地铁车辆再生制动能量利用方案
摘要：目前，节能减排已成为我国的基本国策，建设低碳型交通基础设施、推广应用低碳型交通运输装备是城市轨道交通建设者责任。地铁由于站间距比较短，制动频繁、列车起动，考虑各钟车型、站距、编组、发车间隔等差异，列车电制动时产生的再生能量可达到牵引能量的40%以上。充分利用列车再生能量将节约大量能量，产生效益可观，为节能减排做出贡献。西安市地铁已经运营1、2号线，在建3、4、5、6号线，如何在保证线路运行安全的前提下，提高供电水平，同时为城市节能减排做出贡献，是我们必须考虑的问题。
关键词：轨道交通；列车制动；能量回馈
1 传统列车车载制动电阻方案存在的问题
目前国内外城市轨道交通动车组列车均采用VVVF牵引/制动系统，采用交流电机驱动列车，制动系统普遍采用空气制动和电制动混合的形式。列车在运行时，牵引系统将电能转为机械能，使机车启动加速；在制动时，一部分采用电制动，将机械能转为电能使列车制动，另一部分采用空气制动，通过刹车闸瓦与车轮踏面摩擦而产生制动使列车减速。传统列车上设置了车载制动电阻。当列车制动时，首先采用再生制动方式，列车电机从电动机状态转换为发电机状态，将机械能转换为电能返回到牵引网系统，返回到牵引网系统的能量部分被相邻列车吸收，由于线路的行车密度等多种因素，很大部分能量不能被回馈，此时大量电能量得不到释放，将会使系统供电网电压
急剧上升，为此列车上设置了制动电阻，将这部分能量通过电阻变成热能吸收，稳定系统电压。电阻所转化的热能，车站环控专业通过隧道活塞风、车站轨顶排风和车站轨底排风，将热量排出车站外。
车载制动电阻使用虽然方便，但也有缺点：（1）列车制动电阻吸收再生制动能量转换为热能白白消耗了，没有起到节能减排作用。（2）列车制动电阻吸收再生制动能量转换为热能散于隧道内，虽然部分可以通过隧道活塞风排出隧道，但还有部分遗留在隧道，这部分热量使隧道温升逐步上升；（3）列车制动电阻重量大，列车运行时，不仅没有节能，还增加列车牵引能耗。（4）制动电阻体积大，而且考虑制动电阻散热需在列车上安装通风设备，这样会使列车底部其他设备安装布局困难；（5）制动电阻发热会对车体底板形成烘烤效应，有引发火灾危险。（6）列车采用车空气制动，增加闸瓦的损耗，加大车辆维修工作量，提高了运营成本，摩擦闸瓦产生大量金属粉尘，造成环境污染。
2 国内外现状
在国外城市轨道交通运输系统中，再生制动能量吸收技术发展历程主要有车载电阻耗能式、逆变回馈式、超级电容储能式以及飞轮储能式吸收等。其中最先发展的车载电阻耗能式因其可靠、结构简单等优点应用最为广泛，相对较少的是能量回馈式和能量存储式的应用。国外轨道交通研究制动能量吸收技术较早，已有成熟产品，而国内在这方面的研究刚起步，使用车载电阻耗能式较多，不能够很好的把再生制动能量充分利用起来。
图1
2.1 车载电阻耗能型吸收
在国外的城市轨道交通运输系统中，已经投入运营的再生制动能量吸收装置几乎95%以上是采用车载电阻耗能技术，国内目前大部分地铁线路车辆也是采用该技术。该方式的优点是控制简单，制动力稳定，是比较成熟的技术。
2.2 地面式电阻耗能型吸收
对于地面式电阻耗能吸收装置的设置，国内外均有应用。该技术主要是采用多相IGBT斩波器和电阻配合的恒压吸收原理，通过调节斩波器的导通比使再生制动时母线直流电压的变化状态，达到改变吸收功率，使直流电压稳定在一定值的范围内，使吸收电阻消耗掉再生制动能量。
系统根据对直流母线电压的变化情况来确认相关车辆正进行再生
制动，并调节斩波器的吸收电流与列车的制动回馈电流相匹配，最大限度利用列车的电制动力，减少列车空气制动的投入并降低钢轨磨耗。
利用该技术的再生能量吸收装置一般放置在地下变电所内，单独放置电阻，较易采取相关措施对电阻实施通风散热，有效的防止了火灾的发生。减少了车辆的维修工作量，消除因车载电阻最高温度隔离不当引发的火灾隐患，提高运营安全性。
另外，采用该技术的再生能量吸收装置一般集中布置在牵引站，减小了列车自重和体量，便于列车电器布置，提高车辆载荷能力。
其缺点是不能对再生电能进行回收利用。另外电阻放置困难，尤其是在市区线路，北京地铁10号线设置在地面以上，占地约50平方米，征地困难。
2.3 逆变回馈式
该技术主要采用IGBT等大功率电力电子器件构成三相逆变器。将逆变器的直流侧与牵引电网直流母线直接相联，其输出连接到变电所的中压或低压母线。当再生制动使牵引网直流电压超过定值时，逆变器投入启动并从直流母线吸流，将吸收电能逆变成工频交流电回馈至地铁供电系统交流电网中。
逆变回馈型吸收装置充分利用了城轨内部交流电网（一般为35kV，北京为10kV）的负载容量，可实现列车再生制动电能的全吸收。除要求逆变器具备足够功率并能保证回馈电能质量外，无其他特殊要求，其逆变技术本身已相当成熟。
但由于列车制动再生能量为冲击性负荷，而且能量较大，一般达到2MW～4MW以上，持续时间一般不超过30S，如此大的浪涌负荷将对35kV 交流电网造成一定程度的冲击，目前各地供电局对此类设备的接受程度有待观察。
2.4 飞轮储能型吸收
采用的是真空环境和特殊轴类制造技术，可在相关技术文件上查到，因其使用寿命难以满足要求，维护维修不便，国内外应用实例少，不建议推广使用。
2.5 超级电容储能型吸收
