能饋式牽引供電裝置在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用

1、摘要通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外列車再生制動(dòng)能量吸收技術(shù)對(duì)比分析，得出能饋式牽引供電裝置是當(dāng)前解決列車再生制動(dòng)能量問(wèn)題的較優(yōu)措施。給出能饋式牽引供電裝置在北京地鐵10號(hào)線二期工程的應(yīng)用設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和應(yīng)用效果分析。對(duì)能饋式牽引供電裝置在城市軌道交通中的適應(yīng)性進(jìn)行分析，為進(jìn)一步工程推廣應(yīng)用提出建議。關(guān)鍵詞城市軌道交通列車能量回饋再生制動(dòng)北京地鐵10號(hào)線二期工程U2318U26049中圖分類號(hào)文獻(xiàn)標(biāo)志碼A文章編號(hào)16726073(2014)010

2、11104能饋式牽引供電裝置在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用陳德勝1，2劉志剛1張鋼1(1北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院北京1000442北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司北京100037)京地鐵昌平線、亦莊線等線路設(shè)置了電阻吸收裝置。12能量?jī)?chǔ)存型能量?jī)?chǔ)存型主要包括電容儲(chǔ)能吸收裝置和飛輪儲(chǔ)能吸收裝置。121電容儲(chǔ)能吸收裝置電容儲(chǔ)能吸收裝置是用超級(jí)電容將列車制動(dòng)能量存儲(chǔ)起來(lái)，并在列車牽引時(shí)釋放，起到節(jié)能和穩(wěn)定網(wǎng)壓［3］的作用。電容儲(chǔ)能吸收裝置的技術(shù)原理較佳

3、，但國(guó)根據(jù)國(guó)家有關(guān)部委頒布的《中國(guó)節(jié)能技術(shù)大綱》的精神，城市軌道交通領(lǐng)域需大力推廣應(yīng)用節(jié)能技術(shù)及產(chǎn)品。能饋式牽引供電裝置可以有效地吸收利用地鐵車輛的再生制動(dòng)能量，降低地鐵電能消耗，降低運(yùn)營(yíng)成本，達(dá)到減少能耗的目的［1］。研究并逐步推廣應(yīng)用能饋式牽引供電裝置，是未來(lái)軌道交通踐行節(jié)能要求的重要措施之一。1列車制動(dòng)能量利用方式分析根據(jù)能量處理方式的不同，將列車再生制動(dòng)能量吸收裝置分為3類:能量消耗型、能量?jī)?chǔ)存型、能量回饋型［2］。11能量消耗

4、型能量消耗型是指利用電阻吸收裝置，將列車的再生制動(dòng)能量消耗掉，從而抑制接觸網(wǎng)網(wǎng)壓的飆升。電阻吸收裝置會(huì)造成能量的浪費(fèi)，還由于電阻的發(fā)熱量大，對(duì)規(guī)劃、景觀、散熱、防雨等方面的要求比較高。目前，北收稿日期:20131221修回日期:20140101作者簡(jiǎn)介:陳德勝，男，碩士研究生，研究方向?yàn)槌鞘熊壍澜煌恳╇娂夹g(shù)，chends@buedricom基金項(xiàng)目:中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金(2014JBM114)內(nèi)企業(yè)暫無(wú)生產(chǎn)供貨能力，進(jìn)口設(shè)

5、備不成熟，技術(shù)有待完善和提高，建設(shè)成本高，國(guó)內(nèi)尚無(wú)成功的工程應(yīng)用實(shí)例。北京地鐵5號(hào)線曾設(shè)置了4套電容儲(chǔ)能吸收裝置，但一直未投入運(yùn)行。122飛輪儲(chǔ)能吸收裝置飛輪儲(chǔ)能吸收裝置是利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪，將列車制動(dòng)能量存儲(chǔ)起來(lái)，并在列車牽引時(shí)釋放，起到節(jié)能和穩(wěn)定網(wǎng)壓的作用。飛輪儲(chǔ)能吸收裝置的技術(shù)原理也較佳，但國(guó)內(nèi)企業(yè)暫無(wú)生產(chǎn)供貨能力，進(jìn)口設(shè)備不成熟，技術(shù)有待完善和提高，建設(shè)成本高，國(guó)內(nèi)尚無(wú)成功的工程應(yīng)用實(shí)例。13能量逆變型能量逆變型是利用電力電子變

