喻奇

新型軌道交通再生制動(dòng)能量吸收裝置研究

喻奇

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，430063，武漢//高級(jí)工程師）

城市軌道交通具有站間距離短、車輛運(yùn)行密度高等特點(diǎn)，列車在頻繁的起動(dòng)與制動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生數(shù)量可觀的制動(dòng)能量。目前再生制動(dòng)能量回收較多采用電阻吸收或逆變回饋加電阻的形式，能量回收率和利用率都較低。根據(jù)逆變回饋和電容儲(chǔ)能的特點(diǎn)，組成逆變+儲(chǔ)能的新型再生制動(dòng)能量吸收裝置：直流母線制動(dòng)電能通過逆變器接入400 V車站低壓配電系統(tǒng)，超級(jí)電容通過DC/DC雙向變換器并聯(lián)在直流母線上，較平穩(wěn)的制動(dòng)功率直接經(jīng)逆變器給車站負(fù)荷供電，較大的尖峰功率由超級(jí)電容吸收，再供負(fù)荷或車輛起動(dòng)加速用。根據(jù)列車的制動(dòng)特性，以某地鐵線路實(shí)際數(shù)據(jù)為例,計(jì)算了列車實(shí)際的制動(dòng)功率和能量，給出了逆變器和儲(chǔ)能的功率及容量配置方案。所提方案能夠完全吸收利用再生制動(dòng)能量，且所需儲(chǔ)能容量較小。

城市軌道交通；再生制動(dòng)；能量吸收裝置

Author′s addressChina Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，430063，Wuhan，China

城市軌道交通（以下簡(jiǎn)為“城軌”）具有站間距離短、行車密度高、列車起動(dòng)制動(dòng)頻繁等特點(diǎn)，列車在整個(gè)運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生數(shù)量可觀的制動(dòng)能量。當(dāng)列車發(fā)生再生制動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的制動(dòng)能量通過牽引電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能，其中很小的一部分用于自身動(dòng)力照明負(fù)荷的供能，大部分返送回牽引網(wǎng)。傳統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)使用二極管不可控整流，能量只能單向流動(dòng)，再生制動(dòng)時(shí)二極管反向阻斷，若此時(shí)同線路上另有其它列車正處于牽引狀況，吸收了制動(dòng)能量，則列車能穩(wěn)定地再生制動(dòng)；如果該時(shí)刻線路上無其它牽引列車或牽引列車不足以全部吸收再生能量，再生能量將向直流電網(wǎng)充電，導(dǎo)致牽引網(wǎng)電壓升高，影響供電系統(tǒng)安全運(yùn)行。目前我國(guó)城軌列車大多采用車載電阻方式吸收這部分再生制動(dòng)能量，然而，車載電阻方式帶來的車體質(zhì)量增加、隧道溫度升高等問題日見突出，其不僅不能有效利用回收能量，反而使地下段車站和區(qū)間的環(huán)控負(fù)荷增加。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，城市軌道交通制動(dòng)能量可達(dá)到牽引能量的20%～40%以上。中國(guó)快速的城市化進(jìn)程，使城軌系統(tǒng)的節(jié)能降耗空間十分巨大，而節(jié)能降耗的政策及技術(shù)升級(jí)的要求使各地鐵公司對(duì)于將車輛制動(dòng)能量反饋利用的需求更加迫切。因此，研究合適的能量吸收方式，解決再生制動(dòng)能量的回收和利用問題，對(duì)推動(dòng)城軌列車制動(dòng)能量的回收進(jìn)入商業(yè)化推廣應(yīng)用具有實(shí)際意義。