电容储能型吸收技术是采用超级电容作为储能元件，设置直流双向变流器作储能和回馈的功率控制转换。在列车制动时将能量储存在超级电容中，在列车牵引时将储存的电能回送至牵引直流电网，保持牵引直流电网的稳定。
超级电容是一种新型的储能元件，其利用电极和电解液之间形成的界面双电层电容来存储能量，其充放电不需要能量转换，直接以电势能的形式储存。超级电容具有容量大（可达几千法拉）、充放电寿命长（可达100万次）、可承受充放电电流大（可达千安以上）、充电迅速（可在数十秒到数分钟内快速充）、大电流能量循环效率≥90%等优点。相比于其它储能方式，超级电容更适合于再生制动能量的存储。
高考是我们人生中重要的阶段，我们要学会给高三的自己加油打气
地铁车辆再生制动能量利用方案 摘要：目前，节能减排已成为我国的基本国策，建设低碳型交通基础设施、推广应用低碳型交通运输装备是城市轨道交通建设者责任。地铁由于站间距比较短，制动频繁、列车起动，考虑各钟车型、站距、编组、发车间隔等差异，列车电制动时产生的再生能量可达到牵引能量的40%以上。充分利用列车再生能量将节约大量能量，产生效益可观，为节能减排做出贡献。西安市地铁已经运营1、2号线，在建3、4、5、6号线，如何在保证线路运行安全的前提下，提高供电水平，同时为城市节能减排做出贡献，是我们必须考虑的问题。 关键词：轨道交通；列车制动；能量回馈 1 传统列车车载制动电阻方案存在的问题 目前国内外城市轨道交通动车组列车均采用VVVF牵引/制动系统，采用交流电机驱动列车，制动系统普遍采用空气制动和电制动混合的形式。列车在运行时，牵引系统将电能转为机械能，使机车启动加速；在制动时，一部分采用电制动，将机械能转为电能使列车制动，另一部分采用空气制动，通过刹车闸瓦与车轮踏面摩擦而产生制动使列车减速。传统列车上设置了车载制动电阻。当列车制动时，首先采用再生制动方式，列车电机从电动机状态转换为发电机状态，将机械能转换为电能返回到牵引网系统，返回到牵引网系统的能量部分被相邻列车吸收，由于线路的行车密度等多种因素，很大部分能量不能被回馈，此时大量电能量得不到释放，将会使系统供电网电压
急剧上升，为此列车上设置了制动电阻，将这部分能量通过电阻变成热能吸收，稳定系统电压。电阻所转化的热能，车站环控专业通过隧道活塞风、车站轨顶排风和车站轨底排风，将热量排出车站外。 车载制动电阻使用虽然方便，但也有缺点：（1）列车制动电阻吸收再生制动能量转换为热能白白消耗了，没有起到节能减排作用。（2）列车制动电阻吸收再生制动能量转换为热能散于隧道内，虽然部分可以通过隧道活塞风排出隧道，但还有部分遗留在隧道，这部分热量使隧道温升逐步上升；（3）列车制动电阻重量大，列车运行时，不仅没有节能，还增加列车牵引能耗。（4）制动电阻体积大，而且考虑制动电阻散热需在列车上安装通风设备，这样会使列车底部其他设备安装布局困难；（5）制动电阻发热会对车体底板形成烘烤效应，有引发火灾危险。（6）列车采用车空气制动，增加闸瓦的损耗，加大车辆维修工作量，提高了运营成本，摩擦闸瓦产生大量金属粉尘，造成环境污染。 2 国内外现状 在国外城市轨道交通运输系统中，再生制动能量吸收技术发展历程主要有车载电阻耗能式、逆变回馈式、超级电容储能式以及飞轮储能式吸收等。其中最先发展的车载电阻耗能式因其可靠、结构简单等优点应用最为广泛，相对较少的是能量回馈式和能量存储式的应用。国外轨道交通研究制动能量吸收技术较早，已有成熟产品，而国内在这方面的研究刚起步，使用车载电阻耗能式较多，不能够很好的把再生制动能量充分利用起来。 图1 2.1 车载电阻耗能型吸收
研究生课程考核试卷 （适用于课程论文、提交报告） 科目：汽车技术现状及发展趋势教师：贺岩松姓名：赵金龙学号：20110702218 专业：车辆工程类别：学术 上课时间：2011年11月至2011年11月 考生成绩： 阅卷评语： 阅卷教师(签名) 重庆大学研究生院制
再生制动技术现状及发展趋势 摘要 随着新能源危机的加剧，混合动力汽车和纯电动汽车已经成为新一代汽车的发展方向，而再生制动技术作为混合动力汽车和电动汽车的一向重要节能技术，已经得到越来越大的重视。再生制动技术使汽车在制动过程中将一部分动能转化为电能并储存在储能装置中，实现了制动减速时的能量再利用。本文对再生制动的工作原理、技术发展现状进行了详细的阐述，并提出日后的发展趋势。 关键词：制动能量；制动能量回收；发展现状 Regenerative Braking Technology Status and Development Trends ABSTRACT With the new energy crisis intensifies, hybrid vehicles and pure electric vehicles has become the new direction of next generation car, and regenerative brakingtechnology as an important energy-saving technology for hybrid vehicles and electric cars has been paid more and more attention.During braking, part of the kinetic energywill be turn into electrical energy by regenerative braking technology so that we can achieve the energy re-use when the car speed is brakingdeceleration .In this paper, regenerative braking technology works and research status has been elaborated in detail and proposed the future development trend. Key words:Braking energy; Energy regeneration and use; Research status
