摘? ? 要：為了建設(shè)更加立體的城市交通系統(tǒng)，務(wù)必要重點(diǎn)發(fā)展城市的軌道交通網(wǎng)。城市的有軌電車將為城市居民的通勤帶來更多的選擇，在緩解城市交流壓力的同時(shí)又能提高城市居民的生活方式。城市軌道交通在運(yùn)行中產(chǎn)生的巨大能量若以回收利用將會(huì)為我國(guó)的綠色節(jié)能發(fā)展帶來更多的利益。本文將對(duì)城市軌道交通制動(dòng)能量回收利用問題進(jìn)行分析，討論并聯(lián)變流器控制的可行性。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;制動(dòng)能量回饋;用并聯(lián)變流器控制策略

1? 發(fā)展城市軌道交通的意義

城市化的快速發(fā)展導(dǎo)致城市人口越來越密集，需要通過城市的交通網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)各區(qū)域之間的聯(lián)系。除了地鐵公交等傳統(tǒng)的公共交通系統(tǒng)已經(jīng)無法承擔(dān)城市人口的通勤壓力這就需要建立新的軌道交通系統(tǒng)來分擔(dān)城市的通勤壓力。

2? 城市軌道交通制動(dòng)能量再生制動(dòng)系統(tǒng)

城市的軌道交通每天會(huì)消耗大量的能源，根據(jù)能量守恒定律我們可以得知有一部分的能源并沒有用于城市軌道交通的正常運(yùn)行中去，甚至城市軌道交通在運(yùn)行的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一些多余的熱量，這些熱量可以進(jìn)行回收再利用。城市軌道交通為滿足通勤需要，往往站間距小，需要列車頻繁啟動(dòng)與制動(dòng)。城市有軌電車一般是兩種類型電制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)。前者一般在正常運(yùn)行轉(zhuǎn)為低速行駛時(shí)電車的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能再作用于整個(gè)電車的電力運(yùn)行上來，實(shí)現(xiàn)電能的能量回收。后者則多用于電車的低速行駛到停止，速度一般在每小時(shí)8km左右。

在通過電制動(dòng)進(jìn)行電能回收利用時(shí)，如果沒有電車可繼續(xù)回收利用這部分電能，則再生能量會(huì)造成電網(wǎng)電壓上升。為了抑制電網(wǎng)電壓升高，一般采取的辦法是利用電阻耗能型制動(dòng)能量吸收裝置讓機(jī)車車載制動(dòng)電阻吸收電力能量進(jìn)而用于實(shí)際的運(yùn)行之中。從數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中可得知城市軌道交通列車運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的能量通常占牽引能量的20%～40%左右。該部分能量除了按一定比例，通常是20%～80%之間被其它相列車吸收利用之外，余下能量通常是被車載制動(dòng)電阻吸收。如果列車發(fā)車密度較低它產(chǎn)生的再生能量被其他的相鄰電車吸收利用的可能性就會(huì)減少，根據(jù)相關(guān)調(diào)查研究顯示，一旦列車的發(fā)車時(shí)間間隔為6分鐘的時(shí)候再生的能量被相鄰電車吸收的可能性幾乎為零。所產(chǎn)生的多余熱量被電阻吸收進(jìn)一步導(dǎo)致城市區(qū)間隧道和車站站內(nèi)部的溫度升高這樣就需要開設(shè)大量的制冷通風(fēng)設(shè)施。從長(zhǎng)遠(yuǎn)方案來看也不符合國(guó)家的綠色環(huán)保發(fā)展的特點(diǎn)因此針對(duì)城市有軌交通的再生能源利用符合國(guó)家的需要。

2.1? 整流模塊

整流模塊是指軌道車輛再生制動(dòng)系統(tǒng)中的整流站。整流站存在的意義是把變電站所輸送的交流電壓轉(zhuǎn)為直流電壓進(jìn)而為軌道車輛的運(yùn)行提供動(dòng)力支持。

