城市轨道交通车辆再生制动能量吸收系统分析
城市轨道交通可再生制动方案
城市轨道交通可再生制动方案摘要：城市轨道车辆运行具有频繁启动、制动的特点，机车制动能量的可再生利用已成为了城市轨道交通节能的主要方式。
本文对比分析了城市轨道交通可再生制动能量吸收的若干方案，重点分析了基于超级电容的储能型和逆变回馈型可再生制动系统的工作原理和典型拓扑结构。
最后介绍了储能-逆变回馈复合型制动方案。
关键词：城市轨道交通；可再生制动；双向直流变换器；逆变回馈Research on Absorb Project of Regenerative Braking in Urban RailTransitAbstract: Frequent start and braking are the main features of urban rail transportation, and theregenerative utility of braking energy has been considered as one of the most important approach to saveenergy of urban rail transit. Some strategies of regenerative braking energy absorbing is analyzed andcompared in the paper. The principle and typical topological structures of regenerative braking systembased on energy storage of super capacitors and feedback inverters are discussed in detail. Finally, thestrategy that combines energy storage and feedback inverter is presented.Key words:unban rail transit; regenerative braking; bi-directional DC/DC converter; feedback inverter1. 引言随着城市化进程的逐渐加快，城市轨道交通发展迅速。
城市轨道交通列车再生制动能量吸收方案的研究
城市轨道交通列车再生制动能量吸收方案的研究城市轨道交通列车再生制动能量吸收方案的研究【摘要】针对城市轨道交通列车再生制动能量的吸收利用，分别研究了目前四种最主要的吸收方案，并对各方案的优缺点进行了对比分析，得出了逆变回馈型是目前综合考虑的最佳方案的结论，可供新建地铁线路在具体实施中进行参考。
【关键词】城市轨道交通；再生制动；能量吸收方案城市轨道交通列车再生制动时，产生的能量一部分被相邻处于牵引状态的列车利用，另一部分由列车的制动电阻发热消耗，或由吸收装置吸收利用，其中有大约48% 反馈回了电网用于其它列车消耗，有大约2.9%被制动电阻消耗[1]。
目前，电阻耗能型、电容储能型、飞轮储能型及逆变回馈型是四种主要的城市轨道交通列车制动能量吸收方案。
本文讨论的内容是上述四种方案的基本原理和最新研究成果及应用，并对各个方案的特点进行比较。
1.电阻耗能型电阻耗能型再生制动能量吸收装置采用电力电子器件和电阻配合的消耗方式，根据再生制动时的接触网电压变化调节电力电子器件的导通比，利用电阻消耗制动能量，从而将直流电压恒定在某一设定值的范围内。
当列车反馈的制动能量能被其他相邻列车完全吸收时，电阻吸收装置不投入工作。
当列车反馈的制动能量无法被其他相邻列车完全吸收的时候，直流母线电压上升，当这一电压上升到设定值时，电阻能耗装置就立即投入工作，消耗多余的制动能量，将牵引网的电压控制在一定的范围内。
目前，地面电阻制动能量吸收装置己在国内外城市轨道交通工程中使用，如国内的重庆轻轨、广州地铁、天津地铁等，国外如日本、意大利及加拿大等。
但从节能的角度考虑，在新建线路中该方案已几乎不被采用。
该方案控制简单，可以取消或减少车载制动电阻，降低车辆自重，提高列车动力性能，降低隧道温度、减少闸瓦损耗。
国内产品成熟，价格较低。
缺点是再生制动能量由电阻发热消耗，再生电能未被有效利用；同时产生的热能会导致变电所温度升高，提高了变电所的通风要求。
地铁再生制动能量吸收利用系统应用探究
地铁再生制动能量吸收利用系统应用探究摘要：随着我国经济的快速发展，人民生活水平的逐渐提高；越来越多的人意识到节约能源、保护环境的重要性；低碳出行、绿色交通已成为我国城市发展的重中之重。
地铁作为一种大运量、高密度的交通工具，它在城市公共交通中扮演着越来越重要的角色。
地铁列车运行具有站间运行距离短、运行速度较高、启动及制动频繁等特点，列车进行频繁的启动及制动，势必产生较大、较多的再生制动能量。
怎么合理的吸收和利用这些再生制动的能量，是目前我国大多数地铁项目，需要探究的问题。
一、地铁再生制动能量产生的原理及分析和计算1、地铁再生制动能量产生的原理地铁列车的制动方式一般分为空气制动和电气制动两种类型；一种是依靠闸瓦与车轮间摩擦形成制动力，这就是列车的空气制动方式；另一种是基于交流变频调速的列车牵引系统能够在车辆制动时将牵引电机调整为发电机工况，将列车制动时的机械能转化为电能，这就是列车的电气制动方式。
2、地铁再生制动能量的分析和计算例如某地铁列车采用再生制动和机械制动，必要时投入电阻制动，现对其制动能量进行分析和计算。
列车最高运行速度：80km/h（22.22m/S），列车惰行一段时间后，以某一初速度开始采用再生制动，制动加速度为（-1m/s2)），速度降低到5km/h（1.39m/s）以下时采用机械制动，当再生制动失效时（即再生制动能量不能被相邻列车吸收或无相邻列车时）辅以电阻制动。
列车制动时动能转换为再生制动能量和机械能。
