城市轨道交通能量回馈系统

人机界面：
65k色 ，5.7''触摸屏
本地/远程控制： RS485接口/Profibus接口
DC1500V
主要优点：
无需额外二极管整流回路，能量双向流动； 直流电压可控，根据需要可设定为恒压或变压； 在实现整流功能的同时实现无功补偿（STATCOM)； 扩大输电能力，增大站间距离；
主要缺点：
变流器过载能力差，需按300%过载进行容量计算，成本显著增加。
二、技术路线初探------ PWM中压回馈方案3
二、技术路线初探------能量回馈型技术路线
能量回馈到电力系统当中，必然要求将直流电能转
换为交流电能，按逆变器的交流侧电压进行分类，
相对的可以分为三个等级：
低压回馈：400V
中压回馈：1180V
高压回馈：10KV,35KV（33KV)
二、技术路线初探------低压回馈+电阻消耗型方案1
一 再生制动能量分析
整流器
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再生制动车辆
牵引加速车辆
一 再生制动能量分析
加速
加速能量
（79%）
惰行
再生能量 （53%） 制动
电制动能量 （22%）
行进阻力损耗 （21%）
行进阻力损耗 （26%）
行进阻力损耗 （10%）
机械制动损耗 （21%）
能源浪费 背离低碳、环保理念
wk.baidu.com 热量聚集
AC35KV 35KV/1180V
DC1500V
中压回馈系统
主要优点：
节省隔离变压器，占地面积少。
回馈电能完全利用。
主要缺点：
二极管整流器与回馈装置之间存在固有环流；
二、技术路线初探------高压回馈方案4
AC35KV 35KV/1180V
35KV/1000V
高压回馈系统
主要优点：
对电网冲击较小 制动电能重新分配再利用
主要缺点：
超级电容器的串并联应用可靠性有待提升 超级电容器的功率密度和性价比有待提升
三、现行技术方案简介------高压回馈系统基本原理
能量回馈装置 整流器
车站动力系统 牵引加速车辆
再生制动车辆
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牵引加速车辆
三、现行技术方案简介 ------系统基本原理
35kV
35kV开关柜
株洲南车时代电气股份有限公司 张志学
城市轨道交通能量回馈系统背景
自工业革命以来，人类向大气中排放的CO2等吸热性强的温室气体逐年增加，大气的温 室效应也随之增加，已引起全球气候变暖等一系列严重问题。
《联合国气候变化框架公约》、《京都议定书》以及《哥本哈根协议》等公约的签订表 明了全世界各国在保护环境、减少排放等领域的广泛共识。
T1
T2
12脉波 牵引
整流器
7U
控制系统
能量回 馈装置
制动能量
负极柜
能量回 馈装置
控制系统
制动能量
7U
12脉波 牵引
整流器
直流馈线柜
DC 1500V
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三、现行技术方案简介------系统基本原理
Vs
jXI
V inv
V inv
I X
I
jXI
Vs
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三、现行技术方案简介------主要技术参数
温家宝总理在哥本哈根气候会议上曾承诺：“我国到2020年单位国内生产总值二氧化碳 排放量比2005年下降40%~45%。”
城市轨道交通是所有公共交通方式中最绿色环保的，但其能耗和碳排放总量仍十分巨大， 如何利用低碳技术降低能耗，减少碳排放是城市轨道交通行业的重要课题。
城市轨道交通系统目前正采用或研究的低碳技术包括车辆轻型化技术、提升车载系统部 件的效率、提升再生制动能力、空调通风系统智能化控制技术、节能型LED光源技术等
二、技术路线初探------能量储存型技术路线
超级电容器储能
超级电容器
大容量：30000~80000F 储能密度高：大于20KJ/Kg 供应商较多：MAXWELL、VINA、和众汇能
超级电容器储能方式
车载超级电容器 地面超级电容器
二、技术路线初探------超级电容储能基本电路拓扑
加热隧道、洞室
加大通风 消耗额外能量耗散这些热量。
电制动能量的约30%被列车利用，其余的制动能量都被电阻消耗掉。
因此可以利用的能量为22%*70%=15.4%
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一 再生制动能量分析
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headway>10min 15%-25%/day
Headway<10min 5%-15%/day
等，其中供电系统回馈能量的再利用技术也是重要节能减排技术之一。
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可靠的、创造的、世界的、超越的、绿色的
一
再生制动能量分析
二
技术思路初探
三
现行技术方案简介
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一 再生制动能量分析
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常规牵引供电系统
主要优点： 结构简单、可靠、经济
主要缺点： 谐波特性不佳；直流电压不可控；制动能量不能利用
适用直流额定电压： 750VDC,1500VDC
额定回馈功率Pn： 1.5MW /单元
多重扩展功率： 1.5MW~ 9MW 短时峰值
功率因数cos：
-0.99
效率：
＞96％
系统谐波电流： <5%（额定功率，计算到25次谐波）
回馈系统动作电压： 1600~1800VDC；（手动或自动可调）
主要缺点：
高压侧开关柜相对昂贵，需增加变压器
DC1500V
二、技术路线初探------ PWM整流+超级电容器方案5
AC35KV 35KV/1080V
PWM 整流器
DC1500V
PWM整流器+超级电容储能装置
超级 电容
DC/DC变换器
主要优点：
具备全控PWM整流器方案的所有优点 具备300%过载能力 对高压电网的冲击很小
35KV/1180V
DC1500V
35KV/400V AC35KV
1000V/400V
动力与照明
供电系统
电阻
主要优点：
实现制动电能的再利用
主要缺点：
回馈电能容量受限于400V系统容量，制动电阻不能取消 回馈电能交流侧电压低，电流大，设备损耗和体积大
二、技术路线初探--全PWM方案2
AC35KV 35KV/1000V
二 技术路线初探
整流器
发热
吸收电阻
R
整流器
回再生生
整流器
回再生生
超级电容
回馈 逆变器
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回再生生
二、技术路线初探------能量消耗型技术路线 车载能量吸收装置 地面再生能量吸收装置
二、技术路线初探------能量储存型技术路线
飞轮储能
缺点：
系统复杂，空间需求大 处于技术研究和实验室验证阶段。