1 再生制動(dòng)能量吸收裝置發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外采用的技術(shù)較為成熟的列車再生制動(dòng)能量吸收裝置方案主要包括電阻耗能型、器件儲(chǔ)能型、逆變回饋型和逆變+電阻混合型等4種方式。當(dāng)處于再生制動(dòng)工況的列車產(chǎn)生的制動(dòng)電能不能完全被其它列車和本車的用電設(shè)備吸收時(shí)，牽引變電所中設(shè)置的再生制動(dòng)能量吸收裝置立即投入工作，吸收掉多余的再生電能，使列車再生電流持續(xù)穩(wěn)定，以最大限度地發(fā)揮電制動(dòng)性能。

1.1電阻耗能型

制動(dòng)電阻吸收裝置采用多相斬波器和吸收電阻配合的恒壓吸收方式，根據(jù)再生制動(dòng)時(shí)直流母線電壓的變化狀態(tài)調(diào)節(jié)斬波器導(dǎo)通比，從而改變吸收功率，將直流電壓保持在某一設(shè)定范圍，使制動(dòng)能量消耗在吸收電阻上。常規(guī)車載制動(dòng)電阻采用“制動(dòng)電阻+制動(dòng)斬波器”的方式，分散安裝在各動(dòng)車內(nèi)。再生制動(dòng)時(shí)，若轉(zhuǎn)化的電能未被其他運(yùn)行列車吸收，則導(dǎo)致牽引網(wǎng)電壓升高，當(dāng)網(wǎng)壓升至上限時(shí)，牽引系統(tǒng)啟動(dòng)制動(dòng)斬波器，將過量電能消耗在車載制動(dòng)電阻上。

電阻耗能型吸收裝置的優(yōu)點(diǎn)為：控制簡(jiǎn)單和直觀；一次性投資較小。缺點(diǎn)為：再生制動(dòng)能量消耗在吸收電阻上，并未真正實(shí)現(xiàn)電能的再利用，而僅僅是熱能的集中處理；電阻散熱導(dǎo)致環(huán)境溫度上升，因此該裝置一般設(shè)置在地面，需占一定的用地；若其設(shè)置在地下變電所內(nèi)時(shí)，電阻柜需單獨(dú)放置，且房間內(nèi)為保證有足夠的通風(fēng)量，需要相應(yīng)的通風(fēng)動(dòng)力裝置，也增加了相應(yīng)的電能消耗。

1.2器件儲(chǔ)能型

器件儲(chǔ)能型再生制動(dòng)能量吸收裝置主要采用大容量?jī)?chǔ)能裝置將列車再生制動(dòng)能量吸收儲(chǔ)存起來，當(dāng)供電區(qū)間內(nèi)有列車起動(dòng)、加速需要取流時(shí)，該裝置將所儲(chǔ)存的電能釋放出去并進(jìn)行再利用。其主要有靜態(tài)儲(chǔ)能裝置（如電容儲(chǔ)能）和動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能裝置（如飛輪儲(chǔ)能）兩種。動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能裝置結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，且維護(hù)難度大、成本高，較少采用。電容儲(chǔ)能型目前采用的較多，其電氣系統(tǒng)主要包括儲(chǔ)能電容器組、斬波器、直流快速斷路器、電動(dòng)隔離開關(guān)、傳感器和微機(jī)控制單元等。

電容儲(chǔ)能型能量吸收裝置的優(yōu)點(diǎn)為：充放電速度快；瞬時(shí)功率大；維護(hù)成本低；使用壽命長(zhǎng)；當(dāng)牽引網(wǎng)電壓較低時(shí)，裝置也可投入穩(wěn)壓工作狀態(tài)，從而提高牽引網(wǎng)供電質(zhì)量。缺點(diǎn)為：儲(chǔ)能較小，不能完全吸收存儲(chǔ)制動(dòng)能量；發(fā)熱量較大，宜采用獨(dú)立安裝空間和安裝環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)。