2.2? 車輛模塊

車輛模塊則對(duì)應(yīng)的是輕軌機(jī)車本身，是整個(gè)軌道交通運(yùn)行部分的主體他的核心電機(jī)的構(gòu)成主要是由磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)共同組成的。

2.3? 吸收模塊

車站旁邊的吸收站對(duì)應(yīng)的是吸收模塊，在獲得母線電壓的變化數(shù)據(jù)之后對(duì)整個(gè)IGBT部分工作進(jìn)行控制。吸收軌道交通運(yùn)行制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量進(jìn)而克服其對(duì)母線電壓所產(chǎn)生的有害影響。

3? 制動(dòng)回饋能量控制處理

3.1? 車外電阻吸收控制

車外電阻吸收控制裝置一般安放在地鐵站內(nèi)部利用多相IGBT斬波器同收電阻聯(lián)合工作控制電壓的工作方式。依據(jù)再生制動(dòng)時(shí)的產(chǎn)生的直流母線電壓的波動(dòng)變化情況調(diào)節(jié)整個(gè)斬波器的導(dǎo)通比。把直流電壓維持在恒定的規(guī)定數(shù)值之內(nèi)在改變吸收功率的同時(shí)將制動(dòng)能量消耗掉?？梢岳醚h(huán)水讓電阻熱能冷卻下來，之后得到的熱水進(jìn)一步循環(huán)利用。

車外電阻吸收控制是在目前國(guó)內(nèi)外普遍使用的再生制動(dòng)能量回收利用設(shè)備，他自身具有成本低廉組合方便操作簡(jiǎn)單系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行可靠后期維護(hù)便利使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)。再生的制動(dòng)能量吸收電阻進(jìn)而熱量升高，這樣不利于設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)需要進(jìn)行降溫散熱處理，這是車外電阻吸收控制器技術(shù)未來發(fā)展主要需要攻克的難題。目前來看車外電阻吸收控制系統(tǒng)的能量回收利用效率低，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看并不能代表整個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展水平。

3.2? 電容儲(chǔ)能型

電容儲(chǔ)能以IGBT逆變器為主體進(jìn)而讓城市軌道交通的再生制動(dòng)能量吸收儲(chǔ)存在大容量電容器組里。在有軌電車的工作期間的列車啟動(dòng)以及加速需要電力供應(yīng)的時(shí)候，電容儲(chǔ)能器就可以將儲(chǔ)存的電能釋放出去得到應(yīng)用。這種解決方式主要是將電車產(chǎn)生的再生的制動(dòng)能量直接在牽引系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)換他對(duì)整個(gè)交流系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生負(fù)擔(dān)。電容儲(chǔ)能器的再生能量利用率高整體的環(huán)保效果十分高效。電容儲(chǔ)能器是一種靜態(tài)儲(chǔ)能元件，他的后期維護(hù)和更換維修元件是十分便捷輕松的。但是由于城市軌道交通運(yùn)行需要回收大量的能量，相應(yīng)的需要準(zhǔn)備高容量的超級(jí)電容儲(chǔ)存器。一般需要配備的電容儲(chǔ)存器的電壓一般在2.5V～3V之間。同時(shí)會(huì)一齊配備DC1500V牽引系統(tǒng)，為了防止電容過壓擊穿發(fā)生意外事故，需要加強(qiáng)串并聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步研究充放電的電壓電流控制技術(shù)。這就要求電容儲(chǔ)能器在釋放掉一部分能量之后才能開始能量的回收利用。未來精進(jìn)電容儲(chǔ)能器的設(shè)計(jì)方案需要擴(kuò)大的設(shè)計(jì)容量縮小他的占地面積，延長(zhǎng)電容儲(chǔ)能器在頻繁充放電狀態(tài)下電容儲(chǔ)能器的使用壽命，降低整體的電容儲(chǔ)能器的應(yīng)用成本。

