浅谈中压能馈型再生制动电能利用装置

浅谈中压能馈型再生制动电能利用装置

摘要：中压能馈型再生制动电能利用装置（以下简称“中压能馈装置”）基于我国“十一五”科研成果，不仅能将城市轨道交通电动列车制动时产生的能量回收至交流电网，还能为列车提供部分牵引能量，抑制直流压降，节省能源。本文主要对中压能馈装置的工作原理进行介绍，并对其经济性和实用性进行讨论。。

关键词：轨道交通；能量回馈；再生利用

0引言

城市轨道交通系统，基于各方面需求，具有车站数量多、站间距短、运行速度高等特点，随之而来的是列车频繁启停，短时间内提速或刹车。当列车启动出站时，需要电网提供大量的电能，而进站制动时，则会产生大量的可再生电能。

基于城市轨道交通这些特点，能馈装置应运而生，回收列车制动多余能量至电网，作为牵引启动的电能补充，节约能源，降低地铁运行成本。

1 工作原理

在地铁列车刹车制动阶段，制动产生的能量流向直流侧，使直流母线电压升高，能馈装置检测到直流母线电压高于起始运行电压时线性输出功率，检测到母线电压达到满载运行电压时输出有功目标值，检测到母线电压降低至停止电压时输出停止。

在地铁列车牵引启动阶段，直流母线电压降低，能馈装置检测到直流母线电压低于设定电压（牵引值）时从电网吸收能量，为地铁启动提供部分能量，从而降低直流母线的电流应力，抑制直流母线电压下降。

当能馈装置检测到直流母线电压处于上述二者之间时，则保持待机状态。

中压能馈型再生制动电能利用装置的一次系统结构主要包括能馈变压器、滤波装置、双向变流器、正负极隔离开关等部分，如图1所示。

图1 中压能馈装置一次结构

1.1滤波器

滤波器设置在能馈变压器二次侧与双向变流器之间，起到减小交流电谐波的作用。

1.2 双向变流器

能馈装置中的双向变流器，包括中压交流电网至直流母线侧的整流器和直流母线至交流电网的逆变器。

能馈装置的关键结构是双向变流器，而双向变流器的核心是大功率逆变器，是在脉宽调制基础上发展来的一种功率变换装置，其主电路可看成是一台三相逆变器与一个交流电感。

逆变器采用脉宽调制技术，在其交流侧输出幅值和相位可控的三相交流电、、，通过控制输出电压、、实现对交流电流、、的控制，其中交流电感在逆变器与电网之间起缓冲作用。图2所示为设备逆变时工作流程示意图，能馈装置其功能的实现以交流电流控制为基础。

图2 逆变工作流程

2经济性与实用性

目前，国内外再生制动能量吸收装置主要有电阻耗能型、电容储能型、飞轮储

能型和逆变回馈型。相对其他三种，能量逆变回馈装置节能效果好，元件配置少，而且对环境温度影响小，大功率室内安装多选择此种方式。

2.1节能环保

城市轨道交通系统中，电网为列车启动提供大量电能，列车制动则产生大量

可再生电能。据统计，列车制动产生的能量可占启动能耗的40%-50%，其中部分

可被相邻列车利用。当列车行车间隔较低时，制动产生的再生电能被其它列车利

用的比例将大大减小，行车间隔超过10分钟利用率基本已经降为零，造成巨大

的能源浪费。

另外，城市轨道交通在大密度、高运量的运营情况下，列车通过电阻制动产

生大量热量，使得隧道甚至车站温度升高，增加了空调和通风系统的工作量，无

形中增加了能源浪费，同时降低了乘客的乘车体验，影响客运服务。

能馈装置将列车制动产生的能量逆变为交流电回馈至中压电网中，补充列车

牵引启动所需电能或者供其它电力设备使用，减少浪费，节约电能。同时，能馈

装置的应用降低了隧道和车站的温度，改善了空气质量，提高了地铁运营质量和

乘客舒适度。

2.2稳定网压

能馈装置将列车制动产生的能量逆变回馈至中压电网中，抑制接触网网压瞬

间飙升，在列车启动阶段补充部分牵引所需电能，防止接触网电压大幅跌落，减

小网压波动，提高接触网电压稳定性，有利于电力机车取流。

2.3无功补偿

地铁35千伏中压环网电缆沿地铁线路敷设，分布电容较大，会产生大量的容性无功功率，易造成负载电压损失或空载电压升高，影响设备安全、经济运行。

主变电所安装静态无功发生器（SVG）进行动态集中补偿，但地铁运营结束后负

荷率大大降低且SVG定期维护保养，都会造成功率因数急剧下降。

能馈装置由三相逆变桥构成，通过控制逆变桥输出交流侧电压幅值与相位，

就可以获得所需的有功和无功功率，实现供电系统的分布式无功补偿，大幅度提

高能馈装置利用率。

运营结束后，中压能馈装置辅助无功补偿，使得SVG负荷水平保持稳定，同

时补偿SVG停机期间的功率因数损失，提高供电系统运行的经济性。

2.4降低运营成本

城市轨道交通系统中，列车通过电阻发热消耗能量减速制动，能馈装置的投用

减少列车制动电阻及其控制装置的投资，减轻车辆自重，降低列车整体成本，同

时减少了车辆维护保养工作量，减少列车运行能耗，节约人力成本，大大降低了

地铁运营成本。

3 能馈装置在太原地铁2号线的应用

太原地铁2号线正线共11个牵引降压混合变电所，均设置中压逆变型再生电能利用装置，车辆段牵引降压混合变电所未设置该装置。

太原地铁2号线中压逆变型再生电能利用装置主要功能定位为：吸收列车制

动再生能量并回馈至中压电网，稳定触网网压，线路无功补偿，节约能源降低成本。为列车牵引启动补充能量是中压能馈型再生制动电能利用装置的可选功能，

目前太原地铁2号线并未投入此功能。

结束语

太原地铁2号线目前处于试运行阶段。在投用之前，已开展各项试验证实了

能馈装置上述各项功能的可行性与有效性，能够满足运营要求。尚待线路设备运