城市轨道交通供电系统节能技术探讨

城市轨道交通供电系统节能技术探讨

摘要：在建设城市交通体系时，轨道工程属于非常重要一项内容。要想对轨

道工程建设期间产生的能源消耗过度问题有效解决，就需要引进更先进节能技术，并对供电系统运行期间存在的缺陷问题及时查找和弥补，才能在满足我国居民日

常出行需求基础上，促进轨道交通工程向着绿色环保方向进行更好发展。施工企

业要根据区域内轨道交通建设情况，结合绿色施工要求，对供电系统功能完善和

优化，并提高供电系统绿色运行效果。本文就城市轨道交通供电系统节能技术进

行相关分析和探讨。

关键词：城市；轨道交通；供电系统；节能技术探讨

城市轨道交通工程是指在电气化运营形式下的公共交通系统，在我国城镇化

建设水平不断提升的现阶段，对城市轨道交通行业发展提出了更高要求。要想解

决城轨行业发展与节能降耗之间矛盾，就需要从交通行业角度出发，对现有节能

消耗措施完善和优化，推动行业可持续发展。在建设城市轨道交通系统时，需要

从技术角度出发，对信号控制以及供电模式完善和优化，还要保证车辆能够处于

高效节能运行状态，只有这样才能在提高供电系统运行稳定性的同时降低能源消

耗率[1]。

一、城市轨道交通供电系统运行特点

城市轨道交通列车运营期间，主要由供电、车辆和信号等专业组合而成，车

辆可以为旅客运输提供有效载体。车辆运行期间牵引辅助系统运行能耗比较高，

在对车站环控设备管理时，需要根据不同设备运行特点，制定针对性运维管理措施。一般情况下城轨供电系统是由牵引供电和低压动力照明等系统组合而成，牵

引供电系统按照电压等级，可以划分为不同类型。根据系统运行特点，选择合适

变压器和整流器设备，才能保证系统能够始终处于安全稳定运行状态。在建设牵

引变电所时采用了整流装置，可以对交流电源有效转换，将其转化为直流牵引电

源之后，能够为系统运行提供有效支持。采用二极管整流方式能够实现能源单向

流动，列车行驶期间产生的能量大部分是采用发热方式消耗，这就导致隧道内部

热量不断增加，还会提升隧道运行温度。近几年地铁企业已经借助能源回馈装置，对列车制动期间产生的能量有效回收，降低了能源过渡消耗问题对交通系统运行

不良影响。但因为列车运行时产生的能量过多，借助相关装置无法对能量全面回

收[2]。

二、城市轨道交通供电系统节能技术应用措施

（一）构建双向变流供电系统

牵引变电所建设的供电系统，一般采用了二极管整流供电系统建设形式，需

要对输电网电压有效控制，才能提高牵引系统与电网电压适应程度。因为能量处

于单向流动方式，在构建双向变流供电系统之后，引进更加可靠变流技术，可以

促进能量之间双向流动，避免在设置能量回馈装置时增加运营成本。在应用双向

变流技术时，可以对输出直流、电压有效控制，而且控制效果更好，可以为车辆

稳定运行提供电压支持。在对二极管整流供电系统运行下，功率因数过低等问题

有效解决之后，利用双向变流供电系统，提高直流输出电压稳定性，还可以对电

压等级有效控制，而且能够对变电所之间供电距离正确控制，避免牵引变电所建

设期间耗费更多成本。在对电压等级控制时，可以借助牵引逆变器设备和牵引电

机设备，对等效工作电流有效调控。在对牵引系统运行状态下能源消耗问题有效

控制时，可以采用仿真计算等方式对能耗分析和控制。技术人员要提高仿真计算

结果精确性，才能为各项工作开展提供有效数据支撑[3]。

（二）完善列车牵引系统功能

城轨列车牵引系统属于列车行驶期间执行系统，主要是对信号系统控制指令

有效响应，实现列车管理和控制。牵引环节能源消耗问题比较严重，从牵引系统

角度出发，制定能够降低能源消耗的技术路径，需要构建运行效率更高的牵引系统。在引进永磁同步牵引电机设备之后，因为转子采用了有磁材料励磁，转子运

行期间不存在损耗问题，且功率密度比较高，在使用时可以满足各方面要求。永

磁同步电机设备存在低速段和高运行特点，与城轨列车运行需求相匹配。使用这

项设备时不仅可以提高系统程运行效率，而且能够降低牵引能耗，同时可以增加

制动状态下能量回馈效果。在构建永磁牵引系统之后，需要借助信息化技术对系

统功能应用效果评估和分析，在明确节能效果之后，对系统功能持续完善和优化，才能保证系统在使用时具备更高价值。与传统异步牵引系统相比较永磁，牵引系

统在应用时，节能效果在30%左右。在引进半导体等元件之后，可以进一步提高

系统节能运行效果，还可以促进列车向着轻量化等方向进行更好发展[4]。

（三）构建高效辅助系统

列车辅助系统主要存在风机和空调等设备，可以为列车广播和照明等系统运

行提供稳定电压支持。但因为辅助系统运行期间会受到多元化因素影响，而且辅

助系统运行负荷比较大，在使用时经常会出现故障问题。如果辅助逆变器设备运

行效率比较低，就会增加辅助系统运行能耗。在应用工频两电平辅助逆变器时，

可以融合直接逆变技术，在输出端设置工频变压器设备，可以对其有效隔离，提

高电源输出稳定性。这项技术在应用时更加成熟，但因为设备运行效率比较低，

因此运行期间产生了更多能源损耗问题。在应用工频辅助逆变器设备时，融合多

电平和软开关等技术，可以提高设备运行效率，而且能够降低辅助系统运行期间

能源损耗过度问题发生几率。在引进高频辅助逆变器设备之后，可以降低励磁元

件体积和重量，提高轻量化设计水平。这种小型设备在使用时，能够提高辅助系

统运行效率[5]。

（四）采用最佳控车形式

列车在行驶期间需要借助信号系统选择合适空车模式，取代原有人工驾驶形式。为了满足绿色节能控制要求，在引进列车自动化控制技术之后，需要融合自

动监控技术，对列车运行情况实时了解。根据列车运行参数制定节能调控策略，

可以实现路线最优匹配和自动跟随，而且能够提高节能运用效果。为了保证控制

策略在应用时，能够发挥更好效果，需要促进牵引和车辆系统团结协作，根据线

路条件提高列车实时响应效果。在应用牵引系统时，还可以选择合适加速和减速

控制形式，最大限度提高列车运行效率。在选择最优行驶路线之后。要想对列车

行驶情况有效控制，就需要根据列车运行能耗特征，在满足运行安全和精准对标

要求下，选择合适控制策略。