1.3逆變回饋型

逆變回饋型再生制動(dòng)能量吸收裝置有中壓逆變回饋型和低壓逆變回饋型兩種。

中壓逆變回饋型：直接采用四象限運(yùn)行的PWM（脈寬調(diào)制）牽引整流逆變裝置，將可控整流和可控逆變結(jié)合在一起，能量可雙向流動(dòng)。列車起動(dòng)加速時(shí)，裝置工作在整流狀態(tài)，將交流電轉(zhuǎn)換成直流電給列車供電；列車再生制動(dòng)時(shí)，裝置工作在逆變狀態(tài)，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，通過牽引變壓器回饋至35 kV中壓環(huán)網(wǎng)。該方式不需要額外增加其他裝置，體積小、占地面積?。浑娔芊此偷诫娋W(wǎng)，再利用效率高；對(duì)環(huán)境沒有污染；價(jià)格較低，性價(jià)比高。其缺點(diǎn)為：工作在調(diào)制狀態(tài)，產(chǎn)生一定的諧波；由于兼顧了列車的牽引用電，一旦設(shè)備故障，將影響列車的正常運(yùn)行。

低壓逆變回饋型：在已采用不可控整流供電的線路上，在車站牽引母線上并聯(lián)逆變裝置，將制動(dòng)電能逆變成交流電回饋至低壓400 V配電系統(tǒng)。能量回饋至低壓配電系統(tǒng)時(shí)，回饋距離短，且低壓配電設(shè)備多為耗能設(shè)備，能量可及時(shí)利用，同時(shí)逆變裝置可輔助諧波抑制和無功補(bǔ)償，因此該回饋方式具有一定的優(yōu)勢(shì)。但是，由于單個(gè)車站內(nèi)用電負(fù)荷較小，站用變壓器容量通常小于1 MW，當(dāng)列車初始制動(dòng)功率較大時(shí)，將產(chǎn)生較大的功率沖擊，列車的初始制動(dòng)功率可能會(huì)超出變壓器額定容量，給低壓配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來隱患。

1.4逆變+電阻混合型

逆變+電阻混合型再生制動(dòng)能量吸收裝置由逆變裝置和電阻吸收裝置組成。當(dāng)再生制動(dòng)使直流電壓超過規(guī)定值時(shí)，首先逆變到車站400 V低壓配電系統(tǒng)，由車站動(dòng)力、照明設(shè)備吸收；當(dāng)吸收功率不夠時(shí)，投入電阻，多余的能量由電阻吸收。

該裝置綜合了逆變和電阻的優(yōu)點(diǎn)，且逆變到低壓400 V配電系統(tǒng)可在一定程度上避免對(duì)系統(tǒng)的諧波影響。但車站400 V低壓負(fù)荷功率較少，只需一小部分制動(dòng)能量就能滿足供電需求，當(dāng)制動(dòng)功率很大時(shí)，直流母線電壓仍會(huì)被抬高，有較大一部分能量需要消耗在吸收電阻上，能量沒有得到有效利用。此外，電阻的發(fā)熱、占地、通風(fēng)等問題仍然存在。

2 新型再生制動(dòng)能量吸收裝置

2.1系統(tǒng)方案

考慮車輛特性、國(guó)家節(jié)能減排政策，以及目前各種再生制動(dòng)能量吸收裝置的應(yīng)用情況和技術(shù)發(fā)展方向，采用逆變（400 V）+儲(chǔ)能混合式的能量吸收裝置。裝置組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。牽引直流母線上并聯(lián)DC/AC逆變器，經(jīng)隔離變壓器接入車站400 V低壓配電系統(tǒng)；超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置經(jīng)雙向DC/DC變換器并聯(lián)在直流側(cè)。該裝置中逆變能量回饋至低壓配電系統(tǒng)的回饋距離短，能量可及時(shí)利用；同時(shí)DC/ DC雙向變換器具備能量雙向流動(dòng)功能，在列車制動(dòng)時(shí)給超級(jí)電容充電，利用超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置吸收短時(shí)沖擊功率，在需要時(shí)讓超級(jí)電容放電，將儲(chǔ)存的能量釋放出來。此外，它還可輔助諧波抑制和無功補(bǔ)償，改善供電系統(tǒng)電能質(zhì)量。