3.3? 飛輪儲(chǔ)能

飛輪儲(chǔ)能工作原理是把飛輪慣性應(yīng)用于能量?jī)?chǔ)存。飛輪加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以把電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能儲(chǔ)存以滿足直流母線提高的情況所需要的再生制動(dòng)能量。飛輪轉(zhuǎn)速減少情況對(duì)應(yīng)直流母線降低時(shí)輸出能量的效果降低。這種操作方案主要的操作原理類似于將飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)。把飛輪慣性儲(chǔ)存的慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能重新利用到整個(gè)軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)當(dāng)中去。但是飛輪儲(chǔ)能再生制動(dòng)能量的效率高，但是這種裝置后期維護(hù)復(fù)雜零部件磨損快消耗大整體的維護(hù)費(fèi)用高占用場(chǎng)地面積大。

3.4? 逆變回饋

逆變回饋裝置的主要構(gòu)成零件部分是電力電子器件構(gòu)成逆變器。他的工作原理是將直流電逆變成工頻交流電整體回饋到35kV中壓或400V系統(tǒng)電網(wǎng)當(dāng)中。逆變回饋裝置會(huì)自動(dòng)檢測(cè)該直流母線電壓的變化，實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)電壓升高處于危險(xiǎn)之中時(shí)立即啟動(dòng)PWM的脈沖信號(hào)，誘發(fā)控制功率器件IGBT進(jìn)行調(diào)節(jié)電流的工作，保證回收的制動(dòng)能量迅速恢復(fù)正常工作反饋在電網(wǎng)之中。主要工作原理是監(jiān)控直流母線電壓，使其使直流母線電壓穩(wěn)定在規(guī)定的安全數(shù)值（約1705V）之內(nèi)以實(shí)現(xiàn)整個(gè)地鐵直流系統(tǒng)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。逆變回饋裝置不用吸收電阻及準(zhǔn)備相應(yīng)的儲(chǔ)能元件。整個(gè)再生制動(dòng)能量系統(tǒng)的利用效率高占地面積小機(jī)械零件的損耗程度低，他對(duì)于整個(gè)環(huán)境的溫度的要求不高不會(huì)額外產(chǎn)生不需要的熱量。是一種理想的軌道交通制動(dòng)能量回收利用方式，這符合我國(guó)的環(huán)保節(jié)能綠色發(fā)展要求，又不會(huì)造成成本負(fù)擔(dān)這在整個(gè)軌道交通能源回收利用項(xiàng)目中都是值得肯定的一種方案，目前該方案已經(jīng)在國(guó)內(nèi)一些城市軌道交通逐漸推廣。

4? 結(jié)語

為在分擔(dān)城市交通壓力的同時(shí)減少資源的浪費(fèi)，發(fā)展城市有軌交通的制動(dòng)能源回收技術(shù)很有必要。既降低了成本又符合綠色環(huán)保需要。整個(gè)再生制動(dòng)能量系統(tǒng)的利用效率高占地面積小機(jī)械零件的損耗程度低，對(duì)整個(gè)環(huán)境溫要求不高不會(huì)額外產(chǎn)生不需要的熱量，這是我們需要的一種理想軌道交通制動(dòng)能量回收利用方式。希望未來科研人員可以向這個(gè)方向不斷努力進(jìn)步改善人們生活。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張鐵軍，王劍平，黃科元.城市軌道交通制動(dòng)能量回饋用并聯(lián)變流器控制策略[J].控制與信息技術(shù)，2019（2）：44～48+53.

[2] 何煜晗.試析城市軌道交通建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的相關(guān)措施[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2018（17）：296～297+302.

[3] 韓冰玉.試析城市軌道交通安全管理[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2017（18）：63.

作者簡(jiǎn)介：

楊曉東，助理工程師，研究方向?yàn)檐壍澜煌ü╇姟?/p>