地铁再生制动能量吸收装置的研究和应用

陈鑫

（中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春130000）

摘要：在地铁站吗对于列车的设备以及车辆而言，因为较短的间距，而且频繁的制动以及列车启动，就会导致因为升高的网压以及温度的升高导致运行出现问题。所以无论是在国内还是在国外，对于剩余制动能量，现在采用的一种吸收装置就是制动能量吸收装置，可以稳定电网电压，主要有四种吸收方案：电阻耗能、电容储能、飞轮储能以及逆变回馈，本文将对地铁再生制动能量吸收装置进行分析研究。

关键词：地铁；再生制动；吸收装置；应用

中图分类号：U231文献标识码：A

1国内外研究现状

1.1飞轮储能型

飞轮储能型再生制动能量吸收装置的工作原理是对直流牵引网空载电压及母线电压进行跟踪判断，确定列车在制动时产生的能量能否被本车机电设备或者相邻列车所吸收。当判断牵引变电所附近有列车制动产生的再生能量需要吸收时，飞轮装置加速转动，用来储存能量；当判断牵引变电所附近有列车启动需要从直流牵引网取流时，飞轮装置减速转动，此时即为发电设备向直流牵引网反馈能量。

1.2电阻耗能型

电阻耗能型吸收装置主要由多相IGBT斩波器和耗能电阻组成。利用列车再生制动时牵引网直流母线电压来调节多相IGBT斩波器，进而改变装置吸收的功率，将牵引网直流电压控制在设定值的范围内，再将制动产生的能量用耗能电阻消耗。该吸收装置目前技术已经成熟，斩波单元、电阻单元均已可模块化生产，运营维护方便，控制操作简单，价格相对较低。

1.3电容储能型

电容储能型再生制动能量吸收装置的工作原理是利用三相逆变器将列车制动时产生的再生能量吸收到大容量电容中，在列车起动及加速需要从直流牵引网上获取电流时，该装置将电容中存储的能量释放出去给列车进行再利用。电容储能型是一种静态储能的再生能量吸收装置。

2地面吸收装置基本原理介绍

城市轨道交通车辆有频繁制动的特点，主要采用电制动和气制动两种方式，电制动为再生方式。当车辆电制动时，牵引电机变为发电机，将制动能量转换为电能回馈到电网，一部分能量被同一供电区间的车辆启动消耗，为避免电网电压升高，引起设备故障，其余能量需要吸收。传统方式为车载电阻吸收其余能量，而地面吸收方式则是在牵引所设置能量吸收装置，通过判断电网电压，适时投入吸收装置吸收其余能量，保持电网电压的稳定。电阻吸收方式是采用斩波器和吸收电阻配合，根据再生制动时线网电压的变化状态调节斩波器导通比，从而改变吸收功率，将电网电压恒定在某一设定值范围内。电阻-逆变混合型再生制动吸收装置在电阻吸收的基础上，增加一套逆变装置，将吸收的直流电逆变为1000V交流电，通过隔离变压器和400V开关将电能反馈到变电所400V低压母线，供牵引降压变电所的低压用电负载使用。当车辆再生制动时，地面吸收装置通过电网电压的级差先期投入逆变装置，当逆变容量满负荷时，投入电阻吸收，保证了地面吸收的可靠性。

3地铁再生制动能量吸收装置应用

3.1超级电容储能在地铁再生能量利用的方案中的应用

采用这个方案主要包括三部分内容。第一，接触网牵引，主要是对列车的受电以及变电所牵引，起到连接作用，对此在进行电流选择的过程中就会有一百一十伏直流电流。第二，在连接的过程中，通过双向DC之间以及供电网络之间连接，可以因为过大电流避免出现损坏电容器的目的。第三，双向的DC之间交换器，可以连接件储能装置，在设置的过程中，主要使用控制方式，就可以确保电容器在放电以及充电之间自由切换。

3.2地铁再生制动能量利用方案的设计

让电器以及逆变互相进行结合，当制动地铁时就可以采取一定策略，主要是在逆变回馈装置以及电容储能装置积极的进行配合才能吸收剩余能量，正式因为两个系统积极配合，所以具有优先选择策略的功能。如果使用逆变回馈，当对地铁进行制动时，在整个宫殿的过程中就会使用逆变设备，就可以为后期的保护装置进行储能，将制动电阻的作用得以发挥，吸收再生能量。当在实际应用过程中，由于成本增加，而且更加复杂的控制方式，所以导致在吸收过程中能量很少。如果在策略选中电容储能方式，当启动地铁的过程中，会使用储能装置，就要合理的设置设备的功率，等到储能容量达到一定标准时，就可以启动回馈装置，对于照明系统进行反馈，由于可以有效的吸收制动能量，而且在整个回馈的过程中降低了冲击牵引网的力度，大大减少了电容器的体积，而且整个系统更加可靠。在选择电容器自动吸收能量的过程中，降低了回馈装置的容量设计，整个设计降低了成本，没有大量的进行人力系统浪费。

4地铁具体应用现场

山东某线路为山东首条地铁线路，其牵引供电系统主要分为直流牵引网和交流配电网两部分。该接入地铁供电系统图如图1所示，主变电所将三相35kV高压交流电送至各牵引所，经整流变压器、整流器变成适合轨道车辆应用的1500V直流母线，馈电线再将直流电送到接触网上，接触网是沿车辆走行轨道架设的特殊供电线路，轨道车辆通过其受流器与接触网的直接接触而获得电能。牵引变电所共有两台整流器RT1.RT2，两台并联运行。单台是12脉波整流，两台并联组成24脉波整流。其额定功率为2400kW，额定输入电压1180V，额定输出电压1500V，额定输出电流1600A，允许电压波动范围为IOOOV一1800V。走行轨道构成牵引供电回路的一部分。

图１地铁供电系统线路图

在该线某站上安装有新风光的FDBL-JC-2000/1SOOV的再生制动能量吸收逆变装置，该装置容量为2000kW，其中加装的再生制动能量吸收逆变装置使用虚框标出。

总而言之，再生制动能量吸收逆变装置控制车辆电制动时的运行电压，保障了车辆的安全运行。逆变装置投运后节电效果显著，符合国家节能减排的大政方针。

参考文献：

[1]郑陶.地铁再生制动能量分析与综合节能研究[D].西南交通大学，2017.

[2]薛扬禹.地铁再生制动能量利用方案研究[D].西南交通大学，2017.

[3]曾之煜.地铁逆变回馈型再生制动能量吸收装置仿真研究[D].西南交通大学，2012.

作者简介：

陈鑫，出生于1984年05月，湖南永州，毕业于北京建筑工程学院电气工程及其自动化学院，研究方向：控制理论及控制工程