再生制动能量吸收装置在郑州地铁中的应用

屈文涛

郑州市轨道交通有限公司运营分公司河南郑州450000

摘要：对再生制动能量吸收装置的基本工作原理和类型进行介绍，并且对再生制动能量吸收装置在郑州地铁中的应用、节能情况进行介绍，提出建议。

关键词：再生制动能量吸收装置节能应用

Abstract：Thebasicworkingprincipleofregenerativebrakingenergyabsorptiondevicesandintroducesthetypes，andtheregenerativebrakingenergyabsorptiondevicesintheapplicationofzhengzhousubway，introducestheenergy-savingsituation，Suggestionsareputforward.

Keywords：regenerativebrakingtheenergyabsorptionequipmentenergysavingapplication

在城市轨道交通系统中，由于公交化的运输模式决定了城市轨道交通具有列车运行密度大、站间距小、起停频繁的特点。目前轨道交通普遍采用的VVVF动车组列车，制动模式为电气制动（再生制动/电阻制动）+空气制动（盘形制动/轮对踏面制动）互补的形式，即在列车正常运行过程中以电气制动为主，辅之以空气制动。

传统的列车电阻是将制动电阻装设在车辆底部，列车制动时产生的电能通过车辆上制动电阻发热消耗或空气制动消耗，浪费了大量电能，产生的大量热量还会散发在隧道内，在大运量、高密度的运行条件下，使隧道温度升高，提高了对通风系统的要求。

随着科技的进步和社会的发展，人们在节约能源、减少排放、环境保护方面意识逐渐增强，在城市轨道交通系统中，对有效利用城市轨道电动车组再生制动所产生的电能以减少城市轨道交通运营的用电量，同时改善城市轨道交通公共场所的环境是非常重要的。因此在牵引供电系统中对再生制动所产生的电能进行吸收、储存和再利用，具有很大的意义，本文主要研究再生制动能量吸收装置类型，以及在郑州地铁的应用和节能情况分析。

1再生制动能量吸收装置的工作原理

当地铁列车电气制动时，会产生一定的电能，使接触网电压升高，当检测到电压升高至再生制动能量吸收装置整定值时，装置自动启动吸收功能，将多余的电能吸收，保证接触网电压持续稳定。

当地铁列车牵引运行时，会消耗电能，使接触网电压降低，当检测到电压低于再生制动能量吸收装置返回值时，装置自动停止吸收功能，转为待机状态，为下一次电能吸收做准备。

如此再生制动能量吸收装置在地铁列车频繁牵引、制动过程中，通过电能吸收功能，时刻保证接触网电压维持在稳定状态，为地铁列车供电提供优质电能。

2电能吸收类型

电能吸收类型主要包括制动电阻型、电容储能型、飞轮储能型和逆变回馈型四种方式。

2.1制动电阻型

制动电阻型再生电能吸收装置制动能量吸收装置由制动控制柜和制动电阻柜构成，采用斩波器和吸收电阻配合，当地铁列车电气制动时，由电气制动产生的能量不能被其它列车或用电设备消耗掉，则会抬高直流母线电压，当直流母线电压升高达到制动电阻型再生电能吸收装置，装置启动，通过电阻发热，将多余能量消耗掉，从而维持直流母线电压。

2.2电容储能型

电容储能型再生电能吸收装置主要通过超级电容将列车电气制动时产生的多余能量储存至超级电容，当列车启动或加速时，超级电容释放能量，供列车使用。

2.3飞轮储能型

飞轮储能型再生电能吸收装置主要是通过电动机将列车电气制动时产生的多余能量转换成飞轮转动的动能储存，当列车启动或加速时，再通过发电机将飞轮储存的动能转化为电能输出供列车使用。

2.4逆变回馈型

逆变回馈型再生电能吸收装置不仅能够将列车电气制动时产生的多余能量反馈至交流电网，避免了列车再生制动能量在电阻上的白白消耗，节约能源；还能为列车提供牵引能量，减小直流网压下降。此外，由于其功率因数任意可调，还能用于实现对交流中压电网的无功补偿。

根据回馈方式不同，逆变回馈型再生电能吸收装置又分为电阻+逆变和全逆变两类。

3郑州地铁再生制动能量吸收装置应用情况

目前郑州地铁使用的再生制动能量吸收装置主要有电阻耗能型、电阻+逆变型和全逆变型三种类型。

3.1电阻耗能型

郑州地铁1号线一期工程、2号线一期工程采用的是电阻耗能型，其优点是技术成熟、运用广泛，控制简单且直观，功能稳定，运行可靠。而且郑州地铁为了降低列车重量、提高列车动能，减少列车投资，降低隧道内温度，已将制动电阻地面化，所有电阻模块设置在地面电阻室内。缺点主要就是耗能，对列车电气制动产生的电能不能再利用，与节能相违背。

3.2电阻+逆变型

电阻+逆变型主要应用于郑州地铁1号线一期和2号线一期工程的技改项目，

该类型再生制动能量吸收装置与制动电阻并联使用，逆变回馈装置优先运行，电阻作为后备使用。逆变回馈装置直流侧通过直流小车与直流母线相连，交流侧通过隔离变压器与变电所既有整流变压器低压侧相连。当直流母线电压超过回馈整定值时，逆变器启动并从直流母线吸收电流，将列车电气制动产生的能量逆变成工频交流电通过整流变压器回馈至35KV系统。其优点能量再利用，利用率高，节能效果明显；其能量直接回馈到供电系统负荷容量较大的35kV中压环网，不需要储能元件；交流进线接到整流变压器低压侧，不需要加装35KV开关柜，在既有线改造中容易实现，对既有线基本不存在影响。再生制动能量吸收装置故障退出运行时，还有制动电阻可使用，大大提升了稳定性。缺点是中压能馈通过接入单台整流变压器二次侧，将列车制动电能回馈35kV供电网络，此方式将导致两台整流机组输出电流和功率的不平衡；保护功能不完备，由于中压能馈装置回馈电能变压器利用既有整流变压器实现，当该套装置故障可能会引起整个牵引所的整流机组跳闸，影响范围较大。

3.3全逆变型

全逆变型主要应用于郑州地铁1号线二期和城郊线一期工程。其优点能量全部回馈，不存在浪费，电能利用率高，节能效果良好，缺点是全逆变目前运行还不是很稳定，故障率较高，没有了制动电阻，仅靠逆变装置，增加运营风险。

4节能分析

郑州地铁1号线全线设牵引变电所14个，加装再生制动能量吸收装置的牵引变电所有10个，每天节能约10000Kwh，占牵引用电约10%，年节约电费280万元左右；城郊线一期工程全线设牵引变电所12个，全部安装有再生制动能量吸收装置，每天节能约2200Kwh，占牵引用电约24%，年节约电费60万元左右。根据以上节能数据，节能效果非常明显，对降低运营成本起到至关重要的作用，值得后续线路推广使用。

鉴于1号线与城郊线一期工程再生制动能量吸收装置节能效果明显，目前2号线一期工程已计划通过技改加装3套再生制动能量吸收装置，以达到节能降耗，降低运营成本的目的。

5结论

再生制动能量吸收装置电量回馈效果显著，而且具备无功补偿功能，且补偿效果明显。但也要注意合理设置容量，避免电能向供电局倒供，鉴于再生制动能量吸收装置也属于新产品，技术相对不够成熟，与再生制动装置电阻配合使用，降低运营风险；优化装置功能降低谐波，使谐波含量满足要求。