圖1 逆變+儲(chǔ)能混合式能量吸收裝置

方案中，DC/AC逆變器采用恒壓限流控制方式，雙向DC/DC變換器采用恒壓控制方式。當(dāng)列車再生制動(dòng)使直流電壓超過規(guī)定值時(shí)，首先逆變到車站400 V低壓配電系統(tǒng)，由車站動(dòng)力、照明設(shè)備吸收；當(dāng)制動(dòng)能量較大、吸收功率不夠時(shí)，逆變器電流超過限值，無法維持直流母線電壓穩(wěn)定，則雙向DC/ DC變換器通過恒壓控制給電容充電。列車制動(dòng)完成后，超級(jí)電容儲(chǔ)存的能量既可通過逆變器輸出供給車站負(fù)荷用，也可在列車起動(dòng)或加速時(shí)為其提供能量。

逆變+儲(chǔ)能混合型吸收裝置安裝在牽引變電所內(nèi)。該裝置結(jié)合了器件儲(chǔ)能和逆變回饋的優(yōu)點(diǎn)，一部分穩(wěn)定的功率通過逆變直接回饋，使其比單獨(dú)采用器件儲(chǔ)能所需的儲(chǔ)能容量小，既可解決超級(jí)電容不能大容量?jī)?chǔ)能的局限，又充分利用其充放電速度快、吸收尖峰脈沖功率的優(yōu)點(diǎn)，解決逆變回饋的沖擊功率及諧波問題。

2.2列車制動(dòng)能量計(jì)算

定義列車運(yùn)行的4種工況：空載（AW 0），座位載客（AW 1），額定載客（AW 2），超員載客（AW 3）。

常規(guī)的列車制動(dòng)包括電制動(dòng)和空氣制動(dòng)。列車電制動(dòng)由再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)組成，以再生制動(dòng)優(yōu)先；再生制動(dòng)能平滑地轉(zhuǎn)到電阻制動(dòng)。電粘著力允許情況下，電制動(dòng)轉(zhuǎn)換采用下列控制策略：

（1）電制動(dòng)與空氣制動(dòng)協(xié)調(diào)配合，以電制動(dòng)優(yōu)先；當(dāng)不能實(shí)現(xiàn)電制動(dòng)時(shí)，所需總制動(dòng)力必須由空氣制動(dòng)來提供。電制動(dòng)與空氣制動(dòng)起始轉(zhuǎn)換點(diǎn)速度為5 km/h。

（2）電制動(dòng)能在AW 2負(fù)載下在5～90 km/h之間（大于90 km/h時(shí)，空氣制動(dòng)補(bǔ)充）單獨(dú)滿足全常用制動(dòng)的要求。

（3）在網(wǎng)壓上升到約DC 1 800 V，電網(wǎng)不能再接受多余的能量時(shí)，再生制動(dòng)能平滑過渡到電阻制動(dòng)。

（4）列車在最高速度（AW 3載荷）行駛時(shí)，全部電制動(dòng)加補(bǔ)償?shù)臋C(jī)械制動(dòng)能夠達(dá)到所需的最大減速度。

列車制動(dòng)特性曲線一般設(shè)計(jì)為兩個(gè)特性區(qū)域，如圖2所示。圖2中，f為制動(dòng)力，fc為列車恒制動(dòng)力，P為制動(dòng)功率；AB段為列車初始制動(dòng)區(qū)，制動(dòng)力不斷增大，速度區(qū)間為v1-v2；BC段為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，制動(dòng)力趨于恒定，速度區(qū)間為v2-v3，C0段為空氣制動(dòng)代替電制動(dòng)。