华东理工大学 毕业设计（论文） 题目城市轨道交通再生制动能量 回收系统研究 学院华东理工大学 专业电气自动化 年级 2016 学号 26140118 姓名 导师 定稿日期： 2016年 11月12 日
摘要 城市轨道交通作为一种运量大、速度快、污染少、舒适性好的交通工具，很有力的缓解大中型城市乘车难、环境污染及交通拥堵等难题。近年来我国着力发展城市轻轨和地铁，本文主要以地铁作为研究对象。城市轨道交通站间距离短、运行密度高，机车频繁制动吋产生相当可观的再生能量，将产生的能量得以利用，不仅节约能源、保护环境同时降低电压利于机车安全运行。再生制动产生的能量得以利用是本文研究的重点，提出逆变电阻混合型再生制动能量吸收方案。本课题以建立地铁再生制动及能量吸收仿真平台为目的，利用仿真软件建立机车运行制动模型及混合型能量吸收模型。首先，分析和总结几种城市轨道交通车辆制动方案的优缺点，重点研究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。然后基于电阻制动原理，结合逆变并网电阻制动方案进行建模、仿真分析，并对再生制动产生功率及电流进行粗略的计算。 关键词：再生制动；逆变并网；电阻制动 Abstract
As a large capacity, fast speed, less pollution and comfortable transportation, urban rail transit effectively alleviate the transportation pressure of the large and medium-sized city, environmental pollution and traffic congestion . In recent years, China began to develop the light rail transit and subway. The subway stations has shorter distance and locomotive has haig density running. During locomotive frequently braking, it produced considerable regeneration energy. Reasonable utilization of the regeneration energy not only save energy, protect environment but also reduce the regeneration energy not only save energy, protect environment but also reduce the voltage grade for the locomotive’s safety operation. This paper is the focus on utilization of the regeneration energy, and The inverter-resistance hybrid method is propose. This topic is purposed to build Metreo regenerative braking and inverter-resistance hybrid energy absorption model by simulation software. Firstly, the urban rail transit power supply system has been introduced. Several vehicle braking scheme has been summarized and analyzed for their advantages and disadvantages. The inverter-resistance hybrid of regenerative braking energy absorption solution has been purposed. Secondly, combined with inver and resistance braking scheme, the model was built analyze and the power and current ofregenerative braking was computd.
