1、青岛地铁 3 号线工程再生制动能量吸收装置应用分析摘要：现阶段，城市轨道交通再生制动能量吸收装置中依然存在很多还待解决的问题，最为突出的是选取何种方式的再生制动能量吸收装置，吸收装置会对供电系统运行稳定性以及对经济收益性造成哪些影响。本文主要根据不同再生制动能量吸收装置的原理，论述了在青岛地铁 3号线工程的应用，同时为再生制动能量吸收装置的使用方案提供可供参考的依据。 关键词：城市轨道交通；供电；再生制动能量吸收装置；应用分析；中图分类号：C913.32 文献标识码：A 文章编号： 概述 城市轨道车辆的再生制动能量吸收装置是城轨交通供电控制系统的重要组成部分,合理配置能够抑制洞内温升,减少车载
2、设备及车辆维修量。同时，随着城市轨道交通系统的发展，有效利用城市轨道车辆再生制动产生的电能以减少城市轨道交通运营的用电量，起到节能减排，改善环境的效果。目前，城市轨道交通列车牵引电机主要采用变频变压调速技术，其制动模式大多采用电气制动与空气制动互补的形式，即在列车正常运行过程中以电气制动为主，辅之以空气制动。电气制动又分为再生制动和电阻制动，当再生制动不足或失效时自动转换为电阻制动。空气制动采用盘形制动或轮式踏面制动，是列车停车的保证，在制动系统中是不可缺少的，能独立完成制动作用。 为了充分利用电制动，要求编组列车中的动车本身优先采用电制动，经过运算电制动力不足时，用空气制动来弥补。当列车在进
3、站或长大下坡道制动时，再生制动能量过高，依靠列车自身吸收较为困难，为此，在地面装设再生制动能量装置也是很必要的。 再生制动能量利用的意义 轨道交通车辆在运行过程中，由于车站间距一般较短，列车起、制动频繁，因此要求起动加速度和制动减速度大，且要求制动平稳保证旅客乘坐的舒适性。因此，列车优先采用再生制动。 车辆再生制动产生的反馈能量一般为牵引能量的 2030%左右。而这些再生能量被列车自用电消耗一部分，并按一定比例（一般为50%80%，根据列车运行密度和区间距离的不同而异）被其它相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被车辆的车载电阻吸收以发热的方式消耗掉。若受车辆空间所限，不能设置足以完全吸收这部分动
4、能的装置，剩余动能只能由空气制动消耗。 当列车制动时，再生制动能量通过车辆变频装置向直流电网充电，使直流电网电压升高，这是由于列车再生制动能量在直流电网上不能被相邻列车完全吸收造成的。尤其在当列车行车密度较低时，再生能量被其它车辆吸收的概率将大大降低。 由于列车的制动主要发生在运行过程中，如果再生能量由车辆吸收电阻吸收，必将带来隧道和站台内的温升问题，同时也增加了站内空调系统的负担，造成大量的能源损失并使地铁有较多的运行费用。对再生制动能量吸收的相关技术进行系统研究并在地铁工程中使用成熟的再生制动能量吸收装置，将会降低隧道洞体和车站内温度并改善洞内空气质量。 再生能源利用设备的分类和对比分析
5、再生制动能量吸收装置分类 为了吸收列车制动时，未被列车自身及邻车使用的再生制动剩余电能，可以在牵引变电所的直流母线上设置再生制动能量吸收装置，所采用的吸收方案主要包括电阻耗能型、电容储能型、飞轮储能型和逆变回馈型四种方式，而国内融合国外技术又推出了电阻-逆变混合型的吸收方式。当处于再生制动工况下的列车产生的制动电能不能完全被其他车辆和本车的用电设备吸收时，线路上设置的再生制动能量吸收装置立即投入工作，吸收多余的再生电能。再生制动能量吸收装置从工作原理角度划分，分为恒压吸收和逆变吸收两种方式，具体主要有 4 种不同类型的再生制动能量吸收装置： 电容储能吸收装置 电容储能吸收装置为恒压吸收，其恒压
6、装置采用斩波器，根据再生制动时线网电压的变化状态调节斩波器导通比，从而改变吸收功率，将线网电压恒压在某一设定值范围内。 电容储能装置的核心技术是双电层电容器（包括超级电容器） 。双电层电容器具有很多突出的优点，首先它的使用寿命长、效率高、少维护、具有非常强的快速反复充放电能力，具备和车辆运行配合，进而起到节约牵引电能的效果。 电阻吸收装置 电阻吸收装置将再生能量吸收后，变成热量，排出车站或区间，主要采用多相 IGBT 斩波器和吸收电阻配合的恒压吸收方式，根据再生制动时直流母线电压的变化状态调节斩波器的导通比，从而调整吸收功率，将直流电压恒定在某一设定值的范围内，并将制动能量消耗在吸收电阻上。
7、逆变吸收装置 逆变吸收装置则是利用电力电子器件构成逆变器，将直流电逆变成工频交流电馈送至交流电网。 电阻-逆变混合吸收装置 电阻-逆变混合吸收装置是采用电阻吸收和逆变成低压交流电源的混合吸收装置，逆变单元设置在牵引变电所内，电阻柜设置在室外。通过逆变回馈方式回收大部分制动能量至变电所低压交流 0.4kV 母线，对于逆变失效条件下通过制动电阻吸收。可有效消耗再生制动能量。 再生制动能量吸收装置对比 实施条件 列车采用变频调压调速、再生制动系统，为采用再生能量吸收装置创造了条件。国外已有电容储能型吸收装置产品；国内电阻吸收装置已投入运行，电阻-逆变吸收装置已经挂网运行。列车电制动产生的再生能量不变
8、成发热量，可以相应减少车站通风、空调系统的负荷，节约投资成本。 对比分析 上述 4 种不同类型的再生制动能量吸收装置，其他类似工程已采用。其对比分析见下表： 4.总结 从上述列表看出，电阻吸收装置未解决牵引电能的回收问题，仅仅是将列车再生制动产生的电能用电阻消耗掉，以热量形式散发到空气中或地铁系统内，若散发到地铁系统内还需设置通风装置将之排出，属于二次耗能产品，不宜采用。逆变吸收装置其节能效果好，技术先进，但是其价格很高，且国内目前尚无完全应用的实例，其效果如何不得而知。电容储能装置和电阻-逆变混合吸收装置的技术先进、节能效果较好、设备价格适中，且目前在国内均有采用。从技术性能与经济性的角度考虑，此两种装置更为适合。但对于再生制动能量吸收装置的实际应用效果是否能达到设计目标，青岛地铁 3 号线需针对运营线路设备的运行情况进行更加深入的调研，研究回收装置与车辆、机电系统的匹配和安全应用，充分发挥其重要作用。 参考文献： 【1】连鹏飞.深圳地铁 2 号线工程再生制动能量吸收设置方案研究【J】.北京：铁道工程学报，2007 【2】李根良.HXXXS 型再生制动吸收设备介绍【Z】.湘潭：湘潭市恒信电气有限公司，2005