圖2 列車制動(dòng)特性曲線

列車制動(dòng)能量計(jì)算過程如下：根據(jù)列車在AW 2時(shí)的質(zhì)量及制動(dòng)速度變化，計(jì)算列車制動(dòng)能量及功率，再以城軌列車制動(dòng)特性曲線為依據(jù)計(jì)算再生制動(dòng)電流的大小，從而推導(dǎo)出逆變器和儲(chǔ)能器件的功率和容量。

根據(jù)能量方程式，列車在整個(gè)制動(dòng)過程中產(chǎn)生的制動(dòng)能量為：

式中：

m——列車質(zhì)量；

v1——列車制動(dòng)初始速度。

列車總制動(dòng)能量一部分為電制動(dòng)，一部分為空氣阻力制動(dòng)，故：

式中：

P電——列車的電制動(dòng)功率；

P氣——空氣阻力制動(dòng)功率；

t——列車總制動(dòng)時(shí)間。

又知：

式中：

P——制動(dòng)功率；

f——制動(dòng)力；

v——列車行駛速度；

a——制動(dòng)加速度。

將式（3）、（4）代入式（2）可得：

式中：

f電——列車的電制動(dòng)力；

f氣——空氣阻力；

a1——電制動(dòng)過程的制動(dòng)加速度；

a2——空氣阻力制動(dòng)過程的制動(dòng)加速度。

在電制動(dòng)過程中，電制動(dòng)功率又為：

式中：

I——制動(dòng)反饋電流；

U——制動(dòng)電壓。

2.3逆變器和儲(chǔ)能配置

依據(jù)上述公式計(jì)算出列車的電制動(dòng)功率和能量，即可配置逆變器和儲(chǔ)能裝置。DC/AC逆變器的額定功率按不超過站用變壓器容量配置。DC/DC儲(chǔ)能變換器的額定功率按最大制動(dòng)電功率減去逆變功率配置，并考慮能量損耗及儲(chǔ)能充電效率。即：

式中：

PDC/DC，N——儲(chǔ)能變換器額定功率；

PDC/AC,N——逆變器額定功率；

η1——制動(dòng)電能扣除損耗后的轉(zhuǎn)換效率；

η2——儲(chǔ)能變換器的轉(zhuǎn)換效率。

為保證向低壓系統(tǒng)反饋的功率平穩(wěn)，DC/AC逆變器的逆變控制限制在定值，尖峰功率由儲(chǔ)能變換器吸收，超過該定值的由儲(chǔ)能變換器吸收，協(xié)調(diào)控制策略如下：

2.4逆變器和儲(chǔ)能裝置方案

2.4.1 DC/AC逆變器

DC/AC逆變器采用三相電壓源性逆變器，如圖3所示。直流側(cè)接牽引直流母線，交流側(cè)經(jīng)隔離變壓器接400 V站內(nèi)母線。系統(tǒng)根據(jù)交、直流電壓的變化（如直流母線電壓高于1 680 V（動(dòng)作值可設(shè)定）），并經(jīng)直流側(cè)電流的極性進(jìn)行綜合判斷，確定在線列車已處于再生制動(dòng)狀況后，投入逆變回饋型裝置。隨后，根據(jù)電網(wǎng)再生反饋電流的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)逆變回饋型裝置通過電流，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。逆變回饋型裝置將列車再生電能通過隔離變壓器回饋到0.4 kV電網(wǎng)，當(dāng)再生電能被吸收，電壓回到設(shè)定的整定電壓值以下，或當(dāng)列車由再生制動(dòng)轉(zhuǎn)為其它工況運(yùn)行時(shí)，經(jīng)系統(tǒng)判斷，逆變回饋型裝置將停止電能回饋。

