摘要：随着科技的进步和社会的发展，人们在节能减排、环境保护方面意识逐渐增强，在城市轨道交通系统中，对有效利用城市轨道列车再生制动所产生的电能以减少城市轨道交通运营的用电量，同时改善城市轨道交通公共场所的环境是非常重要的。在牵引供电系统中对再生制动所产生的电能进行吸收、储存和再利用越来越受到人们的重视，也具有很大的意义。文章主要探讨了城市轨道交通回馈式再生能源吸收装置，以供参考。

关键词：地铁;再生制动;逆变回馈;供电系统

引言：城市轨道交通制动能量利用率较低，基本由电阻转变成热能消耗掉，再生制动能量逆变回馈装置可应用于地铁供电系统，实现再生制动能量的回馈利用，达到节能效果

1再生能量吸收装置的产生及发展趋势

1.1 目前列车制动的现状

在城市轨道交通系统中，公交化的运输模式决定了城市轨道交通具有列车运行密度大、站间距小、起停频繁的特点，列车的制动模式大多采用电气制动（再生制动/电阻制动）+空气制动（盘形制动/轮对踏面制动）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。因此，当列车在进站制动或在长大下坡道上运行时，其所产生的再生制动能量将通过传动装置、变压变频装置而回馈到直流接触网。当再生制动能量不能完全被相邻列车吸收而使网压提升时，车辆启动电阻制动装置，将电能转化为热能并散发出去。通过调研发现，地铁机车制动能量可达到牵引能量的30%以上，不能被吸收的部分占制动能量的40%左右，此部分只能白白消耗掉。这不仅会带来隧道或站区的温升问题和空气质量的恶化问题，也额外增加了环控系统的负荷，导致地铁建设投资和运营成本的增加、能量的浪费。

1.2 再生能量吸收装置发展趋势

能量消耗型是指利用电阻吸收装置，将列车的再生制动能量消耗掉，从而抑制接触网网压的飙升。

能量储存型主要包括电容储能吸收装置和飞轮储能吸收装置。电容储能吸收装置是用超级电容将列车制动能量存储起来，并在列车牵引时释放，起到节能和稳定网压的作用。

能量逆变型是利用电力电子变流器，将列车制动能量逆变为交流电能回馈到交流电网，供其他设备再利用。根据交流交流电网的电压等级，能量逆变又分为中压逆变型（35kV）和低压逆变型（400V）。

2010年-2011年期间，逆变400V的再生电能吸收方案在重庆、北京等地相继完成了挂网运行。

2010年，中压能馈型逆变装置国内相关厂家完成了相关的检验工作，2011年国内厂家陆续完成了相关设备的挂网项目阶段工作，但刚开始只是在车辆段试验设备的各项功能。

2011年之后，国内北京、广州、苏州、宁波、郑州、南宁、南京、厦门、乌鲁木齐等城市新建地铁工程均将中压能馈作为再生电能吸收的首选方案。

逆变回馈型再生能量吸收利用方式可有效利用再生能量，且国内相关技术较为成熟，具备应用条件，同时考虑到单座车站400V低压动照需用负荷有限，回馈的能量并不能被本站400V系统完全利用，此外400V系统容量较小，系统电能质量的敏感性要高于35kV系统，因此，近几年除了既有采用了向400V系统逆变回馈的城市之外，国内新建地铁项目几乎将向35kV系统逆变回馈技术方案作为首选，该技术占据主导地位，代表了再生电能吸收利用的发展趋势，成为了各地地铁节能减排的主要手段和发展方向。

2逆变回馈型再生能量吸收技术

按逆变回馈型的接入方式分为：低压回馈、中压回馈。逆变至AC 0.4kV网络的再生能量吸收装置受容量限制须与电阻结合才能满足目前地铁再生能量吸收的需求，因此通常采用逆变+电阻的型式。而中压能馈型再生能量吸收装置由于将能量逆变至中压35kV网络，设备容量较大，因此目前通常不再增加电阻设备。下面以直流牵引网额定电压1500V为例说明几种逆变回馈型再生能量吸收装置的区别。

2.1逆变至1180V侧回馈型

整流变压器接35kV中压网络，再生制动能量回馈变流装置接到整流变压器二次侧。再生制动能量回馈变流装置采用变压器隔离，设AC/DC变流和逆变模块。

该类型装置的优点：利用原整流变压器，不再单独增加中压变压器，提高了系统安全性;不用单独设置变压器能够节约土建面积，减少投资。再生制动能量回馈变流装置采用变压器隔离，无高频零序环流。成本相对较低，装置体积小，便于安装放置。

该类型装置的缺点：回馈能量受限于牵引变容量，无法充分回馈再生能量。

2.2逆变至35kV侧回馈型

整流变压器单独运行，另为再生制动能量回馈变流装置单独设置变压器接35kV中压网络，并设AC/DC变流和逆变模块。

该类型装置的优点：35kV中压网络单独增设变压器，回馈能量不受限于原整流变压器;无高频零序环流、采用变压器隔离保护。

该类型装置的缺点：成本高，需单独设置一套中压升压变并配置中压保护配电柜;体积大，中压升压变占用较大的空间，对土建要求较高;新增中压设备，系统可靠性受影响。

2.3逆变至400V侧回馈型

整流变压器单独运行，另为再生制动能量回馈变流装置单独设置变压器接400V低压网络，并设AC/DC变流和逆变模块。该类型装置的优点：低压相对安全;体积小，成本低;无高频零序环流、采用变压器隔离保护。

该类型装置的缺点：对配电系统有冲击，导致400V电网电压升高;受限于配电变压器，回馈容量小，最大1.2MW，节能效果差。

3地铁再生制动能量吸收装置布置

3.1按站点位置布置

列车制动时，能量会被邻近站点的地铁再生制动能量吸收装置所吸收，吸收不完的能量会向两边传输，由于在端头的站点只能接收到单边传送过来的能量，而且在端头制动时能量只能单方向传送，因此两端的站点地铁再生制动能量吸收动作不如中间站点动作频繁;另外，从安全稳定上考虑，如果地铁再生制动能量吸收装置发生故障，能量会往两边方向传输，被邻近站点所吸收，相比在端头站点来说设置在中间站点系统稳定性更高。

3.2按轨道坡度不同布置

由于坡度原因会导致制动力叠加了动力分量，因此会增加列车制动的难度，相比平直轨道，当机车在具有坡度的站点下坡制动时，制动能量更大，建议考虑将回馈变流器放到坡度较大的站点。

4结语

总之，在全球低碳经济发展和国家节能减排的新形势下，国家鼓励发展节能减排型新技术、新装置。再生能量吸收装置具有能量利用率高特性，特别适合城市轨道交通列车运行密度大、站间距小、起停频繁的运行特点，能产生良好的经济效益和环保效益。可以预料，未来再生能量吸收装置在城市轨道交通供电系统的应用前景看好。

参考文献

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