6、流器，將列車制動(dòng)能量逆變?yōu)榻涣麟娔芑仞伒浇涣麟娋W(wǎng)，供其他設(shè)備再利用。根據(jù)交流電網(wǎng)的電壓等級(jí)，能量逆變型又分為中壓逆變型(35kV或10kV)和低壓逆變型(380V)，其中能饋式牽引供電裝置屬于中壓逆變型。中壓電網(wǎng)容量更大、更穩(wěn)定，對(duì)于能量的流動(dòng)和分配利用更有利。此外，能饋式牽引供電裝置還具備參與牽引供電、維持網(wǎng)壓穩(wěn)定以及無(wú)功補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)，且接口簡(jiǎn)單、工程實(shí)施容易，所以是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。綜上所述，結(jié)合目前地鐵的工程特點(diǎn)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展方向，

7、從技術(shù)先進(jìn)性、合理性、經(jīng)濟(jì)性、可實(shí)施111十里河能饋裝置的回饋電能kWh848200220892161157716649538181365162314061404159066572815521759宋家莊201反送電度kWh4122817127714118071641111481181331643969174275日期反送率%9月1日9月2日9月3日9月4日9月5日9月6日9月7日9月8日9月9日9月10日9月11日9月12日9月13日

8、9月14日9月15日9月16日9月17日483113981912828941082745782813912839947123158694811211563能饋式牽引供電裝置在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用圖4設(shè)備未投入時(shí)電壓、電流、速度曲線圖5設(shè)備投入后電壓、電流、速度曲線表1節(jié)能數(shù)據(jù)3進(jìn)一步應(yīng)用思考列車具有啟動(dòng)時(shí)消耗大量電能，制動(dòng)時(shí)再生大量電能的特點(diǎn)，因此直流牽引系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下，當(dāng)多列車同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，牽引網(wǎng)網(wǎng)壓存在較大跌落的情況當(dāng)多列車制動(dòng)時(shí)

9、，牽引網(wǎng)網(wǎng)壓存在驟升的可能性。能饋式牽引供電裝置的正向整流、反向逆變回饋正好與列車的各項(xiàng)特性相匹配、相吻合。雖然具有較好的特性匹配之處，但在具體工程推廣應(yīng)用時(shí)，還需進(jìn)一步進(jìn)行研究分析，體現(xiàn)針對(duì)性和目標(biāo)性。31功能定位適應(yīng)性分析311制動(dòng)能量吸收制動(dòng)能量吸收是能饋式牽引供電裝置的首要功能。能饋式牽引供電裝置可以將列車制動(dòng)能量逆變回饋至交流中壓網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)中壓網(wǎng)絡(luò)再分配、再利用，起到顯著的節(jié)能效果。此外，由于列車制動(dòng)能量能夠快速、有效地吸收，

10、可以進(jìn)一步改善列車的制動(dòng)停車效果，減少列車的閘瓦磨耗，提高列車的停車精度。312牽引整流功能當(dāng)能饋式牽引供電裝置開放正向牽引整流功能時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)牽引整流機(jī)組的效果。當(dāng)開放牽引整流功能后，相當(dāng)于增加了一套牽引整流機(jī)組，擴(kuò)大了牽引變電所的牽引供電容量，可以進(jìn)一步優(yōu)化牽引變電所的布點(diǎn)及容量配置方案。另外，當(dāng)開放牽引整流功能后，可以進(jìn)一步改善牽引網(wǎng)的網(wǎng)壓水平，抑制牽引網(wǎng)網(wǎng)壓的跌落，提高供電品質(zhì)。32系統(tǒng)匹配性分析結(jié)合能饋式牽引供電裝置的各項(xiàng)功能

11、，在城市軌道交通工程應(yīng)用中可以采取不同的方案。321三機(jī)組方案在設(shè)置兩套12脈波牽引整流機(jī)組的基礎(chǔ)上，增設(shè)一套能饋式牽引供電裝置，與另外兩套牽引整流機(jī)組構(gòu)成并聯(lián)關(guān)系，如圖6所示(北京地鐵10號(hào)線采用的是該方案)。該方案在傳統(tǒng)兩套牽引整流機(jī)組基礎(chǔ)上增設(shè)了能饋式牽引供電裝置，牽引供電的可靠性進(jìn)一步加強(qiáng)，容量進(jìn)一步擴(kuò)大，可以有效優(yōu)化牽引變電所的布點(diǎn)及容量配置，使正向牽引整流、反向逆變回饋的功能充分體現(xiàn)。事實(shí)上，若采取該方案，可以適當(dāng)降低兩套牽