式中：

PDC/AC——逆變器實(shí)時(shí)功率參考值；

PDC/DC——儲(chǔ)能變換器實(shí)時(shí)功率參考值。

依據(jù)儲(chǔ)能變換器實(shí)時(shí)功率參考值，即可積分計(jì)算儲(chǔ)能變換器所需容量：

2.4.2 雙向DC/DC變換器

DC/DC變換器采用半橋型Boost/Buck電路，具備升降壓雙向變換功能，其等效電路如圖4所示。圖中，L為斬波電感，C1為直流母線電容，C2為儲(chǔ)能側(cè)濾波電容，S1、S2為儲(chǔ)能系統(tǒng)的升降壓斬波IGBT（絕緣柵雙極晶體管），D1、D2為續(xù)流二極管，UC為儲(chǔ)能本體電壓，Ud為直流母線電壓。

圖4 雙向DC/DC變換器等效電路

當(dāng)列車制動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)吸收回饋到直流母線的能量，防止母線電壓上升，此時(shí)DC/DC變換器工作在Buck降壓模式，S1和D2構(gòu)成降壓電路。當(dāng)S1導(dǎo)通時(shí)，由直流母線向儲(chǔ)能裝置充電，電感電流按指數(shù)曲線上升；當(dāng)S1關(guān)斷時(shí)，電感L中電流通過D2續(xù)流，電感電流呈指數(shù)曲線下降。為了使電流連續(xù)且脈動(dòng)小，通常串聯(lián)L值較大的電感。

當(dāng)列車起動(dòng)和加速時(shí)，需要較大功率，儲(chǔ)能系統(tǒng)放電提供功率支撐，防止母線電壓下降，此時(shí)DC/ DC變換器工作在Boost升壓模式，S2和D1構(gòu)成升壓電路。當(dāng)S2處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，儲(chǔ)能裝置向L放電，同時(shí)C1上的電壓向直流母線供電，因其電容值很大，可基本保持母線電壓為恒值；當(dāng)S2處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，儲(chǔ)能裝置和L共同向C1放電，以維持母線電壓恒定。

3 計(jì)算實(shí)例

以南京某地鐵線路及列車參數(shù)為例進(jìn)行計(jì)算。列車為4動(dòng)2拖6節(jié)編組，每節(jié)動(dòng)車上有4個(gè)牽引電機(jī)。列車在AW 3、AW 2、AW 0情況下的總質(zhì)量分別為326 t、290 t和202 t，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為29 t。列車再生制動(dòng)曲線如圖5～7所示。

列車常規(guī)制動(dòng)時(shí)速度一般從80 km/h降到0，以AW 2為例，由式（1）計(jì)算出列車的總制動(dòng)能量為19.89 kWh。

圖5 AW 2/AW 3情況下列車電制動(dòng)特性曲線

圖7 制動(dòng)工況下AW 2/AW 3時(shí)的速度-電流曲線

由圖5可知，列車速度為80 km/h時(shí)，整車的制動(dòng)力約為320 kN，則由式（3）可得整車制動(dòng)功率P總=7.1MW。

由圖6可知，列車速度為80 km/h時(shí)，單個(gè)牽引電機(jī)的功率約為350 kW，則列車的電制動(dòng)功率P電= P單·n=350 kW×16=5.6MW。由圖7可知，列車速度為80 km/h時(shí)，列車制動(dòng)反饋電流約為3 100 A，電壓為1 800 V，則由式（6）可得列車的電制動(dòng)功率P電=I·U=3 100 A×1 800 V≈5.58MW?？梢妰煞N方法求出的電制動(dòng)功率基本相同。

列車從80km/h制動(dòng)到0的平均加速度a= f/m=320 kN/290 t≈1.1m/s2，則由式（5）可得列車的電制動(dòng)能量為15.65 kWh。由此可得列車電制動(dòng)能量占總制動(dòng)能量的比為姿=79%?？梢?，電制動(dòng)能量所占比例非常大，若都采用電阻消耗，將造成很大的能量浪費(fèi)。

根據(jù)計(jì)算的電制動(dòng)功率，結(jié)合400 V站用變壓器容量，配置DC/AC逆變器額定功率為1MW。由圖7可求得速度為70 km/h時(shí)最大電制動(dòng)功率P電，max= 3 300 A×1 800 V=5.94MW。

