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。一般交流传动的地铁车辆再生制动反馈能量占牵引吸收能量的，此反馈比例与车辆的特性、线路特征息息相关。地铁机车制动过程中产生的能量会使牵引网电压升高，若不釆取任何吸收或消耗措施，将导致牵引网压超过规定值，造成其他供电设备的损坏。对地铁再生电能进行回收再利用，有着重要的现实意义：首先，有助于提高电能的利用率，减少电能消耗；其次，稳定牵引网电压，提高供电可靠性；第三，可以降低地铁随道洞体和车站的温升，改善地铁站空气质量；第四，合理配置再生能量

回收装置还能减少车载设备，减少车辆自重，从而降低列车能耗并减轻电网负担，提高车辆行驶的安全性和使用的经济性从节约能源的角度看，研究能量的逆变并网十分必要。

1.3本文的主要容

本文主要研究容如下：

（1）分析和总结几种城市轨道交通车辆制动方案的优缺点，重点讨论馈能型再生制动方案的基本原理及主要技术问题，提出逆变电阻混合型再生制动能量吸收方案。

（2）基于电阻制动原理，结合逆变并网电阻制动方案进行建模、仿真分析，保证列车供电系统的安全可靠经济的运行，并将制动工况的仿真分析与再生制动产生功率及电流进行粗略计算结果相比较。

第2章再生制动能量吸收利用技术2.1 城市轨道交通供电系统

我国城市轨道交通直流牵引供电系统电压主要有DC750V、DC1500V两种电压等级，牵引供电制式比较分析见表2-1。接触网按结构分为架空式和接触轨式，按悬挂方式可分为刚性、柔性接触网。结合牵引网的形式，牵引供电方式主要分为DC750V接触轨系统、DC1500V柔性架空牵引网系统、DC1500V刚性架空牵引网系统和DC1500V接触轨系统等四种基本形式。现我国轨道交通供电系统多采用DC1500V供电。

表2-1牵引供电制式比较

电压等级特点适用围允许电压波动围

DC750V 供电可靠性高、寿命

长、维修费用低。供

电距离短、牵引变电

所数量多、杂散电流

大、运营电能损耗大适用于中小运量轨道

交通系统

500V-900V

DC1500V 供电距离长、牵引

变电所少、牵引网适用于中大运量、

站间距长的轨道

1000V-1800V

电流小、杂散电流

交通系统

小、利于车辆再生

制动能量的吸收

城市轨道交通供电系统，地铁供电系统构成框图如图2-1所示，主要由以下几部分构成：

（1）主变电所为地铁建设的专用变电所，只有采用集中式供电方式时才设置，专为地铁牵引供电系统和供配电系统供电。主变电所一般沿地铁线路靠近车站的位置建设，以便于电缆线路的引入。

（2）中压网络联系主变电所、牵引变电所、降压变电所的供电网络，一般采用电缆线路、环网供电方式。

（3）牵引供电系统专为电动车辆服务，包括牵引变电所、沿线敷设的牵引网。

（4）供配电系统专为地铁除电动车辆以外的所有动力照明负荷供电，如车站和区间的动力、照明及其他为地铁服务的自动化用电设施，供配电系统包括降压变电所、低压配电系统［2]。

图2-1 地铁供电系统构成框图

2.2城市轨道交通再生制动能量吸收方案

2.2.1车辆制动方式

随着地铁列车交流传动技术的推进，车辆制动模式主要以电制动为主和机械制动为辅，基本制动方案见表2-2。机械制动又称空气制动，通过间与车轮的摩擦，使其制动停止。电制动主要指控制牵引电机的转速使其由电动机状态转变为发电机状态，使动能转化为电能，再通过其他方式消耗掉。若通过电阻消耗，则称之为电阻制动。若通过逆变装置，送回牵引网或供配系统，则称之为逆变回馈再生制动。若通过电容，将其储存起来，则称之为电容储能型再生制动。

当机车制动时，牵引电机由电动机状态变为发电机状态，引起牵