城市軌道交通可再生制動方案

1、城市軌道交通可再生制動方案 城市軌道交通可再生制動方案摘要： 摘要：城市軌道車輛運行具有頻繁啟動、制動的特點，機車制動能量的可再生利用已成為了城市軌道交通節(jié)能的主要方式。本文對比分析了城市軌道交通可再生制動能量吸收的若干方案，重點分析了基于超級電容的儲能型和逆變回饋型可再生制動系統(tǒng)的工作原理和典型拓撲結(jié)構(gòu)。最后介紹了儲能-逆變回饋復合型制動方案。關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：城市軌道交通；可再生制動；雙向直流變換器；逆變回饋Research on

2、Absorb Project of Regenerative Braking in Urban Rail TransitAbstract: Frequent start and braking are the main features of urban rail transportation, and the regenerative utility of braking energy has been considered as o

3、ne of the most important approach to save energy of urban rail transit. Some strategies of regenerative braking energy absorbing is analyzed and compared in the paper. The principle and typical topological structures of

4、regenerative braking system based on energy storage of super capacitors and feedback inverters are discussed in detail. Finally, the strategy that combines energy storage and feedback inverter is presented.Key words: unb

5、an rail transit; regenerative braking; bi-directional DC/DC converter; feedback inverter1. 引言 引言隨著城市化進程的逐漸加快，城市軌道交通發(fā)展迅速。中國人口眾多，城市人口密度大，因此城市軌道交通作為重要的公共交通工具在中國發(fā)展尤其迅猛。城軌車輛主要為電力牽引，電能費用在運營成本中占據(jù)了很大的份額，優(yōu)化電能的利用率是發(fā)展城軌交通的重要問題。其中，對

6、車輛制動能量的可再生利用研究是一個重要方向。相比長途運輸軌道列車，城軌車輛有著頻繁啟動、制動的顯著特點，制動過程所消耗的能量是非?？捎^的，不但浪費了能源，而且耗散的熱量對周圍環(huán)境造成了一定的影響。因此，對城市軌道車輛制動能量吸收利用的研究具有重要的實際意義2. 城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)簡介 城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)簡介城市軌道交通的牽引供電系統(tǒng)主要由牽引降壓變電所和牽引網(wǎng)組成[1]，其中牽引網(wǎng)包括反饋電線、接觸網(wǎng)或接觸軌、鋼軌、回流線。

7、電能從 10kV～35kV 交流電壓母線經(jīng)牽引降壓變電所降壓整流輸出 750/1500 直流電，經(jīng)反饋電線、接觸網(wǎng)，流入車輛，為車輛提供動力以及為車輛的輔助電源供電，而產(chǎn)生的電流從鋼軌，回流線流回到變電所，形成了3. 可再生制動方式分析 可再生制動方式分析目前，城市軌道交通主要采用 VVVF 動車組列車，其制動一般為電制動和空氣制動相結(jié)合。在制動過程初期，列車速度較快，采用電制動（電阻制動和再生制動） ，而當速度減小到電制動不起作用時，

8、則利用空氣閘瓦制動方式，將剩余的機械能通過機械摩擦轉(zhuǎn)化為熱能。這種制動方式雖然現(xiàn)在被普遍使用，但其存在明顯的弊端：1、再生制動產(chǎn)生的能量直接饋到直流母線上，當電能無法被相鄰列車吸收時，會導致母線電壓升高，會對牽引變壓設備造成沖擊；2、電阻制動其實質(zhì)是將制動過程中吸收的電能通過電阻負載轉(zhuǎn)化為熱能釋放，會造成隧道環(huán)境溫度升高，甚至需要外加的散熱設備，進一步增加了能耗。當前，城軌制動能量再生吸收方案主要耗散型、儲能性、逆變能饋型。3.1. 耗

9、散型再生吸收方案 耗散型再生吸收方案該方案將直流母線電網(wǎng)多余的能量消耗在電阻負載上，以熱能的形式耗散掉，從而維持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。其中，耗散電阻多裝在地面上，從而減輕機車的散熱及裝載壓力。電阻負載在制動過程中會放掉大量熱量，會使周圍環(huán)境溫度升高，必要時還需要加裝散熱設備。雖然這種方案有利于減小機車機械制動裝置的磨損，但從能力的利用角度來看，該方案并沒有很好的實現(xiàn)能量的可再生利用。其工作原理如圖 3 所示。圖 3 耗散型可再生制動原理圖3.

10、2. 儲能型再生吸收方案 儲能型再生吸收方案儲能方案主要是經(jīng)過變換器將直流母線中多余的再生制動能量吸收并存儲在儲能設備中。常用的儲能方式主要有電池儲能、飛輪儲能、電容儲能，對集中儲能方式對比如下：表 1 幾種儲能方式比較儲能類型 能量密度-3 （kwhm（ ）功率密度-3 （kwmm ）效率%（24h）壽命(年）鉛酸電池 70.7 106..0 92 3高速飛輪 424.0 17666.8 89 20超級電容 53.0 1767700