城市轨道交通再生制动能量利用技术研究

琚永刚

（1. 同济大学电子与信息工程学院，上海 200092；2.宁波市轨道交通集团有限公司，浙江宁波 315010）

城市轨道交通再生制动能量利用技术研究

琚永刚1.2

（1. 同济大学电子与信息工程学院，上海 200092；2.宁波市轨道交通集团有限公司，浙江宁波 315010）

随着社会的不断发展，科学技术的不断进步，城市的公共交通工具正在由以前的公交车逐渐的向城市轨道交通转变。随着城市交通轨道的不断的被广泛的应用，轨道交通技术也在不断地进步，车辆的制造技术，车站的建设自动化技术，车辆的制动系统等都有了很大的提高，随着城市轨道交通被广泛的建设，人们在追求舒适化和自动化的同时，也意识到城市轨道车辆的节能环保问题的重要性。本文将对城市轨道交通再生制动能量的回收、储存，及其相关的技术装备进行分析。

城市轨道交通 发展 再生制动能量 回收利用 趋势

自从上个世纪八十年代开始，英国开创了第一条地下城市轨道，彻底的改变了人们的出行方式，城市轨道不但在一些发达国家被广泛的建设，在一些发展中国家也正在逐渐的兴盛。与其他公共交通系统相比城市轨道交通运行速度快、准时、方便、舒适、安全无污染，具有良好的发展前景。城市轨道列车在运行过程中，由于车站直接距离较短，运行速度较快，车辆的制动比较频繁，制动产生的能量很少的一部分被回收利用，大部分被车辆自身消耗浪费了，如果车辆制动再生能量能被回收再利用，将大大的减少地铁的运行和维护成本。

1　城市轨道交通车辆再生制动能量

城市轨道交通由于车站之间距离短，列车运行速度快，在频繁的启动与制动间会产生巨大的制动能量，根据调查车辆制动产生的能量大概为车辆牵引所需的能量的30%左右，当车辆进行制动时，再生制动能量通过牵引机逐渐的转化为电能并通过设备输入到电网中，使传输网电压升高，其中很少的一部分被其余的一些在附近的列车吸收利用，其中的大部分被车辆制动产生巨大的电阻，以车辆发热被消耗掉，这些能量不能被充分的回收利用。

2　城市轨道交通再生制动能量的回收

现在随着城市轨道交通系统的不但发展，通常用的轨道交通车辆再生制动主要有两种，一种是器件储能型 一种是逆变供能型，这两种方式都被广泛的利用，都有不同的优势和缺点，需要被逐渐的研究和改善。

2.1器件储能型

器件储能型装置主要是采用一个备用系统，现在一般是用电阻耗能型装置作为备用系统，然后再用一个双向的变换器将车辆制动时产生的能力吸收到储能器件中去，当车站车辆在有供电需求时，在把电能释放出去，这就需要储能器件必须具有强大的电能吸收和储存能力，由于地下城市轨道交通特殊的地理环境，储能器件不能太大，还需耐用，近年来储能原件正在向小型化和多元化不断地发展，为车辆制动能量的回收提高了保障。现在主要的器件储能主要有蓄电池储能、飞轮储能、电容储能三种。

（1）蓄电池储能；现在蓄电池储能主要是通过把蓄电池作为一个储能原件，当车辆制动产生能量时储存在蓄电池里，等到车辆需要启动，照明等用电时在释放出去，蓄电池储能利用简单方便，但是花费大，维护麻烦，使用寿命短，目前蓄电池储能主要在汽车上面应用比较广泛，在城市轨道交通应用较少，只有在一些小型的列车会有使用。（2）飞轮储能；飞轮储能主要是通过飞轮的运转高低速来储存能量，当列车发生制动时候，通过电动机转到轮子进行能量储存，当列车需要启动运行时候在通过降低轮子转速，释放轮子中储存的能量，之歌装置不仅可以吸收制动产生能量，还可以稳定车辆电压，当车辆电压过高时飞轮转动吸收能量，当电压过低时，飞轮降低转速，释放电压，飞轮装置的节能效果比较好，但这类装置比较复杂，设备很大占用面积大，维护复杂，飞轮不断地运转产生摩擦，这类装置使用寿命通常较短。（3）电容储能；电容储能主要是通过电容器件将列车制动产生能量储存起来，当列车运行在释放出来，目前电容储能原件主要分两种，一种是电压小，电容量大的电容，一种是电压大，电容量小的电容，这两种可以根据不同的需求应用在不同的地方，电容储能原件节能效果较好，而且体积小占用面积小，方便使用，电容储能原件成本较高，维护繁多，现在只在小规模的轨道交通系统中使用。

2.2逆变供能型

逆变功能型主要是通过晶闸管等电子器件形成大功率的三相逆变器，在通过逆变器转化成电流，根据形成的电流用途和走向主要可以分为两类，一类是逆变回馈型，一类是逆变负载型。

（1）逆变回馈型；逆变回馈型装置主要是通过车辆产生制动能量时，交流电网通过车辆运行的母线吸收电流并通过逆变器，变压器等转化为车辆车站运行可用的电流，这种装置成本低廉，利用比较方便，但是这类装置是通过电流逆变回电网，容易造成电压不稳，给电网造成短路，存在一定的安全隐患。（2）逆变负载型；逆变负载型这类装置主要是通过车辆产生制动能量时，直接将吸收的电流转化为可供车辆和车站内可以使用的电压，这类装置使用起来较为简便，但由于车辆的制动是有间隔时间的，这类装置吸收能量转化电流时候容易不稳定，这类装置目前使用较少。

3　城市轨道交通再生制动能量利用技术发展趋势

随着社会的不断发展，大力推广新能源的研发和技能环保新技术的发展，制动能量的回收再利用技术不仅仅可以用于城市轨道交通系统，还可以用于汽车，火车，电梯等等各个领域内。在未来我们可以改进列车运行方案，提高再生制动能量回收率，还可以和汽车等企业联合研发再生能量的利用，还可以跟城市供电网系统联合，将车辆制动能量回收的电流直接供给周边设备用电，发展为一个统一的供电系统，更加有利于安全稳定。

4　结语

随着城市轨道交通系统的不断发展，车辆制动能量的回收利用越来越受到人们的重视。随着各种新技术的被研发和各种新原件的被利用，车辆制动能量的回收可以结合车辆的运行路线，方案，和周边列车的配合运行等，实现更好的再利用，降低运营成本，提高经济效益。

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［2］陈勇，罗锐鑫.城市轨道交通再生制动能量吸收方式的研究［J］.城市轨道交通研究，2012（8）：157-159.

［3］王军，江平，杨海英.城市轨道交通制动能量逆变回馈系统研究［J］.城市轨道交通研究，2007（12）：23-27.

［4］何治新.城市轨道交通车辆再生制动能量的回收利用［J］.城市轨道交通研究，2013（8）：49-53+58.

琚永刚（1983—），男，浙江衢州人，本科，同济大学电子与信息工程学院在职研究生，研究方向：低压电气与控制工程。