其公式为:E= m（v0-vt）2/2-FW*S式中,E-可利用的再生制动能量，m-列车总重量，6节编组取284tv0-列车再生制动初速度（因地铁一般为车站高、区间低，列车进站前制动时，列车经爬坡增加势能速度已处于降低阶段），取50km/h（13.89 m/s）vt-列车再生制动末速度，取5km/h（1.39m/s）S-列车制动距离，S=（v02- vt2）/2FW-列车制动过程中运行阻力的平均值。
城市轨道交通再生制动能量吸收装置研究
电阻消耗型吸收装置可以分为车载电阻和地面电阻。
车载 电阻 目 前 已广泛应用于国内外的轨道交通车辆。 当列车再生
逆变回馈型再 生制动 能量吸收装置技术成熟 ，控制简单 ，可靠性
高， 且设备国产化水平高，适合我国城市勒道交通工程实际需求。由于 Ａ Ｃ ３ ８ ０ Ｖ电网容量有限，逆变装置可能无法将再ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能量完全吸收，并且
㈡ 飞轮储能型
断电压时 ，即 Ａ Ｃ ３ ８ ０ Ｖ电网达 到电压规定值 ，或者逆变装置出现故障，
则 电阻吸收装置开始工作，对制动能量进衙 肖 耗， 确保 安全。
四、结语
逆变一电阻混合型能量吸收装置 安全可靠 ， 优 势突出。当牵 引电
飞轮储能型吸收装置同样 具有储存能量和稳定 电压两种功能。装
术成
缺 点
：
、
制 动 能 量 以 热 能 的 形 式 散 失 导 致 习 Ｉ ￡ 温 度 上 升 ， 通 风 空 调 装 ＿ 】 主 历 豪 升 罗 明 。 张 晓 蕾 ． 制 动 能 Ｉ Ｉ Ｊ ｇ ｝ ｌ 燃置 的 选 最 及 ＿ 其 癌 ｛ ｌ 毗 净 薪 ｊ
一 ． 妯 牛 椿 。 枣 。 ， 、 、 壮
逆变回馈至 Ａ Ｃ ３ ８ ０ Ｖ交流 电网 ， 供城市勒道交通中的其他用电负荷 使
用 ；当再生制动能量吸收完成 ，电压恢复设定值以下，或者当车辆 由再 生制动变为牵引等其它工况时 ， 逆变回馈装置将停止工作。
（ － － － ）电阻耗能型吸收装 置
优点 ：控制原理简单 ， 成本较低，维护 工作ｌｚ Ｊ ，使用寿命长 ，技
制动时，能量回馈至牵引电网，引起牵引电网电压升高，电阻吸收装置 投＾ 工作 ，将多余的电能以热能形式散失。 地面制动 电阻技术和产品在国外 已被广泛应用 ，国内 已实现了国
城市轨道交通再生制动能量利用研究
城市轨道交通再生制动能量利用研究随着城市人口的不断增长和城市化进程的加速，城市交通问题变得日益突出。
尤其是城市轨道交通系统，作为城市交通血脉的重要组成部分，其运行安全和环保问题备受关注。
为了提高城市轨道交通的能源利用效率，近年来，针对城市轨道交通再生制动能量的利用研究日益受到重视。
城市轨道交通系统包括地铁、轻轨、有轨电车等多种类型，它们在运行过程中通过制动产生的能量被称为再生制动能量。
再生制动能量是指列车在制动过程中产生的动能转化为电能的能量，一般通过牵引逆变器将其反向送回供电系统中，以供给其他列车使用或者回馈到市电网络中。
再生制动能量的利用，对于减少能源浪费、降低运营成本，具有重要的意义。
再生制动能量的利用可以显著减少城市轨道交通的能源消耗，提高运营效率。
传统城市轨道交通系统中，制动过程中产生的能量大部分会以热能的形式散失掉，造成严重的能源浪费。
而通过再生制动能量的利用，可以将原本散失的能量转化为电能存储或者回馈，从而大幅度减少能源浪费，提高交通系统的能源利用率。
再生制动能量的利用能够提高城市轨道交通系统的环保性能，降低对环境的影响。
城市轨道交通系统通常处于密集的城市区域中，对环境的影响和压力较大。
再生制动能量的利用可以减少对外部环境的能量消耗，并且降低了污染物的排放。
这对于改善城市空气质量、减少环境噪音等方面都具有积极的意义。
再生制动能量的利用对于降低城市轨道交通的运营成本也具有积极影响。
能源是城市轨道交通运营成本的重要组成部分，通过再生制动能量的利用，可以显著降低能源消耗，从而减少能源采购成本。
再生制动能量的利用还可以降低设备的损耗，延长设备的使用寿命，从而降低了维护成本。
要实现再生制动能量的有效利用并不容易，需要克服一系列技术难题。
首先是再生制动能量的回馈技术问题。
再生制动能量回馈技术是城市轨道交通再生制动能量利用的关键技术之一，也是实现能量回馈的基础。
现有的再生制动能量回馈技术还存在着效率不高、回馈系统复杂、成本较高等问题，需要进一步研究和改进。
城市轨道交通再生制动能量回收系统研究毕业设计
城市轨道交通再生制动能量回收系统研究毕业设计目录第1章绪论 (1)1.1城市轨道交通的发展 (1)1.2再生制动能量回馈的意义 (1)1.3本文的主要容 (2)第2章再生制动能量吸收利用技术 (3)2.1 城市轨道交通供电系统 (3)2.2城市轨道交通再生制动能量吸收方案 (4)2.2.1车辆制动方式 (4)2.2.2 电阻能耗型 (5)2.2.3 电容储能型 (6)2.2.4逆变回馈型 (7)2.2.5 三种方案比较 (7)2.3逆变电阻混合型主从配合方案 (8)2.4 本章小结 (9)第3章混合逆变-电阻制动系统设计 (10)3.1逆变-电阻制动系统 (10)3.1.1逆变-电阻型控制策略 (10)3.1.2 逆变-电阻型仿真分析 (11)3.2制动工况仿真分析 (13)3.3再生制动的能量计算 (16)3.3.1机车制动特性及计算步骤 (16)3.4 基于制动特性曲线的计算实例 (18)3.5 本章小结 (21)致谢 (22)参考文献 (23)第1章绪论1.1城市轨道交通的发展随着社会经济的高速发展，城市人口密集度和流动度日益增加，现有的交通已经不堪重负，交通不便已成为制约社会经济发展的一大因素，同时造成大中城市居民出行难坐车难的现象。
机动车辆的增长，导致交通更加拥堵，同时造成了大气污染和噪声污染。
城市轨道交通具有运量大、速度快、空间利用合理、污染少等特点，因此它受到世界各国的青睐。
大力发展城市轨道交通已成为各国解决城市交通拥堵问题的重要手段。
我国城市轨道交通发展比较滞后，近年来国家己充分认识到发展城市轨道交通的重要性，各大省会城市均已修建地铁或整改规划地铁线，而特大城市已开始发展轨道交通的网络化建设。
北京、上海、、等城市已有多条轨道交通线路开通运行。
