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城市軌道交通再生電能回收技術(shù)方案的研究
（作者未知） 2010/6/21
摘要：如果采用車輛吸收電阻吸收地鐵列車運行過程中的再生能量，則將帶來隧道和站臺內(nèi)的溫升問題，同時也增加了站內(nèi)環(huán)控系統(tǒng)的負擔， 造成大量的能源浪費并使地鐵的建設(shè)費用和運行費用增加。為了降低隧道洞體和車站內(nèi)溫度并提高洞內(nèi)空氣質(zhì)量，應(yīng)當進行再生能量吸收的相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)研究并在地鐵工程中使用成熟的再生能量回收裝置。
關(guān)鍵詞：城市軌道交通；再生；吸收；技術(shù)方案
1 引言
在城市軌道交通工程中，直-交變壓變頻的傳動方式已經(jīng)普遍采用。車輛在運行過程中， 由于站間距一般較短， 列車起制動頻繁， 因此要求起動加速度和制動減速度大，制動平穩(wěn)并具有良好的起動和制動性能。從能量相互轉(zhuǎn)換的角度看， 制動能量是相當可觀的。雖然電動車組在其直流回路設(shè)有電阻耗能裝置， 但是受機車空間所限， 不可能設(shè)置足以完全吸收這部分動能的裝置，剩余能量只能由機械制動補充。由于軌道交通整流設(shè)備采用的是二極管整流器，只能單向供電。當列車制動時， 再生回饋能量通過機車變頻裝置向直流電網(wǎng)充電，使直流電網(wǎng)電壓升高，當直流電壓大于整流器輸出電壓時， 二極管整流器被反向阻斷。由于地鐵系統(tǒng)的特點是區(qū)間距離短、列車運行密度高， 這樣列車在全線運行過程中必將有頻繁的啟動、制動過程。根據(jù)經(jīng)驗，地鐵再生制動產(chǎn)生的反饋能量一般為牽引能量的30%甚至更多。而這些再生能量除了按一定比例（一般為20%～80%， 根據(jù)列車運行密度和區(qū)間距離的不同而異） 被其它相鄰列車吸收利用外，剩余部分將主要被車輛的吸收電阻以發(fā)熱的方式消耗掉或被線路上的吸收裝置吸收。據(jù)考察北京地鐵750 V 直流供電電壓在機車進站制動時可能升到1 000 V 以上，這是由于列車再生制動能量在直流電網(wǎng)上不能被相鄰列車完全吸收造成的。當列車發(fā)車密度較低時，再生能量被其它車輛吸收的概率將大大降低。有資料表明，當列車發(fā)車的間隔大于10 min 時，再生制動能量被吸收的概率幾乎為零，這樣，絕大部分制動能量將被車輛吸收電阻所吸收， 變成熱能并向四外散發(fā)。由于列車的制動主要發(fā)生在運行過程中，如果再生能量由車輛吸收電阻吸收， 必將帶來隧道和站臺內(nèi)的溫升問題， 同時也增加了站內(nèi)環(huán)控系統(tǒng)的負擔，造成大量的能源浪費并使地鐵的建設(shè)費用和運行費用增加。在國內(nèi)的部分地鐵線路（如北京地鐵） 上已經(jīng)反映出溫升問題相當嚴重。因此， 對再生能量吸收的相關(guān)技術(shù)進行系統(tǒng)研究并在地鐵工程中使用成熟的再生能量回收裝置，將會降低隧道洞體和車站內(nèi)溫度并改善洞內(nèi)空氣質(zhì)量。同時， 合理的配置再生能量回收裝置還能減少車載設(shè)備（車輛制動電阻），減少車輛的運營維護工作量，降低車輛成本，減少車輛自重，從而降低列車能耗， 提高車輛加減速性能， 并有可能在一定程度上降低電機的配置容量。
目前，我國在城市軌道交通中應(yīng)用再生能量回收技術(shù)尚屬起步階段， 可借鑒加拿大、日本等國的成功經(jīng)驗。若在國內(nèi)城市軌道交通系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用此項技術(shù)，必將產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟效益。
2 可采用的相關(guān)技術(shù)
軌道交通車輛所采用的電制動方式一般包括再生制動和電阻制動兩種方式，再生制動的最大優(yōu)點是節(jié)能，但再生電能并不是都能被其它牽引車輛吸收，剩余部分則消耗在車輛制動電阻上并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌l(fā)到空氣中。車輛采用電阻制動方式吸收電能比較穩(wěn)定， 但制動能量消耗在電阻上， 既不能加以利用，又因在車輛上裝設(shè)大容量制動電阻而導(dǎo)致車下設(shè)備的總體布置困難，車體重量和列車牽引耗電增加，同時還加大了對環(huán)境的污染。
為了減少制動能量在列車制動電阻上的耗散，抑制地鐵隧道內(nèi)溫度的升高和減少車載設(shè)備，國外一般在牽引變電所的直流母線上設(shè)置再生制動能量吸收裝置，所采用的吸收方案主要包括電阻耗能型、電容儲能型、飛輪儲能型和逆變回饋型四種方式。當處于再生制動工況下的列車產(chǎn)生的制動電流不能完全被其他車輛和本車的用電設(shè)備吸收時，線路上設(shè)置的再生制動能量吸收裝置立即投入工作，吸收多余的再生電流，使車輛再生電流持續(xù)穩(wěn)定，以最大限度地發(fā)揮電制動性能。如日本多摩、沖繩、東京、大阪的輕軌和地鐵線路， 加拿大多倫多輕軌及意大利米蘭3 號線等地鐵均采用了再生制動能量吸收裝置。
電阻耗能型再生制動能量吸收裝置主要采用多相IGBT 斬波器和吸收電阻配合的恒壓吸收方式，根據(jù)再生制動時直流母線電壓的變化狀態(tài)調(diào)節(jié)斬波器的導(dǎo)通比， 從而改變吸收功率， 將直流電壓恒定在某一設(shè)定值的范圍內(nèi)，并將制動能量消耗在吸收電阻上。該吸收裝置的電氣系統(tǒng)主要由IGBT 斬波器、吸收電阻、續(xù)流二極管、濾波裝置（濾波電容和濾波電抗器）、直流快速斷路器、電動隔離開關(guān)、避雷器、電磁接觸器、傳感器和微機控制單元等組成。該裝置的優(yōu)點是控制簡單， 其主要缺點是再生制動能量消耗在吸收電阻上，未加以利用；而且電阻散熱也導(dǎo)致環(huán)境溫度上升，因此（未完，下一頁）
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