浅谈中压能馈型再生制动电能利用装置 摘要：中压能馈型再生制动电能利用装置（以下简称“中压能馈装置”）基于我国“十一五”科研成果，不仅能将城市轨道交通电动列车制动时产生的能量回收至交流电网，还能为列车提供部分牵引能量，抑制直流压降，节省能源。本文主要对中压能馈装置的工作原理进行介绍，并对其经济性和实用性进行讨论。。 关键词：轨道交通；能量回馈；再生利用 0引言 城市轨道交通系统，基于各方面需求，具有车站数量多、站间距短、运行速度高等特点，随之而来的是列车频繁启停，短时间内提速或刹车。当列车启动出站时，需要电网提供大量的电能，而进站制动时，则会产生大量的可再生电能。 基于城市轨道交通这些特点，能馈装置应运而生，回收列车制动多余能量至电网，作为牵引启动的电能补充，节约能源，降低地铁运行成本。 1 工作原理 在地铁列车刹车制动阶段，制动产生的能量流向直流侧，使直流母线电压升高，能馈装置检测到直流母线电压高于起始运行电压时线性输出功率，检测到母线电压达到满载运行电压时输出有功目标值，检测到母线电压降低至停止电压时输出停止。 在地铁列车牵引启动阶段，直流母线电压降低，能馈装置检测到直流母线电压低于设定电压（牵引值）时从电网吸收能量，为地铁启动提供部分能量，从而降低直流母线的电流应力，抑制直流母线电压下降。 当能馈装置检测到直流母线电压处于上述二者之间时，则保持待机状态。 中压能馈型再生制动电能利用装置的一次系统结构主要包括能馈变压器、滤波装置、双向变流器、正负极隔离开关等部分，如图1所示。 图1 中压能馈装置一次结构 1.1滤波器 滤波器设置在能馈变压器二次侧与双向变流器之间，起到减小交流电谐波的作用。 1.2 双向变流器 能馈装置中的双向变流器，包括中压交流电网至直流母线侧的整流器和直流母线至交流电网的逆变器。 能馈装置的关键结构是双向变流器，而双向变流器的核心是大功率逆变器，是在脉宽调制基础上发展来的一种功率变换装置，其主电路可看成是一台三相逆变器与一个交流电感。 逆变器采用脉宽调制技术，在其交流侧输出幅值和相位可控的三相交流电、、，通过控制输出电压、、实现对交流电流、、的控制，其中交流电感在逆变器与电网之间起缓冲作用。图2所示为设备逆变时工作流程示意图，能馈装置其功能的实现以交流电流控制为基础。 图2 逆变工作流程 2经济性与实用性 目前，国内外再生制动能量吸收装置主要有电阻耗能型、电容储能型、飞轮储
列车再生制动能量回收的方法及分析 城市轨道交通是耗电大户。而如何高效利用电能是目前城市轨道交通节能技术的关键问题。车辆在运行过程中，由于站间距一般较短，因此要求起动加速度和制动减速度比较大，并具有良好的起动和制动性能。城轨交通供电系统一直采用二极管整流技术实现交流电源到直流牵引电源的转换，特别是采取24脉波整流技术后，与电网的谐波兼容问题得到较好地解决。该技术虽然可以较好地满足车辆牵引取流的需求，但是此类系统存在以下问题： （1）只能实现能量的单向流动，对于需要频繁起动和制动的地铁、轻轨等交通工具，制动能量的回收有着很大的潜力。车辆再生制动产生的反馈能量一般为牵引能量的30％甚至更多。而这些再生能量除了按一定比例(一般为20％～80％，根据列车运行密度和区间距离的不同而异)被其它相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被车辆的吸收电阻以发热的方式消耗掉或被线路上的吸收装置吸收。如果在一列地铁列车刹车时附近没有其他列车加速运行，那它所回馈的电能中只有30％～50％能被再次利用(尤其是在低电压、高电流的网络系统里)。如果当列车发车的间隔大于10 min时，再生制动能量被相邻列车吸收重新利用的概率几乎为零。 （2）由于制动电阻的发热引发站台和地下隧道热量积累、温度上升，某些城轨系统隧道温度高达50℃，不得不加大通风设备的容量，造成严重的二次能耗； （3）对于车载制动电阻模式制动电阻增加车体自重造成的电能消耗十分可观； （4）牵引网上同时在线运行的车辆有十几对甚至几十对，负荷的变化造成牵引网压波动严重，不利于车辆平稳、可靠运行。可见车辆的制动能量至今还是一种没有被很好地开发利用的能量。 目前,在我国大力提倡节能降耗的形势下，城轨供电系统的发展进度已滞后列车车辆技术的发展，多个待建的城市轨道线路，如无锡、苏州、长沙、西安、深圳和广州等多条线路，都提出了对现有牵引供电系统进行技术改造的需求或者是寻求更好的储能装置去回收这些多余的再生能量。再生制动能量循环利用主要有储能和逆变两种方式:储能所采用的技术主要有蓄电池储能、电容储能、飞轮储能3种;而能量回馈所采用的技术主要是逆变至中压网络和低压网络两类。 首先介绍储能型回收装置 (1)蓄电池储能 蓄电池储能系统如图所示，该装置是将制动能量吸收到电池介质中，当供电区间有列车需要取流时，再将所储存的能量释放出去，由于蓄电池本身的特点充放电电流小，瞬间不能大功率充放电，所以该装置体积较大电池处于频繁充放电状态将影响其使用寿命，储能容量相对较少。