同时、、、、等城市已经开展城轨交通的建设工作。
至2016年，国城轨线路将拥有89条，超过2500公里的运营里程［1]。
1.2再生制动能量回馈的意义城市轨道交通已得到大力发展，地铁作为城市轨道交通的主要运输工具，相对干线电气化铁路而言，地铁具有站间距离短、启动制动频繁、运行速度变化相对较大等特点。
城市轨道交通再生制动能量吸收逆变装置分析及比选
城市轨道交通再生制动能量吸收逆变装置分析及比选发布时间：2021-06-30T07:52:50.898Z 来源：《中国科技人才》2021年第10期作者：彭飞[导读] 城市轨道交通车辆无论是采用旋转电机还是直线电机，制动模式大多采用电气制动（再生制动/电阻制动）＋空气制动互补的形式。
列车运行中的制动以电气制动为主、空气制动为辅。
在电气制动时，优先采用再生制动。
昆明地铁运营有限公司云南省昆明市 650000摘要：本文结合国内外城市轨道交通工程列车再生制动能量吸收装置的开发运用，从原理、组成等方面介绍了电阻耗能型、电容储能型、飞轮储能型、逆变回馈型四种能量吸收逆变装置，并对四种装置的优缺点进行了分析及对比，指出了目前运用的最佳方案及将来的发展方向。
关键词：再生制动；吸收逆变；分类；对比城市轨道交通车辆无论是采用旋转电机还是直线电机，制动模式大多采用电气制动（再生制动/电阻制动）＋空气制动互补的形式。
列车运行中的制动以电气制动为主、空气制动为辅。
在电气制动时，优先采用再生制动。
列车制动时电机处于发电机工作状态，将列车的动能转换为电能。
这部分电能扣除电机、逆变器损耗之后，一部分供本列列车辅助设备（如空调、通风机、空压机、直流负荷等）使用，其余大部分供线路上其它列车的牵引或其它能量吸收装置吸收。
当列车处于再生电气制动时，若牵引网具备吸收能力，列车基本能稳定的再生制动。
而当单列列车运行时，此时牵引网不具备吸收能力，列车只能采用电阻制动或空气制动。
列车再生制动产生的反馈能量一般为牵引能量的20%—40%。
而这些再生能量除了按一定比例（根据列车运行密度和区间距离的不同而异）被其它相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被列车的制动电阻吸收并以发热的方式消耗掉。
国内多数地铁列车的再生制动能量吸收装置均采用车载制动电阻形式，其制动电阻分散安装在各动车底部。
因此，为节约能源，在列车车体外设置列车再生制动能量吸收装置成为研究和发展的方向，目前应用的方案主要分为电阻耗能型、电容储能型、飞轮储能型、逆变回馈型四种装置。
试论城市轨道交通车辆再生制动原理
试论城市轨道交通车辆再生制动原理
城市轨道交通车辆再生制动原理是通过利用车辆运动的惯性能量和制动装置释放的能量，将其转化为电能储存起来，以供给车辆系统的其他部分使用，从而实现能量的回收与再利用。
在城市轨道交通运行过程中，车辆通常在满速行驶时需要减速或停车，而制动过程中产生的能量往往被耗散为热量，浪费了可再利用的能源。
再生制动的原理是通过将车辆的动能转化为电能，储存在能量回收系统中。
在车辆制动时，制动装置施加一定的力使车辆减速或停车，车轮与钢轨之间摩擦产生的能量被感应电动机吸收，并转化为电能。
被吸收的电能首先通过逆变器进行直流-交流的转换，然后通过整流装置将电能储存于高能量密度的电池或超级电容器中，以供给车辆其他部分使用。
再生制动系统的核心是车辆上装备的感应电动机，该电动机既可以作为驱动电机，帮助车辆加速，在该过程中提供一定的推力；又可以通过切换为发电机模式，在车辆制动时吸收能量并将其转化为电能。
通过控制感应电动机的工作模式和电流方向，可以实现制动和抱闸效果，并将能量转化为可用的电能存储。
在实际的城市轨道交通中，再生制动系统的应用可以显著提高能源利用效率，减少能源的浪费。
通过在车辆制动时将能量转化为电能储存起来，可以减少列车从静止状态重新起动时所需的能量，并降低由于频繁的加速、制动而造成的磨损和能耗。
再生制动系统还可以提供额外的制动力，减少制动距离，提高安全性能。
探析城市轨道交通车辆再生制动能量吸收系统
探析城市轨道交通车辆再生制动能量吸收系统作者：杨熙来源：《硅谷》2011年第01期摘要：从分析轨道交通车辆制动过程中，产生和吸收再生能量的过程，建立车辆再生制动能量吸收的系统模型，并着重分析再生制动能量对轨道电压产生的影响，以及能量吸收装置的工作状态，并以此为基础比较超级电容与电阻消耗的吸收系统的技术性能，以及超级电容的采购事项。
关键词：城市轨道车辆；再生制动能量；吸收系统中图分类号：U2文献标识码：A文章编号：1671—7597（2011）0110085－011 再生制动系统结构该系统共有三个组成部分，分别为整流模块、车辆模块以及吸收模块。
其中整流模块所对应的是轨道车辆再生制动系统中的整流站，它的作用是把变电站所输送的交流电压转为直流电压以供应轨道车辆使用；而车辆模块对应的则是轻轨机车，该部分是轻轨的运行部分，其核心电机可视为磁链闭环矢量控制系统和转速控制系统；最后的吸收模块所对应的是车站旁边的吸收站，获得母线电压的变化数据后，对IGBT部分的工作进行控制，吸收制动过程中所产生的能量，克服其对母线电压所产生的不良影响。
2 再生制动能量吸收系统模型的建立2.1 建立整流模型本系统采用的是24脉波整流电路，其原理为：当三相电源星形连接时，线电压超前相应的相电压为30°，采用三相三绕组，其中一次侧接成星形或者三角形，而二次侧每相则有两个绕组，三个三角形三个星形。
此外，二次侧三角形绕组每相的匝数要比二次侧星绕组多三倍，二次侧两组绕组线的电压相等，末向差60°。
在城市轨道车辆的整流模块中，两个三相6脉波整流桥组成了单台整流器，其中一个整流桥接到整段母线上的两流变压器二次侧△型绕组，另外一个则接到整流变压器二次介的Y型绕组，两者并随着构成12脉波整流器。
每个牵引变电所内的两台整流器进行并联，通过整流变压器外延±7.5°，也就是相差15°，构成24脉波整流电路。
科技成果——城市轨道交通牵引供电系统制动能量回馈技术