取η1=0.85，η2=0.95，由式（7）可得變換器額定功率PDC/DC，N=（5.94MW-1MW）×0.85×0.95= 3.99MW，所以取儲(chǔ)能變換器額定功率為4MW。

由式（4），列車的總制動(dòng)時(shí)間t≈20.2 s。

根據(jù)控制策略，在全制動(dòng)過程中優(yōu)先進(jìn)行逆變。設(shè)全程以最大功率逆變，可求得逆變回饋的能量為：EDC/AC=1MW×20.2 s≈5.6 kWh，因此儲(chǔ)能容量配置為：E=E電-EDC/AC≈10 kWh=4MW×10 s。

4 結(jié)語

本文通過分析城軌列車再生制動(dòng)能量吸收裝置的現(xiàn)狀及各種裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合再生制動(dòng)的特點(diǎn)，提出了逆變+儲(chǔ)能的新型再生制動(dòng)能量吸收裝置及配置方法，并以南京某地鐵線路實(shí)際數(shù)據(jù)為例進(jìn)行了計(jì)算。采用逆變+儲(chǔ)能混合型再生制動(dòng)能量吸收裝置，直流母線制動(dòng)電能通過逆變器接入400 V車站低壓配電系統(tǒng)，超級(jí)電容通過DC/DC雙向變換器并聯(lián)在直流母線上，較平穩(wěn)的制動(dòng)功率直接經(jīng)逆變器給車站負(fù)荷供電，較大的尖峰功率由超級(jí)電容吸收，再供負(fù)荷或車輛起動(dòng)加速用。該裝置有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）可完全吸收利用列車制動(dòng)過程中的能量，并利用儲(chǔ)能提供備用電源，提高能量的回收利用率；

（2）不需要消耗電阻，減少輔助能量消耗單元的設(shè)計(jì)成本；

（3）在儲(chǔ)能技術(shù)日益成熟和成本下降的趨勢(shì)下，其為城軌再生制動(dòng)能量回收利用提供了新型解決方案，并具有實(shí)用化前景。

本文注重提供一種解決方案和計(jì)算方法，計(jì)算案例的功率和容量為根據(jù)一列列車制動(dòng)曲線求出的理想數(shù)據(jù)。實(shí)際過程中列車的制動(dòng)能量有可能被相鄰牽引狀態(tài)的列車吸收，所需配置的功率和容量會(huì)更小，應(yīng)根據(jù)列車運(yùn)行規(guī)律及一段周期內(nèi)的平均數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，這是下一步要研究的內(nèi)容。

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Research on the Regenerative Braking Energy Absorption Device for New Urban Rail Transit

YU Qi

Urban rail transit produces considerable braking energy in the processof frequent starting and braking due to short station distance and high running density.Currently，resistance or inverter feedback w ith resistance is themain way to recycle the breaking energy，butshows low rate of energy recovery and utilization.In this paper，according to the characteristics of the inverter feedback and capacitor energy storage，a new type of regenerative braking absorption device is composed w ith inverter and energy storage，in which the DC bus braking energy is connected to 400 V low voltage power distribution system through the inverter，the super capacitor is in parallel to the DC bus through bi-directional DC/DC converter，thus directly supplies relatively smooth braking power to the station load by the inverter power，while the large peak power is absorbed by the super capacitor，and used again for load or vehicle starting and accelerating.Based on the characteristics of the braking of the train，the data of an actual subway line are taken as the example to calculate the actual braking power and energy，the power and energy storage capacity of inverter scheme is given.The proposed scheme can fully absorb the regenerative braking energy,while the required storage capacity is smaller.

urban rail transit；regenerative braking；energy absorption device

U270.35

10.16037/j.1007-869x.2017.07.004

2015-08-03）