毕业设计（论文） 开题报告 题目跨座式城市单轨交通车辆 制动系统设计 专业城市轨道车辆工程 班级08级城轨1班 学生戴学宇 指导教师赵树恩 重庆交通大学 2012年
1. 选题的目的和意义 随着我国城市化进程的加快，城市交通拥堵、事故频繁、环境污染等交通问题日益成为城市发展的难题。城市轨道交通以其大运量、高速准时、节省空间及能源等特点，已逐渐成为我国城市交通发展的主流。在城市轨道交通系统中，跨坐式单轨交通制式因其路线占地少，可实现大坡度、小曲率线径运行，且线路构造简单、噪声小、乘坐舒适、安全性好等优点而逐渐受到关注。 在我国城市轨道交通迅速发展的同时，其运营安全保障已成为目前面临的重要问题。车辆作为城市轨道交通运输的载体，由于速度快、载客量大、环境复杂，其运行安全状况不容乐观——车辆故障不断出现、事故常有发生，这些故障不但严重的影响到正常运营，一旦引发事故将会带来巨大的人员伤亡和经济损失。制动系统是城市轨道交通车辆的关键系统，直接影响其安全运行，为提高车辆运行的安全性，对制动系统的设计便显得尤为关键。 2.国内外研究现状及分析 基础制动装置是确保城市轨道交通车辆行车安全的措施之一。在分析城市轨道车辆运输特点基础上, 李继山,李和平,严霄蕙（2011）《盘形制动是城市轨道车辆基础制动装置的发展趋势》[1]结合城市轨道车辆基础制动装置具体类型,分析了城市轨道车辆踏面制动与盘形制动的优缺点, 用有限元模拟城轨车辆车轮 踏面温度场及热应力, 表明速度100 km/ h 及以上的城轨列车基础制动不适宜采用踏面制动, 指出盘形制动是城市轨道交通车辆基础制动的发展的必然趋势。丁锋（2004）在《城市轨道交通车辆制动系统的特点及发展趋势》[2]一文中介绍并分析了我国城市轨道交通车辆制动系统的形式、构成、技术特点及发展趋势。吴萌岭，裴玉春，严凯军（2005）在《我国城市轨道车辆制动技术的现状与思考》[3]中较为详细地回顾了我国城市轨道车辆制动系统的发展历程，分析了目前我国新型城市轨道车辆制动系统的特点，并与我国自主研发适用于高速动车组的同类型制动系统作了技术比较。分析了我国自主研发城市轨道车辆制动系统的技术基础，指出国内技术与产品和国外相比存在着系统理念、设计经验和系统可靠性方面的差距，同时指出自主研发城市轨道车辆制动系统存在的问题，并提出了建议。邹金财（2010）《一种轨道车辆空气制动系统优化及仿真》[4]利用Simulationx 仿真软件对工矿窄轨土渣车的空气制动系统的改进前以及改进方案进行仿真，在与试验真实值对比后得到了正确的结论，通过对该空气制动系统优化中仿真手段应用过程的阐述，为机车车辆系统优化方法提供了参考。师蔚，方宇（2010）《城
再生制动能量吸收装置在郑州地铁中的应用 发表时间：2017-08-24T17:31:24.060Z 来源：《基层建设》2017年第12期作者：屈文涛 [导读] 摘要：对再生制动能量吸收装置的基本工作原理和类型进行介绍，并且对再生制动能量吸收装置在郑州地铁中的应用、节能情况进行介绍，提出建议。 郑州市轨道交通有限公司运营分公司河南郑州 450000 摘要：对再生制动能量吸收装置的基本工作原理和类型进行介绍，并且对再生制动能量吸收装置在郑州地铁中的应用、节能情况进行介绍，提出建议。 关键词：再生制动能量吸收装置节能应用 Abstract：The basic working principle of regenerative braking energy absorption devices and introduces the types，and the regenerative braking energy absorption devices in the application of zhengzhou subway，introduces the energy-saving situation，Suggestions are put forward. Keywords：regenerative braking the energy absorption equipment energy savingapplication 在城市轨道交通系统中，由于公交化的运输模式决定了城市轨道交通具有列车运行密度大、站间距小、起停频繁的特点。