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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
（接上頁(yè)）當(dāng)該裝置設(shè)置在地下變電所內(nèi)時(shí)， 電阻柜需單獨(dú)放置， 而且該房間需采取措施保證有足夠的通風(fēng)量，需要相應(yīng)的通風(fēng)動(dòng)力裝置，也增加了相應(yīng)的電能消耗。
電容儲(chǔ)能型或飛輪儲(chǔ)能型再生制動(dòng)能量吸收裝置主要采用IGBT 逆變器將列車的再生制動(dòng)能量吸收到大容量電容器組或飛輪電機(jī)中，當(dāng)供電區(qū)間內(nèi)有列車起動(dòng)或加速需要取流時(shí)，該裝置將所儲(chǔ)存的電能釋放出去并進(jìn)行再利用。該類吸收裝置的電氣系統(tǒng)主要包括儲(chǔ)能電容器組或飛輪電機(jī)、IGBT 斬波器、直流快速斷路器、電動(dòng)隔離開關(guān)、傳感器和微機(jī)控制單元等。該裝置充分利用了列車再生制動(dòng)能量， 節(jié)能效果好， 并可減少列車制動(dòng)電阻的容量。其主要缺點(diǎn)是要設(shè)置體積龐大的電容器組和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械飛輪裝置作為儲(chǔ)能部件，因此應(yīng)用實(shí)例較少。
逆變回饋型再生制動(dòng)能量吸收裝置主要采用電力電子器件構(gòu)成大功率晶閘管三相逆變器，該逆變器的直流側(cè)與牽引變電所中的整流器直流母線相聯(lián)， 其交流進(jìn)線接到交流電網(wǎng)上。當(dāng)再生制動(dòng)使直流電壓超過(guò)規(guī)定值時(shí)，逆變器啟動(dòng)并從直流母線吸收電流，將再生直流電能逆變成工頻交流電回饋至交流電網(wǎng)。該吸收裝置的電氣系統(tǒng)主要包括晶閘管逆變器、逆變變壓器、平衡電抗器、交流斷路器、直流快速斷路器、電動(dòng)隔離開關(guān)、直流電壓變換器和調(diào)節(jié)控制柜等。該裝置充分利用了列車再生制動(dòng)能量， 提高了再生能量的利用率， 節(jié)能效果好，并可減少列車制動(dòng)電阻的容量。其能量直接回饋到電網(wǎng)，既不要配置儲(chǔ)能元件，又不要配置吸收電阻，因此對(duì)環(huán)境溫度影響小，在大功率室內(nèi)安裝的情況下多采用此方案。
3 技術(shù)方案的研究與比較
3.1 有關(guān)系統(tǒng)的仿真模擬計(jì)算
仿真模擬是較為先進(jìn)的研究方法之一，事實(shí)證明，這樣的研究方法是可取的、科學(xué)的、可靠的。許多重大項(xiàng)目都要經(jīng)過(guò)各種仿真模擬計(jì)算后才能夠進(jìn)入實(shí)施階段，開發(fā)研究階段的有關(guān)模擬分析參數(shù)的選擇和確定將有可能影響到整個(gè)工程的方案決策、運(yùn)行效果以及工程投資和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)合理性。因此，在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行大量的、準(zhǔn)確的仿真模擬是非常必要的。多年來(lái)中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院已經(jīng)在各條城市軌道交通的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中多次運(yùn)用這種方法。因此， 為了得到更為準(zhǔn)確可靠的研究結(jié)果，在本課題的研究過(guò)程中對(duì)相關(guān)的系統(tǒng)進(jìn)行了大量的模擬分析與比較。
3.1.1 列車運(yùn)行模擬
列車運(yùn)行的模擬仿真是整個(gè)方案研究最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)平臺(tái)和依據(jù)，它的正確性和科學(xué)性將直接影響后續(xù)模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性和方案的可靠性。因此必須對(duì)與此相關(guān)的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行充分調(diào)查、分析與研究。主要包括車輛特性、車輛阻力、車輛運(yùn)行工況的分析與研究，線路資料和有關(guān)運(yùn)營(yíng)資料的分析與整理，從而獲得準(zhǔn)確的全線列車運(yùn)行數(shù)據(jù)。
