式　　该技术主要采用IGBT等大功率电力电子器件构成三相逆变器。将逆变器的直流侧与牵引电网直流母线直接相联，其输出连接到变电所的中压或低压母线。当再生制动使牵引网直流电压超过定值时，逆变器投入启动并从直流母线吸流，将吸收电能逆变成工频交流电回馈至地铁供电系统交流电网中。　　逆变回馈型吸收装置充分利用了城轨内部交流电网（一般为35kV，北京为10kV）的负载容量，可实现列车再生制动电能的全吸收。除要求逆变器具备足够功率并能保证回