广州地铁直线电机列车能耗对比研究

广州地铁直线电机列车能耗对比研究

发表时间：2019-03-27T16:01:56.907Z 来源：《电力设备》2018年第30期作者：黄海森

[导读] 摘要：广州地铁五号线采用直线电机列车，列车各系统所需要的能耗是地铁运营成本的一大组成部分。

（广州地铁集团有限公司运营事业总部 510000）

摘要：广州地铁五号线采用直线电机列车，列车各系统所需要的能耗是地铁运营成本的一大组成部分。本文以五号线三种车型为分析对象，通过分析影响列车能耗的主要因素，在记录能耗数据的同时，收集对能耗起影响作用的外在因素数据，在进行能耗对比时，其他因素尽量保持统一，主要的变量是车型的不同。通过上述的方式进行能耗的对比，得出三种车型能耗数值的差距，分析降低能耗的可行性和方法，为节能提供有效建议。

关键词：直线电机；能耗；节能

引言：

地铁列车采用电能作为动力，由于庞大的运力及车厢舒适度需求，电能的消耗成为地铁运营成本的一大组成部分，为节能减排和降低运营成本，了解地铁能耗的组成并寻找降低能耗的方法，显得尤为重要。

（一）研究对象的选择

广州地铁五号线直线电机车辆分为三种车型，分别是不同时期采购的L2、L4-Ⅰ（采用三菱牵引系统）和L4-Ⅱ（采用时代电气牵引系统）型车，由于L2车和L4-Ⅰ车分别只有三列车安装了能耗装置，拟全部选取，而12列L4-Ⅱ车全部安装了能耗装置，以随机原则选择101102车、111112车和121122车。

（二）研究过程中采取的方法

在本次课题中，将对三种车型的能耗进行对比，由于列车在不同时间段（载客量不同）、不同运行区间、不同环境中所消耗的电量都将不同，因此，在进行对比之前，必须统一其他因素，将同样外界环境的数据放在一起进行对比。在本次调研课题中，采用控制变量法。

（三）能耗数据采集

分析发现影响能耗值的因素主要有几大类，包括运行时间、运行区间、载客量、环境温度和电机气隙。对上述影响能耗的参数进行收集，并按照同一范围值进行分类对比的原则，作如下分类：

载客量

（四）三种车型能耗对比

能耗的计算公式：消耗电量=牵引电量-反馈电量，对收集到的数据进行分析，根据不同影响因素的类别参数进行分类，由于列车能耗各种影响因素分类众多，能耗装置运用时间较短，数据量有限，通过对数据的筛选和整理，下列10个类别在三种车型中均有足够的数据样本，可以作为三种车型各自的代表，对其能耗进行计算并求平均值，结果如下：

以上三种车型的能耗数据用折线图直观展示如下，L4-Ⅱ型车的能耗明显低于上述两种车，节能将近20%。。

图1 五号线三种车型能耗对比

（五）分析结论与讨论

在分析数据中发现，L4-Ⅱ之所以能耗比其他两种车型低，主要有两个直观的体现，一是由于L4-Ⅱ型车反馈电量远多于其他两种车型的反馈电量，二是L4-Ⅱ型车的牵引电量较少，以八月份031032车、081082车和111112车为例，三种车型的平均牵引电量、平均反馈电

量、平均消耗电量如下图

图2 三种车型的平均牵引电量、反馈电量及消耗电量

通过数据统计结果及三种车型各自的差异，初步判断，导致L4-Ⅱ型车如此节能的原因主要有以下三个： 1.VVVF软件控制逻辑不同，L2型车与L4-Ⅰ型车采用矢量控制方式，而L4-Ⅱ型车采用直接转矩控制，简单地通过检测电机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制。

2.L4-Ⅱ型车VVVF牵引电路中过压吸收电阻能更大程度发挥电

制动的功能，列车电制动反馈电能到网压后，如果检测到网压超过1800V，则通过过压吸收电阻将多余的电能吸收，而L2型车和L4-Ⅰ型车在电制动过程中若检测到网压超过1800V，则自动退出电制动。因此，L4-Ⅱ在制动过程中能向电网反馈更多的电能。

3. L4-Ⅱ型车空调采用四压缩机组，除了能工作在50%模式和100%模式外，也能使空调工作在25%制冷模式，而L2和L4-Ⅰ型车单个空调机组仅能工作在50%和100%的模式。根据此前相关课题对空调能耗的对比研究，L4-Ⅱ型车空调能耗比L2/L4-Ⅰ型车节约15%左右。因此，在节能方面，可以考虑如下几种方式：

（1）优化L2/L4-Ⅰ型车的VVVF软件，提高牵引电机的功率因数，降低能耗；

（2）参考过压吸收电阻在电制动中起到的作用，对L2/L4-Ⅰ型车硬件控制逻辑提出优化，使列车在制动过程中向电网反馈更多的电能；

（3）减少非正线运营时列车开启空调和照明的时间；

（4）对L2和L4-Ⅰ型车的空调机组进行换型改造；

（5）进一步分析电机气隙与能耗值的关系，提出更好的电机高度调整值。

（六）结束语

本课题研究通过大量数据分析得出L4-Ⅱ型车的能耗明显低于L2和L4-Ⅰ型车的能耗，从数据显示，L4-Ⅱ型车牵引电量较低，反馈电量较高。

参考文献：

［1］广州地铁车辆中心技术研发部.《六号线L3型车牵引能耗测试报告》.2014.01.24

［2］广州地铁车辆中心技术研发部游高祥.《五号线列车能耗分析报告》

［3］广州市地下铁道总公司刘宝林.《地铁列车能耗分析》

［4］中国铁道科学研究院.《广州地铁四、五号线研究性试验报告》.2009.12

［5］广州地铁车辆二部.《五号线国产化列车与非国产化列车空调能耗对比分析》 .2015.3.8