科技成果——城市轨道交通牵引供电系统制动能量回馈技术适用范围交通行业城市轨道交通运输行业现状目前我国地铁和轻轨列车刹车制动时，车载电动机转为发电机运行，由此产生的再生制动能量将首先通过直流电网被相邻列车吸收，但当列车运行密度较低或相邻车辆也处于制动工况时，这些电能被吸收利用的几率会大大减小。
为了保证牵引供电网电压的稳定和列车安全运营，无法吸收的多余能量将由列车自身携带的制动电阻或地面制动电阻通过发热的形式消耗掉，这部分能量占列车运行牵引能耗的30%左右，造成大量的电能浪费。
成果简介1、技术原理采用该技术，在城轨列车制动时，可将原本消耗到车载或地面制动电阻上的列车制动能量回馈到35kV/33kV/10kV等交流公用电网，供给交流公用电网中的其他用电设备使用，实现能量回收再利用。
同时，再生能量回馈装置能够在交流电网功率因数较低时，作为静态无功补偿（SVG）装置运行，向交流电网补偿无功功率，提高功率因数，减少无功能量损耗，降低系统运营成本。
2、关键技术（1）高可靠性和高可用性的再生能量回馈系统技术在牵引供电系统中设置单独的再生能量回馈支路，该支路与二极管牵引整流机组在电路结构和系统保护方面具备良好的兼容性，具有多级交/直流过压保护、多级过流保护、温度保护、框架保护等系统保护功能，且回馈支路和二极管牵引整流机组支路互相独立工作，保证了整个系统的高可靠性和高可用性。
（2）城市轨道交通供电系统应用的底层控制技术底层控制技术包括基于空间矢量的两电平双模式过调制技术、高效锁相及电网故障判别技术和基于多绕组变压器的载波移相技术，能更好满足供电系统的应用要求。
（3）轴向多分裂高漏抗高解耦率变压器技术通过多绕组分裂式结构，解决变压器各绕组间相互耦合的难题，便于降低回馈系统工作时注入电网的谐波，保证回馈到公用电网的能量具备很好的清洁度，同时便于实现多支路并联，以适应不同情况下功率扩展的需求。
（4）再生能量回馈装置产品技术及模块化结构技术建立稳定的产品控制平台，模块化的结构设计实现了系统容量的灵活扩展，可维护性能好。
城市轨道交通再生制动能量利用研究
城市轨道交通再生制动能量利用研究随着城市轨道交通运营越来越成熟，越来越多的人选择乘坐地铁、轻轨等城市轨道交通方式出行。
然而，轨道交通车辆在行驶过程中，通过制动会产生大量的能量，如果不能有效地利用这些能量，不仅浪费了宝贵的能源资源，还会给城市环境带来负面的影响。
因此，对城市轨道交通再生制动能量的利用进行研究，不仅可以减少能源的浪费，还可以提高城市轨道交通的运营效率。
城市轨道交通再生制动能量的来源主要是车辆制动时产生的动能，通过电气化制动系统进行回收，将制动能量转化为电能，储存在地铁、轻轨等车站的储能装置中。
这些储能装置通常采用超级电容器、锂离子电池等，能够实现高效能量的存储和释放，可以有效地利用再生能源，提高城市轨道交通的能源利用效率，同时减少对环境的污染。
城市轨道交通再生制动能量的利用有多种方式，其中一种是回馈到供电网中，通过回馈能够减少电网对外的需求，达到节能减排的效果。
此外，还可以利用再生能量为城市轨道交通车站的照明、通风等用电设备供电，进一步提高能源的利用效率。
同时，储能装置还可以在自然灾害等突发事件发生时，为城市轨道交通的应急照明、通信、电源等设备提供保障，确保市民的生命财产安全。
除了以上几点之外，城市轨道交通再生制动能量的利用还可以带来更多的经济效益。
例如，在电力不足或价格过高的情况下，通过回馈城市轨道交通再生能量可以有效地提高供电可靠性，降低电费支出。
此外，还可以将储存的再生能量出售给附近的企业和住户，创造更高的经济效益。
然而，要实现城市轨道交通再生制动能量的有效利用，还需要解决一些技术难题。
首先，是储能装置的设计与选择，需要考虑储存能量的容量、充放电的效率、寿命等因素。
其次，需要考虑如何合理地分配再生能量的利用方式，包括回馈到供电网、供应车站设备用电、出售附近的企业和住户等多种利用方式。
此外，还需要完善监测与管理系统，对再生能量的储存、使用等过程进行监测与管理，确保安全可靠。
综合来看，城市轨道交通再生制动能量的利用具有很高的社会、环境、经济价值。
城市轨道交通再生制动能量利用研究
城市轨道交通再生制动能量利用研究随着城市发展和人口增长，交通拥堵和能源消耗已成为全球城市面临的重要问题之一。
城市轨道交通系统作为城市重要的交通方式，其能源利用效率和环保性已受到广泛关注。
再生制动能量利用作为城市轨道交通系统能源节约和环保的重要手段，已成为当前研究的热点之一。
本文旨在探讨城市轨道交通再生制动能量利用的相关研究现状和发展方向，分析再生制动能量利用对城市轨道交通系统的重要意义，以及可能面临的挑战和解决方案。
一、再生制动能量利用的研究现状再生制动是指通过电动车辆的制动装置将动能转换为电能，再将其送回架空线路或第三轨供电系统，以实现再生利用。
再生制动能量利用是指将制动能量存储起来，再利用于车辆行驶过程中，以最大限度地减少能源消耗和环境污染。
近年来，城市轨道交通系统再生制动能量利用的研究取得了一些进展，主要表现在以下几个方面：1. 技术研究：研究人员通过对再生制动系统的设计和优化，提高了能量的再生效率。
包括改进制动系统、提高回馈电能转换效率、优化再生制动模式等一系列技术手段，有效提高了再生利用的效率。
2. 实际应用：一些城市轨道交通系统已经开始在实际运营中应用再生制动能量利用技术。
国内某些城市地铁系统已经开始尝试再生利用，通过改进和完善设备和技术，逐步提高再生利用效率。
3. 现有问题：由于再生制动能量利用技术在城市轨道交通系统中的应用较为初级，现有的一些问题依然存在，如制动能量转换效率不高、能量储存设备成本高昂、再生利用技术受限等。
再生制动能量利用对城市轨道交通系统具有重要的意义，主要表现在以下几个方面：1. 节能减排：再生制动能量利用可以将制动过程中产生的大量能量储存起来，再利用于车辆行驶，有效减少了能源消耗，降低了碳排放，实现了节能减排的目标。
2. 降低成本：利用再生制动能量可以降低城市轨道交通系统的运营成本。
再生制动能量利用不仅可以降低车辆的能源消耗，还可以减少能量的浪费，降低了城市轨道交通系统的运营成本。
列车再生制动能量回收方法及研究分析
