淺析地鐵牽引供電系統(tǒng)再生制動(dòng)儲(chǔ)能控制

宗慶云

摘要：目前，地鐵技術(shù)快速發(fā)展，許多大中型城市的人們?nèi)粘３鲂性絹?lái)越多的選擇地鐵做為主要交通工具，而在地鐵的運(yùn)行過(guò)程中，每個(gè)站之間的距離都不是很長(zhǎng)，地鐵需要在短時(shí)間里重復(fù)啟動(dòng)和制動(dòng)，這種頻繁的啟動(dòng)和制動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量的制動(dòng)能量，合理的對(duì)制動(dòng)能量進(jìn)行吸收利用能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。由此，本文將對(duì)地鐵牽引供電系統(tǒng)的再生制動(dòng)儲(chǔ)能控制的重要性、吸收方式等方面進(jìn)行分析研究。

關(guān)鍵詞：牽引供電；再生制動(dòng)；儲(chǔ)能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.119

1地鐵牽引供電系統(tǒng)再生制動(dòng)儲(chǔ)能的重要性

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，我國(guó)地鐵技術(shù)水平也得到有效提高，地鐵在啟動(dòng)和制動(dòng)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的制動(dòng)能量，目前，國(guó)內(nèi)對(duì)再生制動(dòng)能量利用率較低，大部分多余的能量使用吸收電阻來(lái)消耗掉，雖然能起到穩(wěn)定電網(wǎng)電壓的作用，但是會(huì)提高地鐵運(yùn)行隧道的溫度，加大了地鐵線路通風(fēng)散熱系統(tǒng)的散熱困難。因此，對(duì)地鐵牽引供電系統(tǒng)再生制動(dòng)能量進(jìn)行儲(chǔ)存利用，不僅能提高再生制動(dòng)能量的利用率，達(dá)到節(jié)約能源的目的，很好的適應(yīng)政府提出的節(jié)能減排要求，還能提高地鐵運(yùn)行的安全和穩(wěn)定。

2牽引供電系統(tǒng)再生制動(dòng)能量吸收方式

根據(jù)對(duì)多余制動(dòng)能量利用方式不同，再生制動(dòng)能量吸收可分為耗能型、饋能型和儲(chǔ)能型這三種：

（1）耗能式再生制動(dòng)能量吸收方式。耗能式再生制動(dòng)能量吸收方式是屬于消耗型的一種吸收方式，通過(guò)安裝電阻，將多余的再生制動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成熱量散發(fā)出來(lái)，主要由車載式和地面式這兩種形式組成。車載式是在每個(gè)車輛安裝消耗能量的電阻，這種安裝方式不僅使車輛處于高度負(fù)重狀態(tài)，影響車輛運(yùn)行狀態(tài)，在一定程度上也加重了車輛維護(hù)工作人員的工作負(fù)擔(dān)。車載式安裝方式和地面式安裝方式，都是將能量散發(fā)掉，沒(méi)有將能量進(jìn)行合理利用，從某種程度來(lái)看并不符合再生制動(dòng)的能量利用要求。

（2）能饋式再生制動(dòng)能量吸收方式。能饋式再生制動(dòng)能量吸收方式是通過(guò)逆變裝置將能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成交流電形式供給其它三相交流用電設(shè)備使用，這樣不僅可以節(jié)約機(jī)車制動(dòng)能量和有效緩解地鐵隧道的溫度上升情況，還能在一定程度上減輕系統(tǒng)通風(fēng)設(shè)備的工作量，并且跟耗能式相比，更符合環(huán)保低耗的要求。

（3）儲(chǔ)能式再生制動(dòng)能量吸收方式。儲(chǔ)能式再生制動(dòng)能量吸收是通過(guò)儲(chǔ)能器對(duì)多余的再生制動(dòng)能量進(jìn)行吸收利用，地鐵車輛在啟動(dòng)加速時(shí)，電網(wǎng)中的電壓會(huì)有較大的波動(dòng)幅度，影響了地鐵車輛供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。而儲(chǔ)能器儲(chǔ)存的能量能為地鐵車輛提供穩(wěn)定可靠的電源來(lái)源，起到緩解電網(wǎng)中電壓不穩(wěn)定影響地鐵正常運(yùn)行的作用。儲(chǔ)能式通過(guò)對(duì)電網(wǎng)處于最大負(fù)載時(shí)釋放出的能量進(jìn)行儲(chǔ)存，并在電網(wǎng)負(fù)載較小或供電系統(tǒng)斷電時(shí)，釋放出來(lái)供給電網(wǎng)使用，在減少了能量耗損的同時(shí)，也提高了電網(wǎng)的供電質(zhì)量和穩(wěn)定。