目前轨道交通普遍采用的VVVF动车组列车，制动模式为电气制动（再生制动/电阻制动）+空气制动（盘形制动/轮对踏面制动）互补的形式，即在列车正常运行过程中以电气制动为主，辅之以空气制动。 传统的列车电阻是将制动电阻装设在车辆底部，列车制动时产生的电能通过车辆上制动电阻发热消耗或空气制动消耗，浪费了大量电能，产生的大量热量还会散发在隧道内，在大运量、高密度的运行条件下，使隧道温度升高，提高了对通风系统的要求。 随着科技的进步和社会的发展，人们在节约能源、减少排放、环境保护方面意识逐渐增强，在城市轨道交通系统中，对有效利用城市轨道电动车组再生制动所产生的电能以减少城市轨道交通运营的用电量，同时改善城市轨道交通公共场所的环境是非常重要的。因此在牵引供电系统中对再生制动所产生的电能进行吸收、储存和再利用，具有很大的意义，本文主要研究再生制动能量吸收装置类型，以及在郑州地铁的应用和节能情况分析。 1再生制动能量吸收装置的工作原理 当地铁列车电气制动时，会产生一定的电能，使接触网电压升高，当检测到电压升高至再生制动能量吸收装置整定值时，装置自动启动吸收功能，将多余的电能吸收，保证接触网电压持续稳定。 当地铁列车牵引运行时，会消耗电能，使接触网电压降低，当检测到电压低于再生制动能量吸收装置返回值时，装置自动停止吸收功能，转为待机状态，为下一次电能吸收做准备。 如此再生制动能量吸收装置在地铁列车频繁牵引、制动过程中，通过电能吸收功能，时刻保证接触网电压维持在稳定状态，为地铁列车供电提供优质电能。 2 电能吸收类型 电能吸收类型主要包括制动电阻型、电容储能型、飞轮储能型和逆变回馈型四种方式。 2.1制动电阻型 制动电阻型再生电能吸收装置制动能量吸收装置由制动控制柜和制动电阻柜构成，采用斩波器和吸收电阻配合，当地铁列车电气制动时，由电气制动产生的能量不能被其它列车或用电设备消耗掉，则会抬高直流母线电压，当直流母线电压升高达到制动电阻型再生电能吸收装置，装置启动，通过电阻发热，将多余能量消耗掉，从而维持直流母线电压。 2.2电容储能型 电容储能型再生电能吸收装置主要通过超级电容将列车电气制动时产生的多余能量储存至超级电容，当列车启动或加速时，超级电容释放能量，供列车使用。 2.3飞轮储能型 飞轮储能型再生电能吸收装置主要是通过电动机将列车电气制动时产生的多余能量转换成飞轮转动的动能储存，当列车启动或加速时，再通过发电机将飞轮储存的动能转化为电能输出供列车使用。 2.4逆变回馈型 逆变回馈型再生电能吸收装置不仅能够将列车电气制动时产生的多余能量反馈至交流电网，避免了列车再生制动能量在电阻上的白白消耗，节约能源；还能为列车提供牵引能量，减小直流网压下降。此外，由于其功率因数任意可调，还能用于实现对交流中压电网的无功补偿。 根据回馈方式不同，逆变回馈型再生电能吸收装置又分为电阻+逆变和全逆变两类。 3郑州地铁再生制动能量吸收装置应用情况 目前郑州地铁使用的再生制动能量吸收装置主要有电阻耗能型、电阻+逆变型和全逆变型三种类型。 3.1电阻耗能型 郑州地铁1号线一期工程、2号线一期工程采用的是电阻耗能型，其优点是技术成熟、运用广泛，控制简单且直观，功能稳定，运行可靠。而且郑州地铁为了降低列车重量、提高列车动能，减少列车投资，降低隧道内温度，已将制动电阻地面化，所有电阻模块设置在地面电阻室内。缺点主要就是耗能，对列车电气制动产生的电能不能再利用，与节能相违背。 3.2电阻+逆变型 电阻+逆变型主要应用于郑州地铁1号线一期和2号线一期工程的技改项目， 该类型再生制动能量吸收装置与制动电阻并联使用，逆变回馈装置优先运行，电阻作为后备使用。逆变回馈装置直流侧通过直流小车与直流母线相连，交流侧通过隔离变压器与变电所既有整流变压器低压侧相连。当直流母线电压超过回馈整定值时，逆变器启动并从直流母线吸收电流，将列车电气制动产生的能量逆变成工频交流电通过整流变压器回馈至35KV系统。其优点能量再利用，利用率高，节能效果明显；其能量直接回馈到供电系统负荷容量较大的35kV中压环网，不需要储能元件；交流进线接到整流变压器低压侧，不需要加装35KV开