列车再生制动能量回收地方法及分析城市轨道交通是耗电大户.而如何高效利用电能是目前城市轨道交通节能技术地关键问题.车辆在运行过程中，由于站间距一般较短，因此要求起动加速度和制动减速度比较大，并具有良好地起动和制动性能.城轨交通供电系统一直采用二极管整流技术实现交流电源到直流牵引电源地转换，特别是采取24脉波整流技术后，与电网地谐波兼容问题得到较好地解决.该技术虽然可以较好地满足车辆牵引取流地需求，但是此类系统存在以下问题：（1）只能实现能量地单向流动，对于需要频繁起动和制动地地铁、轻轨等交通工具，制动能量地回收有着很大地潜力.车辆再生制动产生地反馈能量一般为牵引能量地30％甚至更多.而这些再生能量除了按一定比例(一般为20％～80％，根据列车运行密度和区间距离地不同而异)被其它相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被车辆地吸收电阻以发热地方式消耗掉或被线路上地吸收装置吸收.如果在一列地铁列车刹车时附近没有其他列车加速运行，那它所回馈地电能中只有30％～50％能被再次利用(尤其是在低电压、高电流地网络系统里).如果当列车发车地间隔大于10 min时，再生制动能量被相邻列车吸收重新利用地概率几乎为零.b5E2R。
（2）由于制动电阻地发热引发站台和地下隧道热量积累、温度上升，某些城轨系统隧道温度高达50℃，不得不加大通风设备地容量，造成严重地二次能耗；p1Ean。
（3）对于车载制动电阻模式制动电阻增加车体自重造成地电能消耗十分可观；（4）牵引网上同时在线运行地车辆有十几对甚至几十对，负荷地变化造成牵引网压波动严重，不利于车辆平稳、可靠运行.可见车辆地制动能量至今还是一种没有被很好地开发利用地能量.DXDiT。
目前,在我国大力提倡节能降耗地形势下，城轨供电系统地发展进度已滞后列车车辆技术地发展，多个待建地城市轨道线路，如无锡、苏州、长沙、西安、深圳和广州等多条线路，都提出了对现有牵引供电系统进行技术改造地需求或者是寻求更好地储能装置去回收这些多余地再生能量.再生制动能量循环利用主要有储能和逆变两种方式:储能所采用地技术主要有蓄电池储能、电容储能、飞轮储能3种;而能量回馈所采用地技术主要是逆变至中压网络和低压网络两类.RTCrp。
城市轨道交通再生制动能量利用研究
城市轨道交通再生制动能量利用研究随着城市轨道交通的迅速发展和规模的扩大，其对于城市交通和环境的影响日益加剧。
城市轨道交通的制动过程中会产生大量能量，如果这些能量得不到有效利用，不仅会浪费能源，还会增加系统的运行成本、加重环境负担。
因此，如何利用城市轨道交通的制动能量进行再生利用，成为了当前城市轨道交通领域研究的热点之一。
城市轨道交通的制动能量，一般通过电阻制动来实现。
电阻制动是利用制动电阻器将电动机所产生的动能转化为热能，通过散热器散热，达到降低速度的目的。
然而，这种方式存在一个严重的问题，就是在制动过程中会产生大量的热能，浪费了原本可以再生利用的制动能量。
目前，城市轨道交通的制动能量再生利用主要集中在三个方面：能量回馈、能量储存以及能量利用。
能量回馈是指将制动能量回馈给供电系统，在列车牵引时使用，以降低电网负荷。
实现这种方式的关键技术是制动能量的感知和控制技术。
具体来说，需要通过传感器感知列车制动产生的能量，并通过控制系统将这些能量回馈给电网。
在实际应用中，为了保证系统的平稳运行，需要加入一些控制策略，比如能量储存策略、慢速制动策略等。
能量储存是将制动能量直接储存在储能设备中，待需要时再释放出来使用。
这种方式的关键技术是储能技术。
储能技术主要包括电化学储能技术、超级电容储能技术和机械式储能技术等。
电化学储能技术是利用电化学原理储存能量，主要包括蓄电池和超级电池。
蓄电池是目前应用最广泛的储能设备之一，具有能量密度高、存储时间长、安全可靠的特点。
超级电池是一种新型储能设备，它具有储存能量快、可充放次数多、寿命长等优点。
超级电容储能技术是利用电解质中的双层电容和伪电容等不同电容模型来储存能量。
超级电容具有充电快、寿命长、环保等优点，但是能量密度相对较低，成本较高，还需要应对一些技术难题。
机械式储能技术是将制动能量储存在机械式储能装置中，主要包括飞轮式储能技术和重锤式储能技术。
机械式储能技术具有能量密度高、成本低、寿命长等优点，但是受到其质量和体积的限制，适用范围相对较窄。
城市轨道交通列车再生制动能量利用系统方案对比分析
技术装备城市轨道交通列车再生制动能量利用系统方案对比分析姜 君（中铁检验认证中心，北京 100081）摘 要：城市轨道交通列车再生制动能量利用系统包括再生制动能量回馈系统、再生制动能量储存系统和混合型再生制动能量利用系统。
回馈型系统可实现交流电网与直流母线的能量双向流动；储能型系统是将列车多余制动能量存储到储能单元中，起动时再将能量释放出来供列车使用，储能元件有超级电容、蓄电池及飞轮；混合型系统是回馈型和储能型的组合，其功能及性能兼具 2 种系统的特点。
3 种系统方案各有特点，均可实现列车制动能量回馈利用，减少电网能耗，不仅在节能环保方面有重要意义，对于整个城市轨道交通行业降低运营成本将具有重大影响。
关键词：城轨列车；再生制动；能量回馈；能量储存中图分类号：U260.35+9基金项目：中铁检验认证中心科研项目（BJ2017S08）作者简介：姜君（1988—），男，工程师0 引言发展城市轨道交通已成为解决城市交通重要而有效的途径之一，进而推动了城市轨道交通车辆变流器等电力电子设备的快速发展。
地铁车站的站间距短，列车起动、制动频繁，较高频次的制动会产生大量的能量，电阻消耗型装置散发的热量会引起列车及隧道温度的升高，还需要设备消耗额外的电能来降温，造成了大量电能的浪费，与节能减排的环保要求相悖。
再生制动能量吸收技术符合我国的节能减排、环境保护战略，有利于降低地铁车站内部温度，减少电网能耗以及减小供电系统设备容量，所以，再生制动能量利用装置在国内存在巨大的市场空间，也是城市轨道交通重要的发展方向[1]。
城市轨道交通列车再生制动能量利用系统包括再生制动能量回馈系统、再生制动能量储存系统和混合型再生制动能量利用系统。