3再生制動(dòng)儲(chǔ)能方式及特點(diǎn)

（1）電池儲(chǔ)能。電池是一種具有較高儲(chǔ)能密度的電子元件，地鐵車輛的供電系統(tǒng)的用電情況分為用電高峰和用電低峰兩種，而電池儲(chǔ)能的工作原理就是在用電低峰時(shí)期吸收再生制動(dòng)能量，這些儲(chǔ)存的能量用在用電高峰期，減輕地鐵車輛供電系統(tǒng)的供電壓力，并且在一些無(wú)法架設(shè)電纜線路的路段，電池儲(chǔ)能為地鐵車輛提供能量，使地鐵正常運(yùn)行。但是由于化學(xué)電池的充放電循環(huán)壽命有限，并且電池的化學(xué)物質(zhì)難以降解，大量使用電池會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大污染，所以電池做為儲(chǔ)能系統(tǒng)在地鐵這種需要頻繁啟動(dòng)制動(dòng)的軌道交通上使用受到諸多限制。

（2）飛輪儲(chǔ)能。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)是通過(guò)飛輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)將再生制動(dòng)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能并進(jìn)行儲(chǔ)存，主要由高強(qiáng)度復(fù)合材料構(gòu)成，在工作時(shí)磁懸浮軸承起到支撐作用，并處于真空環(huán)境中，使能量損耗降到最低。與電池儲(chǔ)能方式相比，飛輪儲(chǔ)能的使用壽命較長(zhǎng)，并且使用期間不用進(jìn)行維護(hù)，一定程度上減少了資金和人力的投入。但飛輪儲(chǔ)能有一較為明顯的缺點(diǎn)就是能量不能長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，能量損耗會(huì)隨著儲(chǔ)存時(shí)間增長(zhǎng)而增大。因此，飛輪儲(chǔ)能更適合用有大功率設(shè)備運(yùn)行的場(chǎng)合，并且飛輪儲(chǔ)能裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程涉及多種學(xué)科和專業(yè)，比較復(fù)雜，在我國(guó)處于研究起步階段。

（3）超導(dǎo)磁儲(chǔ)能。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能儲(chǔ)存的工作原理是通過(guò)超導(dǎo)線圈將再生制動(dòng)能量直接以電磁能的形式儲(chǔ)存起來(lái)。而超導(dǎo)磁儲(chǔ)能的優(yōu)點(diǎn)在于不需進(jìn)行其他形式的能量轉(zhuǎn)換，減少了轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量損耗，并且可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存。其次，超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)還通過(guò)交流電電子器件與地鐵車輛供電系統(tǒng)形成連接關(guān)系，能對(duì)地鐵車輛供電系統(tǒng)的用電需求進(jìn)行快速響應(yīng)，起到提高地鐵車輛供電系統(tǒng)的供電速度和質(zhì)量的作用。但是，超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置的單位體積儲(chǔ)存的能量較少，不能同時(shí)滿足高能量密度和高功率密度的要求，并且超導(dǎo)磁體的成本較高，需要較高的資金投入。

（4）超級(jí)電容儲(chǔ)能。超級(jí)電容儲(chǔ)能采用的是一種電容值較高的電容器來(lái)對(duì)能量進(jìn)行儲(chǔ)存和釋放，電容器能直接以電勢(shì)能的形式來(lái)儲(chǔ)存，不需要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，減少了能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中的耗損，而且超級(jí)電容器的電容值較大，能儲(chǔ)存的能量密度較大，并且吸收再生制動(dòng)能量所需的時(shí)間比較短，這樣能最大限度的提高再生制動(dòng)能量的利用率，保障地鐵車輛供電系統(tǒng)的可靠性。超級(jí)電容儲(chǔ)能最顯著的一個(gè)特點(diǎn)是，在地鐵牽引供電系統(tǒng)斷電或供電能力較弱時(shí)，能提供一定時(shí)間的應(yīng)急能量，使地鐵安全運(yùn)行到站臺(tái)，提高了地鐵車輛的安全性和可靠性。

4總結(jié)

目前，世界各國(guó)都提出環(huán)保科技的理念，對(duì)地鐵牽引供電系統(tǒng)再生制動(dòng)能量進(jìn)行儲(chǔ)能，切實(shí)的符合環(huán)保低耗的要求。文章通過(guò)對(duì)進(jìn)行再生制動(dòng)能量?jī)?chǔ)能的重要性、儲(chǔ)能方式和再生制動(dòng)能量的吸收方式等方面進(jìn)行分析，以此促進(jìn)再生制動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)的良好發(fā)展。