再生制动系统简介 1 再生制动的定义 再生制动，是指车辆减速或制动时，将其一部分动能转化为其他形式的能量储存起来以备驱动时使用的过程。制动能量再生系统先将车辆制动或减速时的一部分机械能（动能）经再生系统转换（或转移）成其他形式的能量（旋转动能，液压能，化学能等），并储存于储能器中，同时产生一定的负荷阻力使车辆减速制动；当车辆再次启动或加速时，再生系统又将储存在储能器中的能量转化为车辆行驶时需要的动能（驱动力）。 图1-1 能量再生系统原理简图 在纯电动车或混合动力电动汽车上，只有驱动轴上的制动能量可以沿着与之相连接的驱动系统传送至储能装置，另一部分的制动能量将由非驱动轴上车轮通过摩擦制动而以热的形式散失掉。即使是驱动轴上的制动能量也不能够被完全回收，进行制动能量回收时还受到很多因素的限制，例如电池充电功率的限制，回收功率不能超过电池当前的最大充电功率；电机发电能力的限制，电机制动产生的最大制动转矩不能超过当时转速和功率下电机发电能力，车速较高时电机再生制动扭矩就不能满足大强度制动要求；驱动系布置结构的限制，若电机位置在变速器前，汽车换挡时，从车轮到电机的动力传递被切断，电机不能进行再生制动。 2 国内外研究现状 2.1 国外研究现状 国外对混合动力汽车再生制动的研究已经开展了几十年，研究领域主要集中在以下几个方面： (1) 再生制动过程中整车制动综合建模与仿真； (2) 制动能量分配和再生制动、摩擦制动与ABS 的综合协调控制； (3) 再生制动过程中储能系统、电机/发电机和CVT 的性能及控制方法。 国外对再生制动领域的研究已具有了一定的基础，20 世纪90 年代全球掀起混合动力汽车研究热潮以后，国外在混合动力汽车再生制动系统的研究上取得了比较快的进展。特别是各大汽车公司，已经在量产的混合动力汽车上普遍采用该系统，大大提高了整车的能量利用效率，降低了整车油耗，延长了整车续驶里程。
列车再生制动能量回收地方法及分析 城市轨道交通是耗电大户.而如何高效利用电能是目前城市轨道交通节能技术地关键问题.车辆在运行过程中，由于站间距一般较短，因此要求起动加速度和制动减速度比较大，并具有良好地起动和制动性能.城轨交通供电系统一直采用二极管整流技术实现交流电源到直流牵引电源地转换，特别是采取24脉波整流技术后，与电网地谐波兼容问题得到较好地解决.该技术虽然可以较好地满足车辆牵引取流地需求，但是此类系统存在以下问题： （1）只能实现能量地单向流动，对于需要频繁起动和制动地地铁、轻轨等交通工具，制动能量地回收有着很大地潜力.车辆再生制动产生地反馈能量一般为牵引能量地30％甚至更多.而这些再生能量除了按一定比例(一般为20％～80％，根据列车运行密度和区间距离地不同而异)被其它相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被车辆地吸收电阻以发热地方式消耗掉或被线路上地吸收装置吸收.如果在一列地铁列车刹车时附近没有其他列车加速运行，那它所回馈地电能中只有30％～50％能被再次利用(尤其是在低电压、高电流地网络系统里).如果当列车发车地间隔大于10 min时，再生制动能量被相邻列车吸收重新利用地概率几乎为零.b5E2R。 （2）由于制动电阻地发热引发站台和地下隧道热量积累、温度上升，某些城轨系统隧道温度高达50℃，不得不加大通风设备地容量，造成严重地二次能耗；p1Ean。 （3）对于车载制动电阻模式制动电阻增加车体自重造成地电能消耗十分可观； （4）牵引网上同时在线运行地车辆有十几对甚至几十对，负荷地变化造成牵引网压波动严重，不利于车辆平稳、可靠运行.可见车辆地制动能量至今还是一种没有被很好地开发利用地能量.DXDiT。 目前,在我国大力提倡节能降耗地形势下，城轨供电系统地发展进度已滞后列车车辆技术地发展，多个待建地城市轨道线路，如无锡、苏州、长沙、西安、深圳和广州等多条线路，都提出了对现有牵引供电系统进行技术改造地需求或者是寻求更好地储能装置去回收这些多余地再生能量.再生制动能量循环利用主要有储能和逆变两种方式:储能所采用地技术主要有蓄电池储能、电容储能、飞轮储能3种;而能量回馈所采用地技术主要是逆变至中压网络和低压网络两类.RTCrp。 首先介绍储能型回收装置 (1)蓄电池储能 蓄电池储能系统如图所示，该装置是将制动能量吸收到电池介质中，当供电区间有列车需要取流时，再将所储存地能量释放出去，由于蓄电池本身地特点充放电电流小，瞬间不能大功率充放电，所以该装置体积较大电池处于频繁充放电状态将影响其使用寿命，储能容量相对较少.5PCzV。