再生制动能量回馈系统能将列车制动时注入直流牵引网中的制动能量回馈到交流电网中[2-4]；再生制动能量储存系统能将列车制动时注入直流牵引网中的制动能量存储到储能单元中，需要时再将能量释放出来供列车使用，储能方式主要有超级电容储能型、蓄电池储能型及飞轮储能型[5]；混合型再生制动能量利用系统是再生制动能量回馈系统、再生制动能量储存系统的组合，其功能及性能兼具 2 种系统的特点。
地铁再生制动能量分析
列车采 用电制动 方式 ，当列 车运行速 度降低 ，电制动 不起作 用时 ，辅以空气制 动 。再生制 动的最 大的特点在于 节能 ，它
再生制动产生的能量为 ：
将列车 行驶的动能 转化为 电能 反馈至直流 牵引电 网供 车载辅
助设备 或相邻列车 使用 。显 然 ，列车实施 再生制动必 须、 － 两 ４ ４ － 足 以下两个条件 ： （ １）再生反馈电压必须高于直 流牵 引电网电压 。
一
图 １ 单辆列车 ６车组编组形 式
８ ５
列车再生制 动时在阻 力和 电制动力的共 同作用下从高速
地铁 作为城市 轨道交通 的最 佳代表在缓 解交通压 力中发 挥 着越来越重要的作用 ，其可靠性影响着整个地铁 交通系统的 安 全稳 定运 行 。当前 ，地铁牵 引供电系统一般采用 ２ ４脉波整 流 ，回馈到直流牵引网的能量无法被吸收会引起直流 网压抬升 影 响列车 的安全稳定运 行且牵 引系统会对交 流电网产生谐 波 的影响 ， 基于 以上问题本文对地铁再生制动能量进行分析计算 ，
度 进行分析计算 ，最后验证其分析 的合理性 ，为再生制动 能量吸收装置 的设 计提供了现实可行的理论依据 。
其 中 Ｍ１是带有受电 弓的动车 ，Ｍ２是不带受电 弓的动车 。
再生制动能量动力学分析和计算
城市轨道交通列车由于其编组车辆少 ， 列车的长度较短 ，
在牵 引计算中 ，可将整个列车看做一个单质的动力学系统 。忽 略列车在运行过程 中受到各种力的大小和方 向上额不同 ，再生 制动能量的计算 中主要分析 阻力和制动力对再生能量 的影响 。
运行 状态直到停 车 ，这其 中列 车运行中的 阻力主要包括基本 阻力和 附加 阻力 。本文中只考虑列车在平直线路的运行状态 ，
城市轨道交通再生制动能量利用研究
城市轨道交通再生制动能量利用研究随着城市轨道交通的发展，其再生制动能量的利用已经成为了一个热门的话题。
本文将介绍城市轨道交通再生制动能量的基本概念、现状以及研究进展，并探讨如何更好地利用再生制动能量。
一、再生制动能量的基本概念城市轨道交通系统中，列车在制动时会产生一定的能量，这就是所谓的再生制动能量。
这些能量大多数被转化为热能而浪费掉，但是如果能够有效地收集和利用这些能量，不仅可以降低能源消耗，还有助于缓解能源短缺。
目前，再生制动能量主要利用于电网电源回馈、车站供电和车载电池充电等方面。
目前，轨道交通系统中再生制动能量的利用还不够充分，只有少数地铁线路在使用回馈电源系统实现能量回馈。
很多地铁线路还在使用传统的制动方式，即将制动能量转化为热能，这样既浪费能源也造成环境污染。
因此，需要更好地利用再生制动能量，以提高城市轨道交通的节能效益。
为了更好地利用再生制动能量，研究人员提出了一系列措施。
其中比较突出的是安装回馈电源系统，即将再生制动能量回馈到电网中，以降低列车的能耗。
此外，还有一些其他的制动能量利用技术，如超级电容器、车载电池等。
这些技术的应用能够有效地收集和利用再生制动能量，提高城市轨道交通的节能效益。
四、思考随着城市化进程的加快，城市轨道交通系统的运营也越来越重要。
再生制动能量的利用已经成为城市轨道交通系统不可忽视的能源问题。
因此，需要更多的研究来探索有效地利用再生制动能量的方法，以实现城市轨道交通系统的可持续发展。
同时，政府和企业应该加强对再生制动能量利用的投入，推动技术的应用和发展，以更好地满足城市交通建设的需求。
城市轨道交通再生制动能量利用研究
城市轨道交通再生制动能量利用研究随着城市化进程的加速，城市交通问题日益突出，特别是在交通排放和能源消耗方面的问题。
为了解决这一问题，城市轨道交通再生制动能量利用成为了一个热门研究课题。
再生制动能量利用是指通过对地铁、轻轨等轨道交通列车进行再生制动，将制动产生的动能转化成电能，存储于电容器或者回馈到电网供其他列车使用，从而实现能量的再生和利用。
对于城市轨道交通系统而言，再生制动能量利用不仅可以减少能源消耗，减轻环境污染，还可以降低运营成本，提高交通系统的可持续性。
目前，国内外对城市轨道交通再生制动能量利用进行了大量研究。
本文将从能量回收装置、能量存储技术、能量利用方法以及经济性等方面对城市轨道交通再生制动能量利用进行深入探讨，为相关领域的研究和实践提供参考。
一、能量回收装置在城市轨道交通再生制动能量回收过程中，能量回收装置起到了至关重要的作用。
目前常见的能量回收装置主要有电容器、蓄电池和超级电容器等。
1. 电容器电容器是一种能够将电能储存起来的电子器件，适合瞬时的能量存储，具有体积小、重量轻、寿命长的特点。
在城市轨道交通中，电容器被广泛应用于再生制动能量回收装置中，可以实现对制动能量的快速储存和释放。
2. 蓄电池二、能量存储技术能量回收装置储存的能量需要通过适当的能量存储技术进行管理和控制，以确保能量的有效利用和安全运行。
目前，城市轨道交通再生制动能量存储技术主要有能量管理系统、能量平衡控制器和能量转换器等。
1. 能量管理系统能量管理系统是指对再生制动能量的采集、储存和释放进行管理和控制的系统，包括了能量采集模块、能量储存模块和能量释放模块等。
通过科学合理的能量管理系统设计和优化，可以最大限度地提高再生制动能量的利用效率，降低能量浪费。
2. 能量平衡控制器3. 能量转换器能量转换器是指将再生制动能量从机械能转化为电能，或者从电能转化为机械能的装置。
在城市轨道交通中，能量转换器起到了再生制动能量利用的关键作用，可以实现对制动能量的快速转化和利用。
城市轨道交通再生制动吸收装置应用效果分析
城市轨道交通再生制动吸收装置应用效果分析摘要：城市轨道交通再生制动吸收装置作为一项重要的节能降耗和环境保护技术，具有重要的应用及研究价值。
