再生制动能量吸收装置在地铁中的应用

再生制动能量吸收装置在地铁中的应用

郭建成

西安市轨道交通集团有限公司运营分公司  陕西西安  7100016

摘要：轨道交通车辆制动往往产生巨大的能量，地铁新增运营线路时一般会对这些能量进行更好的吸收利用，这也是主要节能减排措施之一。由于地铁运输这种交通方式一直以来都是我们城市中很多市民出行的主要选择之一。因此，对于其中的各个组成部分进行研究都是极其重要的，地铁中的再生制动能量吸收装置在地铁的运行过程中能发挥出极其重要的作用。

关键词：再生制动能量吸收；地铁；应用

1 地铁中再生制动能量吸收装置的工作原理

在我们国家近些年的发展过程中，地铁再生制动能量吸收装置发展的已经是越来越广受越来越多人的青睐以及关注。而且伴随着我们时代的发展，对于地铁再生制动能量吸收装置也是越来越重视，因此我们将分析一下地铁的再生制动能量吸收装置的工作原理，因为我们只有了解了它的原理，那么才能够在使用的过程中更加顺利，并且也能够为我们的使用提供非常多的方便。其实这一装置的原理主要就是讲求连锁作用，这个连锁主要就是指的是当一些即将要启动。或者是正在制动的车辆或者是车辆组首先生成一些制动能量。然后它产生的这些制动能量当自身吸收不了的时候，那么它相邻的列车或者是他自身的电设备或者是其他的电设备就可以去消化吸收，如果要是这些电设备都消化不了的时候，那么轨道机车的制动电压将会非常快的上升。因为我们知道，列车组在行进的过程中一定要控制起制动电压，这样的话才会使其能够更好的行驶并且也能够保证行驶过程中的安全。因此在电压上升的时候，就会有一些专业的工作人员去测控电压的上升程度，然后如果要是电压上升到一定的程度或者是列车所能供给的额度之后，那么这个时候在政治动设备就会发挥出它特有的能量，然后就开始进入了一种特定的工作状态。然后在这个再生制动设备工作的过程中，就会把多余的电能给消耗掉，然后用这些多余消耗的电能去对车辆进行制动。但是在其工作的过程中，为了能保证充分的利用车辆在行驶以及制动过程中所消耗的电能，都开始不断地研究制动能量回收利用模式装置，这样不仅可以一定程度上将多余的能量进行回收利用，同时也可以节省一部分的能源。

2 国内外研究现状

2.1 飞轮储能型

逆变回收型再生制动能量吸收装置是一种用于回收和利用车辆制动能量的装置。其原理是通过将制动过程中产生的动能转化为电能，并将其存储起来以供后续使用。当车辆制动时，刹车系统会将动能转化为热能散失在空气中。而逆变回收型再生制动能量吸收装置会通过逆变器将动能转化为电能，并将其存储在电池组中。这样就可以避免了传统刹车系统的能量浪费，并且可以在需要时将存储的电能用于提供车辆动力或为其他设备供电。

2.2 电阻耗能型

电阻耗能型吸收装置主要由多相IGBT斩波器和耗能电阻组成。利用列车再生制动时牵引网直流母线电压来调节多相IGBT斩波器，进而改变装置吸收的功率，将牵引网直流电压控制在设定值的范围内，再将制动产生的能量用耗能电阻消耗。该吸收装置目前技术已经成熟，斩波单元、电阻单元均已可模块化生产，运营维护方便，控制操作简单，价格相对较低。

2.3 电容储能型

电容储能型再生制动能量吸收装置的工作原理是利用三相逆变器将列车制动时产生的再生能量吸收到大容量电容中，在列车起动及加速需要从直流牵引网上获取电流时，该装置将电容中存储的能量释放出去给列车进行再利用。电容储能型是一种静态储能的再生能量吸收装置。

3 再生制动能量吸收装置在地铁中的应用

3.1 回收和利用列车制动时产生的能量

再生制动能量吸收装置在地铁中的应用主要是用于回收和利用列车制动时产生的能量。在地铁运行过程中，列车在减速和停车时会产生巨大的能量，传统上这些能量通常被浪费掉。然而，通过安装再生制动能量吸收装置，这些能量可以被回收和利用，从而提高能源利用效率。再生制动能量吸收装置通过将列车制动时产生的动能转换为电能来实现能量回收。具体来说，当列车制动时，制动器会通过摩擦将列车的动能转化为热能，然后再由再生制动能量吸收装置将热能转化为电能，并存储在电池或发送回电网中。回收的电能可以用于供给列车的运行，减少对外部电网的依赖，并降低运行成本。此外，如果回收的电能超过列车的需求，多余的电能还可以被发送回电网，为其他用电设备供电，进一步提高能源利用效率。再生制动能量吸收装置的应用不仅可以降低地铁的能源消耗，减少对外部能源的需求，还可以减少对环境的负面影响，如减少温室气体排放和减少噪音污染。因此，再生制动能量吸收装置在地铁中的应用具有重要的意义，可以促进地铁运营的可持续发展。

3.2 中压逆变回馈型

（1）系统工作过程

在地铁列车正常发车起动及运行时，再生电能吸收利用装置与二极管整流机组协同工作，启动牵引功能，向直流牵引电网馈能，给车辆提供牵引电能，此时电能转化为车辆的动能。当车辆采用电制动时，列车的动能转化为电能，回馈到直流牵引电网，这些能量将引起直流电网电压升高。再生电能吸收利用装置检测到直流网压升高到设定值，并确定列车处于制动状态时，回馈功能开始启动，将这部分制动能量回馈到中压交流电网中，此过程中二极管整流机组反向截止，停止工作。当制动能量回馈完毕，直流网压降到设定值时，再生电能吸收利用装置停止回馈功能转入待机态，等待执行下一次任务。

（2）中压逆变回馈型的优、缺点

该系统的优点：能够充分利用列车再生制动能量，达到较好的节能效果；能够减少列车车载制动电阻的使用；提高列车的运行性能；能够将再生制动能量回馈到交流电网，不需要储能元件；可以进行室内安装，无需专门的空间布局和散热条件的要求，结合相关的控制方法，还能实现对站内无功和谐波的补偿。

该系统的缺点：电力电子逆变装置将会产生一定的谐波，对电网质量有一定影响；需要在牵引变电站内安装相应的连接变压器和逆变器装置，占地面积较大。

3.3 具体流程

（1）技术选型：选择适合地铁运营环境的再生制动能量吸收装置技术。可以考虑使用基于超级电容器或锂离子电池等储能技术，以及采用适应地铁运行特点的电能回收系统。

（2）设备安装：在地铁车辆的制动系统中安装再生制动能量吸收装置。这涉及到对车辆进行改造和安装，确保吸收装置能够有效地捕获和转换制动时产生的能量。

（3）能量管理与储存：设计合理的能量管理和储存系统，以确保回收的能量可以被有效地存储和利用。这可能包括选择合适的电池容量和类型，以及开发智能能量管理系统来监测和优化能量的使用和存储。

（4）系统集成与优化：将再生制动能量吸收装置与地铁的供电系统进行整合，确保回收的能量可以被有效地供给地铁运行需要。同时，优化能量利用策略，使得回收的能量能够最大程度地满足地铁运行需求，减少对外部电网的依赖。

4 结束语

总而言之，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。

参考文献：

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[2]冯骥.新型再生制动能量吸收装置在地铁中的应用[J].中阿科技论坛(中英阿文),2019(01):25-27+33-36.

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