能饋式牽引供電裝置在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用

1、摘要通過對國內(nèi)外列車再生制動能量吸收技術(shù)對比分析，得出能饋式牽引供電裝置是當(dāng)前解決列車再生制動能量問題的較優(yōu)措施。給出能饋式牽引供電裝置在北京地鐵10號線二期工程的應(yīng)用設(shè)計方案，并進行現(xiàn)場試驗和應(yīng)用效果分析。對能饋式牽引供電裝置在城市軌道交通中的適應(yīng)性進行分析，為進一步工程推廣應(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北京地鐵10號線二期工程U2318U26049中圖分類號文獻標(biāo)志碼A文章編號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)計發(fā)展集團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能量儲存型能量儲存型主要包括電容儲能吸收裝置和飛輪儲能吸收裝置。121電容儲能吸收裝置電容儲能吸收裝置是用超級電容將列車制動能量存儲起來，并在列車牽引時釋放，起到節(jié)能和穩(wěn)定網(wǎng)壓［3］的作用。電容儲能吸收裝置的技術(shù)原理較佳

3、，但國根據(jù)國家有關(guān)部委頒布的《中國節(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能量，降低地鐵電能消耗，降低運營成本，達到減少能耗的目的［1］。研究并逐步推廣應(yīng)用能饋式牽引供電裝置，是未來軌道交通踐行節(jié)能要求的重要措施之一。1列車制動能量利用方式分析根據(jù)能量處理方式的不同，將列車再生制動能量吸收裝置分為3類:能量消耗型、能量儲存型、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。電阻吸收裝置會造成能量的浪費，還由于電阻的發(fā)熱量大，對規(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作者簡介:陳德勝，男，碩士研究生，研究方向為城市軌道交通牽引供電技術(shù)，chends@buedricom基金項目:中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項基金(2014JBM114)內(nèi)企業(yè)暫無生產(chǎn)供貨能力，進口設(shè)

5、備不成熟，技術(shù)有待完善和提高，建設(shè)成本高，國內(nèi)尚無成功的工程應(yīng)用實例。北京地鐵5號線曾設(shè)置了4套電容儲能吸收裝置，但一直未投入運行。122飛輪儲能吸收裝置飛輪儲能吸收裝置是利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪，將列車制動能量存儲起來，并在列車牽引時釋放，起到節(jié)能和穩(wěn)定網(wǎng)壓的作用。飛輪儲能吸收裝置的技術(shù)原理也較佳，但國內(nèi)企業(yè)暫無生產(chǎn)供貨能力，進口設(shè)備不成熟，技術(shù)有待完善和提高，建設(shè)成本高，國內(nèi)尚無成功的工程應(yīng)用實例。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，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，對于能量的流動和分配利用更有利。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)定以及無功補償?shù)奶攸c，且接口簡單、工程實施容易，所以是未來的發(fā)展趨勢。綜上所述，結(jié)合目前地鐵的工程特點和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展方向，

7、從技術(shù)先進性、合理性、經(jīng)濟性、可實施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進一步應(yīng)用思考列車具有啟動時消耗大量電能，制動時再生大量電能的特點，因此直流牽引系統(tǒng)在最大運行方式下，當(dāng)多列車同時啟動時，牽引網(wǎng)網(wǎng)壓存在較大跌落的情況當(dāng)多列車制動時

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，還需進一步進行研究分析，體現(xiàn)針對性和目標(biāo)性。31功能定位適應(yīng)性分析311制動能量吸收制動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能量逆變回饋至交流中壓網(wǎng)絡(luò)，通過中壓網(wǎng)絡(luò)再分配、再利用，起到顯著的節(jié)能效果。此外，由于列車制動能量能夠快速、有效地吸收，

10、可以進一步改善列車的制動停車效果，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，可以實現(xiàn)牽引整流機組的效果。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組，擴大了牽引變電所的牽引供電容量，可以進一步優(yōu)化牽引變電所的布點及容量配置方案。另外，當(dāng)開放牽引整流功能后，可以進一步改善牽引網(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。321三機組方案在設(shè)置兩套12脈波牽引整流機組的基礎(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組構(gòu)成并聯(lián)關(guān)系，如圖6所示(北京地鐵10號線采用的是該方案)。該方案在傳統(tǒng)兩套牽引整流機組基礎(chǔ)上增設(shè)了能饋式牽引供電裝置，牽引供電的可靠性進一步加強，容量進一步擴大，可以有效優(yōu)化牽引變電所的布點及容量配置，使正向牽引整流、反向逆變回饋的功能充分體現(xiàn)。事實上，若采取該方案，可以適當(dāng)降低兩套牽