随着城市轨道交通车辆在运行过程中产生的制动能量的大规模损耗情况日益凸显，再生制动吸收装置应运而生。
该装置能够将制动时产生的能量进行回收和储存，再次利用于车辆的运行过程，有效减少能源的浪费与环境污染的产生。
因此，研究城市轨道交通再生制动吸收装置的应用效果对于进一步推动节能降耗和环境保护具有重要意义。
关键词：城市轨道交通；再生制动；吸收装置；应用效果1城市轨道交通再生制动和吸收装置的原理城市轨道交通再生制动和吸收装置是一项重要的技术手段，旨在实现列车运行过程中的能量回收和消耗，提高能源利用率，降低能耗和环境污染。
1.1再生制动原理再生制动是指通过逆变器将列车制动过程中产生的能量转变为电能，并将其反馈到电网中供给其他列车使用，从而实现能量的回收和再利用。
再生制动的基本原理是利用转速降低的电机产生反电动势，将制动过程中产生的能量转化为电能。
再生制动装置通常由逆变器、零序变量、直流滤波电路和牵引变压器等组成。
逆变器将列车制动电阻中产生的直流电信号转化为交流电信号，并通过零序变量和直流滤波电路进行滤波处理，使电流波形稳定，再经过牵引变压器提供给牵引系统使用。
再生制动装置的工作原理是当列车制动时，制动电机将自身运动动能转化为电能并输出到电网上。
具体来说，当制动过程开始时，列车通过制动电机将动能转化为电能，并将其输入到电网中。
在这个过程中，电机的转速下降，同时产生反电动势，这个反电动势使电机产生电流并输出到电网上。
这样一来，列车的动能得以回收，减少了能量的浪费，从而达到了节能降耗和环境保护的目的。
1.2吸收装置原理城市轨道交通吸收装置是一种能够吸收列车制动能量的装置，其主要原理是通过泄能电阻将制动电机的反电动势转化为热能，并在列车框架上安装热散热装置将热能散发到空气中。
吸收装置一般由泄能电阻、冷却系统和热散热装置等组成。
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城市轨道交通车辆再生制动能量吸收系统分析赵深，徐卓农中南林业科技大学计算机与信息工程学院长沙410004E-mail:***************摘要：主要探讨了超级电容储能系统能量管理系统的控制方法。
首先对超级电容储能系统进行分析；然后在根据超级电容储能系统的数学模型，给出了超级电容储能系统充放电控制方法，提出了一种超级电容储能系统能量管理的控制策略；最后，利用simulink仿真平台，模拟了电网网压变化，对超级电容储能系统进行仿真，验证了能量管理系统功能的有效性，为实际工程提供了理论指导和依据。
关键词：超级电容再生制动能量能量管理Regenerating Energy Storage System for Urban RailwayVehicle AnalysisZhaoShen , Xu ZhuonongSchool of Information Science & Engineering, Central South University, Changsha 410004,Hunan Province, ChinaAbstract: A control method of ultra-capacitor energy storage system energy managementsystem is discussed in this paper. First, analysis of ultra-capacitor energy storage systemstructure; then a mathematical model based on ultra-capacitor energy storage system, given thecontrol method of ultra-capacitor energy storage system charging-discharging. Proposed acontrol strategy for ultra-capacitor energy storage system energy management. Finally,simulating the pressure changes of network on the simulink simulation platform. The supercapacitor energy storage system simulation to verify the effectiveness of energy managementsystem functions. This paper provides a theoretical basis for the practical guidance andengineering.Key Words: Ultra-Capacitor , Regenerating energy, Energy management1.引言在全球倡导节约能源、保护环境的今天，轨道交通节能、环保的优点越来越受到人们的重视，大力发展城市轨道交通已成为世界各国的共识。
城市轨道交通由于其运输量大，启、制动频繁，采用再生制动方式的电制动，进一步降低了列车的运行能耗，使轨道交通在节能运行方面的优势更加突出。
同时，使用再生制动方式，列车产生的再生能量全部回馈到直流母线并供给同一供电区间内的其他车辆使用，节能的同时，也进一步降低了车辆运行的维护工作量，提高了车辆的运行可靠性[1]。
再生制动能量吸收装置主要由电阻耗能型、电容储能型、飞轮储能型、逆变回馈型等几种方案[2]。
超级电容具有充放电速度快、功率密度高、工作温度范围宽、环保无污染、使用寿命长等优点，非常适合应用于城市轨道列车再生制动能量的吸收装置中。
2.超级电容储能系统本文以城市轨道交通再生制动地面式超级电容储能系统（Super Capacitor Energy Storage System）为研究对象。
其基本结构如图1所示[3]。
主要由两部分组成：一是超级电容器组，存储电能；二是能量变换装置双向DC-DC变换器。
