淺析地鐵牽引供電系統再生制動儲能控制

宗慶云

摘要：目前，地鐵技術快速發展，許多大中型城市的人們日常出行越來越多的選擇地鐵做為主要交通工具，而在地鐵的運行過程中，每個站之間的距離都不是很長，地鐵需要在短時間里重復啟動和制動，這種頻繁的啟動和制動會產生大量的制動能量，合理的對制動能量進行吸收利用能實現經濟效益最大化。由此，本文將對地鐵牽引供電系統的再生制動儲能控制的重要性、吸收方式等方面進行分析研究。

關鍵詞：牽引供電；再生制動；儲能

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

1地鐵牽引供電系統再生制動儲能的重要性

隨著經濟的快速發展，城市化進程不斷加快，我國地鐵技術水平也得到有效提高，地鐵在啟動和制動的過程中會產生大量的制動能量，目前，國內對再生制動能量利用率較低，大部分多余的能量使用吸收電阻來消耗掉，雖然能起到穩定電網電壓的作用，但是會提高地鐵運行隧道的溫度，加大了地鐵線路通風散熱系統的散熱困難。因此，對地鐵牽引供電系統再生制動能量進行儲存利用，不僅能提高再生制動能量的利用率，達到節約能源的目的，很好的適應政府提出的節能減排要求，還能提高地鐵運行的安全和穩定。

2牽引供電系統再生制動能量吸收方式

根據對多余制動能量利用方式不同，再生制動能量吸收可分為耗能型、饋能型和儲能型這三種：

（1）耗能式再生制動能量吸收方式。耗能式再生制動能量吸收方式是屬于消耗型的一種吸收方式，通過安裝電阻，將多余的再生制動能量轉換成熱量散發出來，主要由車載式和地面式這兩種形式組成。車載式是在每個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重狀態，影響車輛運行狀態，在一定程度上也加重了車輛維護工作人員的工作負擔。車載式安裝方式和地面式安裝方式，都是將能量散發掉，沒有將能量進行合理利用，從某種程度來看并不符合再生制動的能量利用要求。

（2）能饋式再生制動能量吸收方式。能饋式再生制動能量吸收方式是通過逆變裝置將能量進行轉換，轉換成交流電形式供給其它三相交流用電設備使用，這樣不僅可以節約機車制動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通風設備的工作量，并且跟耗能式相比，更符合環保低耗的要求。

（3）儲能式再生制動能量吸收方式。儲能式再生制動能量吸收是通過儲能器對多余的再生制動能量進行吸收利用，地鐵車輛在啟動加速時，電網中的電壓會有較大的波動幅度，影響了地鐵車輛供電系統的正常運行。而儲能器儲存的能量能為地鐵車輛提供穩定可靠的電源來源，起到緩解電網中電壓不穩定影響地鐵正常運行的作用。儲能式通過對電網處于最大負載時釋放出的能量進行儲存，并在電網負載較小或供電系統斷電時，釋放出來供給電網使用，在減少了能量耗損的同時，也提高了電網的供電質量和穩定。

3再生制動儲能方式及特點

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

（2）飛輪儲能。飛輪儲能系統是通過飛輪高速運轉將再生制動能轉換成動能并進行儲存，主要由高強度復合材料構成，在工作時磁懸浮軸承起到支撐作用，并處于真空環境中，使能量損耗降到最低。與電池儲能方式相比，飛輪儲能的使用壽命較長，并且使用期間不用進行維護，一定程度上減少了資金和人力的投入。但飛輪儲能有一較為明顯的缺點就是能量不能長時間儲存，能量損耗會隨著儲存時間增長而增大。因此，飛輪儲能更適合用有大功率設備運行的場合，并且飛輪儲能裝置的設計過程涉及多種學科和專業，比較復雜，在我國處于研究起步階段。

（3）超導磁儲能。超導磁儲能儲存的工作原理是通過超導線圈將再生制動能量直接以電磁能的形式儲存起來。而超導磁儲能的優點在于不需進行其他形式的能量轉換，減少了轉換過程中的能量損耗，并且可以進行長時間儲存。其次，超導儲能系統還通過交流電電子器件與地鐵車輛供電系統形成連接關系，能對地鐵車輛供電系統的用電需求進行快速響應，起到提高地鐵車輛供電系統的供電速度和質量的作用。但是，超導儲能裝置的單位體積儲存的能量較少，不能同時滿足高能量密度和高功率密度的要求，并且超導磁體的成本較高，需要較高的資金投入。

（4）超級電容儲能。超級電容儲能采用的是一種電容值較高的電容器來對能量進行儲存和釋放，電容器能直接以電勢能的形式來儲存，不需要進行能量轉換，減少了能量轉換過程中的耗損，而且超級電容器的電容值較大，能儲存的能量密度較大，并且吸收再生制動能量所需的時間比較短，這樣能最大限度的提高再生制動能量的利用率，保障地鐵車輛供電系統的可靠性。超級電容儲能最顯著的一個特點是，在地鐵牽引供電系統斷電或供電能力較弱時，能提供一定時間的應急能量，使地鐵安全運行到站臺，提高了地鐵車輛的安全性和可靠性。

4總結

目前，世界各國都提出環保科技的理念，對地鐵牽引供電系統再生制動能量進行儲能，切實的符合環保低耗的要求。文章通過對進行再生制動能量儲能的重要性、儲能方式和再生制動能量的吸收方式等方面進行分析，以此促進再生制動儲能技術的良好發展。