3.1.2 不同運(yùn)行圖模擬
一般來(lái)說(shuō)，在固定的列車追蹤間隔運(yùn)行狀態(tài)下，列車的牽引用電負(fù)荷反映到牽引變電所是相對(duì)持續(xù)穩(wěn)定的，不會(huì)因運(yùn)行圖上下行鋪畫的時(shí)間交錯(cuò)產(chǎn)生較大的波動(dòng)變化。因此， 中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院一般在設(shè)計(jì)牽引供電系統(tǒng)方案和容量的時(shí)候，只需對(duì)典型的高峰小時(shí)運(yùn)行圖進(jìn)行模擬就可以滿足要求。而再生能量回饋電流則是短時(shí)的、不穩(wěn)定的，由于其他列車的運(yùn)行狀態(tài)直接影響到再生電流的吸收比例，所以在作回饋電流的模擬分析時(shí)，應(yīng)該充分考慮運(yùn)行圖上下行鋪畫的不同時(shí)間交錯(cuò)情況下的回饋電流特性。在進(jìn)行運(yùn)行圖模擬時(shí)，增加了以追蹤間隔為周期，以2 s 為步長(zhǎng)的多圖模擬模型，為下一步的供電系統(tǒng)模擬提供更具廣泛性的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
3.1.3 供電系統(tǒng)模擬
供電系統(tǒng)模擬是基于全線牽引供電網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型之上，根據(jù)有限元分析的基本思想對(duì)全線網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行一定間隔的切割，并對(duì)各個(gè)切割斷面進(jìn)行數(shù)據(jù)抽象，同時(shí)根據(jù)運(yùn)行圖數(shù)據(jù)對(duì)全線列車的運(yùn)行狀態(tài)掃描后進(jìn)行全線的牽引供電網(wǎng)絡(luò)分析，從而計(jì)算出供電網(wǎng)絡(luò)各個(gè)切割斷面的瞬態(tài)電氣參數(shù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)輸出。本文在原有的模擬模型基礎(chǔ)上， 加入了電能回饋吸收裝置的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型（見圖2）， 使模擬的數(shù)據(jù)結(jié)果更加準(zhǔn)確，為回饋吸收系統(tǒng)方案的建立和容量的選擇提供可靠的依據(jù)。由于在進(jìn)行系統(tǒng)模擬分析的過(guò)程中，主要研究目標(biāo)為能量的流動(dòng)過(guò)程， 因此為了簡(jiǎn)化算法，提高運(yùn)行速度，將回饋裝置在數(shù)學(xué)模型上簡(jiǎn)化為可調(diào)電阻，設(shè)定回饋裝置的電壓投入條件，通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻的大小來(lái)適應(yīng)回饋功率的變化。通過(guò)各種運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下的模擬分析、統(tǒng)計(jì)，獲得回饋功率的變化特點(diǎn)。
3.2 仿真模擬結(jié)果分析
考慮到再生回饋電能的負(fù)荷特點(diǎn)（短時(shí)性和隨機(jī)性），對(duì)不同運(yùn)行階段的列車運(yùn)行、不同運(yùn)行圖和供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大量的模擬分析和比較。以某牽引變電所為例的圖3 可以看出，在相同的列車運(yùn)行追蹤密度下，再生回饋功率因不同的運(yùn)行圖鋪畫而差異很大。而在未來(lái)的實(shí)際運(yùn)行中， 運(yùn)行圖可能會(huì)出現(xiàn)各種隨機(jī)性變化。
3.3 再生吸收裝置的分布方案與（未完，下一頁(yè)）
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