图1地面式超级电容储能系统结构图2.1超级电容器组超级电容器实质上具有一种复杂的电阻电容网络结构，是很多单体超级电容通过串、并联组合成的。
在做储能器件时，超级电容器的工作状态以比较频繁的充放电为主，可以简化其中的超级电容为一个等效串联电阻R0和一个理想电容C0构成。
假设超级电容器由n个特性一致的电容C0串联成一条支路，再由m条相同的支路并联组成，则超级电容组的容量为C=(C0×m)/n(1)等效内阻为r=(R0×n)/m(2)这种RC等效模型简单，且能够较准确地反应出超级电容器在充放电过程中的外在电气特性，便于解析分析和数值计算。
如果放电过程中，超级电容器组的电压从U1变换至U2，可得超级电容器组释放能量为C(U12+U22)(3)E=12在已知列车牵引、制动能量，直流电网电压和超级电容单体参数，然后由式(1)(2)(3)确定超级电容器组中串并联电容个数，并联支路数，以及额定电压、电流等详细参数。
2.2双向DC-DC变换器双向DC-DC变换器实现的功能相当于boost-buck变换器，变换器两端电压不变，但电流方向改变，实现能量转换。
双向DC-DC变换器分为隔离式和非隔离式，非隔离式器件少、控制简单，广泛用于飞轮储能、风力发电等直流母线电压变化范围大，需要进行直流转换处理的中小功率应用场合。
在超级电容储能系统中，通常选择非隔离式，见图2。
主要工作在3个工作状态：列车制动时，网压上升，变换器等效为降压斩波器，把电网多余能量传递给超级电容器组；列车惰性时，变换器不工作，处于备用状态；列车牵引时，网压下降，变换器等效为升压斩波器，超级电容器将存储的能量反馈给列车，辅助列车启动。
通过以上三个状态的轮替，即实现了能量的循环利用，同时，是直流电网电压避免了大范围波动，改善用电质量。
图2 双向DC-DC变换电路L0=4mH C1=0.01F L1=2.5mH R=0.0135ΩC SC=44.444F U0=1600V R e=0.05Ωi0=i L=0;u0=u SCT1=1时L0di0dt=u0−i0R e−u1 C1du1dt=i0−i LL1di Ldt=u1−i L R−u SC C SCdu SCdt=i LT2时L0di0dt=u0−i0R e−u1C1du1dt=i0L1di Ldt=−i L R−u SC C SCdu SCdt=i L3.储能系统控制策略直流电网电压随列车运行状态的改变而变化，若列车运行模式为牵引-惰行-制动，则直流电网电压降低恒定上升，为了维持其恒定，选取U0为控制变量，图3为双向DC-DC 变换器的控制框图[4]。
双向DC-DC 变换器是二阶电路，有两个状态变量----电容电压和电感电流。
根据最优控制理论, 实现全状态反馈的系统是最优控制系统。
因此，两种反馈信号的双闭环控制是符合最优控制规律的。
控制系统采用电压、电流双闭环串级控制结构，外环是电压环，内环是电流环。
对于电压环，当系统受到某种扰动，无论是电压变化还是其他扰动，都必须反映到输出端，使输出电压变化后，电压环才起作用，调节滞后，但却保证了电网电压在规定范围内波动。
电流环动态特性好，响应速度快，可有效地消除由电容，电感等元件引起的扰动。
图3双向DC-DC 变换器控制框图列车的运行状态由牵引、制动特性曲线唯一决定，列车的运行速度与电机电流、电压一一对应，通过列车速度即可确定直流电网电压参考值U 0∗ 。
控制原理是电压给定U 0∗与电压反馈U 0进行比较，得到的电压误差∆U 0 经电压调节器输出作为电流给定I L ∗，I L ∗ 与电流反馈I L 进行比较，得到的电流误差∆I L 经电流调节器，通过PWM 控制得到驱动双向DC-DC 变换器IGBT 的占空比。
4. 仿真结果分析本文将以广州地铁4号线参数为例，探讨如何利用吸收站式超级电容储能系统合理利用再生制动能量，改善直流电网电压。
广州4号线参数[5]：列车编组为4M( A-B-B-A)，载荷条件为AW2 载荷：170.34 t ；回转质量系数为3.5%；辅助设备消耗为44.55 kW ；列车基本阻力为20.286+ 0.3822v + 0. 002058v 2( N/ t) ；坡道附加阻力为m ×g × i （i 为坡度）；列车运行模式为牵引惰行制动；线路阻抗为0. 0288/km ；回流阻抗为0. 01678 / km 。
假定列车从变电所驶出，超级电容的初始电压为600 V ，当线网电压低于1450V 时，储能装置释放能量；在惰行期间，停止工作，处于备用保持状态；列车制动，线网电压高于1640 V ，超级电容储存能量，但由于容量有限；若电网电压继续上升，高于1650 V ，地面制动电阻则投入使用。
首先，对4号线的实际情况仿真，即无超级电容储能系统。
图4为电网电压（未加入超级电容）。
牵引时，电压降低，最低电压为1160 V ；制动时，再生能量由地面电阻将再生能量转化为热能消耗掉，电网电压被稳定在1650 V 。
V /Ut/sV /U t/s图4 电网电压变化（未加入超级电容储能系统） 图5 电网电压变化（加入超级电容储能系统）在现有装置基础上，加入超级电容储能装置后的电网电压的波形如图5所示，最低电压为1300V ，制动时，再生能量首先由超级电容吸收，当达到额定值时，则由地面电阻消耗，受电弓电压同样被稳定在1650 V 上下，但相当一部分能量已转化为磁场能量存储在超级电容中。
对有、无超级电容储能装置的直流电网最低电压进行对比，可以看出，电压上升了140 V ，这将很大程度改善电机的启动性能。
另外, 在加入超级电容储能装置后, 变电所提供的能量是实际系统的87%，这不仅实现了能量的循环利用，同时可以降低地面制动电阻的额定功率及通风，散热额定容量。
5.结语本文对城市轨道交通中再生制动能量吸收系统进行了研究。
分析并设计了地面式超级电容储能装置，最后针对储能模式进行了建模与仿真，定性分析仿真结果，验证了系统功能的有效性，对实际中的问题有一定的指导和借鉴意义。
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