条件 再生反馈电压必须高于直流牵引电网电压 再生制动能量可被本列车的辅助设备吸收利用，也可提供相邻列车使用 再生制动能量循环利用主要有储能和逆变两种方式:储能所采用的技术主要有蓄电池储能、电容储能、飞轮储能3种;而能量回馈所采用的技术主要是逆变至中压网络和低压网络两类。 (1)蓄电池储能 蓄电池储能系统如图所示，该装置是将制动能量吸收到电池介质中，当供电区间有列车需要取流时，再将所储存的能量释放出去，由于蓄电池本身的特点充放电电流小，瞬间不能大功率充放电，所以该装置体积较大电池处于频繁充放电状态将影响其使用寿命，储能容量相对较少。 （2）飞轮储能型 采用飞轮储能方式的吸收装置由储能飞轮电机、IGBT斩波器、直流快速断路器、电动隔离开关、传感器和控制模块等组成。该装置直接接在变电所正负母线间或接触网和回流轨间，其核心技术是利用核物理工业的物质分离衍生技术而制造的飞轮，该装置设置在真空壳体内，飞轮经过特殊材料和加工工艺制成的轴支撑在底部结构上。
近几年，英国UPT电力公司生产的成熟运营的飞轮储能型产品，在香港电力系统、香港巴士公司、英国、纽约部分地铁均有应用。国内北京大学某实验室有类似的小功率产品研制，但飞轮的机械参数难以达到国外的水平，无法在工程中投入使用。该产品的优点：有效利用了再生制动能量，节能效益好；并可取消(或减少)车载制动电阻，降低车辆自重，提高列车动力性能；直接接在接触网或变电所正负直流母线间，再生电能直接在直流系统内转换，对交流供电系统不会造成影响。该产品的缺点：飞轮是高速转动的机械产品，对制造工艺要求很高，需采用真空环境和特殊轴类制造技术，成本较高。使用寿命是否能满足要求，维护维修是否方便，另外国内无成熟技术和产品等都成为制约其推广的因素。 （3）超级电容储能 以已经投入运行的北京地铁5号线为例简单说明超级电容储能的应用。 当具有再生制动能力的车辆在变电站能量存储系统附近释放能量时，牵引网网压上升，能量存储系统的调节器可探测到这种情况，并将牵引网系统中暂时多余的能量存储到电容器中，使牵引网网压保持在限定范围内。若车辆在变电站能量存储系统附近起动或加速，牵引网网压下降，此时，能量存储系统的调节器将能量从存储系统输送回牵引网系统中，保持牵引网网压稳定。在直流牵引网的空载状态下，能量存储系统从牵引系统吸收一部分能量，通过这种方式可以帮助车辆起动。
制动能量回收系统 目录 概述 制动能量回收系统又名Braking Energy Recovery System:是指一种应用在汽车或者轨道交通上的系统，能够将制动时产生的热能转换成机器能、并将其存储在电容器内，在使用时可迅速将能量释放， 制动能量回收原理 制动能量回收是现代电动汽车与混合动力车重要技术之一，也是它们的重要特点。在一般内燃机汽车上，当车辆减速、制动时，车辆的运动能量通过制动系统而转变为热能，并向大气中释放。而在电动汽车与混合动力车上，这种被浪费掉的运动能量已可通过制动能量回收技术转变为电能并储存于蓄电池中，并进一步转化为驱动能量。例如，当车辆起步或加速时，需要增大驱动力时，电机驱动力成为发动机的辅助动力，使电能获得有效应用。 一般认为，在车辆非紧急制动的普通制动场合，约1/5的能量可以通过制动回收。制动能量回收按照混合动力的工作方式不同而有所不同。 比如在丰田普锐斯混合动力车上，车辆运动能量能够通过液压制动和能量回收制动的协调控制回收。但在本田Insight混合动力车上，由于发动机与驱动电机连接，所以不能够消除发动机制动。因此，在制动时发动机全部气门关闭，以消除泵气损失，而只存在发动机本身的纯粹的机械摩擦损失。 在发动机气门不停止工作场合，减速时能够回收的能量约是车辆运动能量的1/3。通过智能气门正时与升程控制系统使气门停止工作，发动机本身的机械摩擦(含泵气损失)能够减少约70%。回收能量增加到车辆运动能量的2/3。 制动能量回收液压制动协调控制的概况 制动能量回收问题解决方案 可以通过在发动机与电机之间设置离合器，在车辆减速时，使发动机停止输出功率而得以解决。但制动能量回收还涉及到混合动力车的液压制动与制动能量回收的复杂平衡或条件优化的协调控制。那么，为什么可以通过驱动电机能够回收车辆的运动能量呢？概要地说，其原因就是电机工作的逆过程就是发电机
再生制动吸收装置在城市轨道交通工程的应用 1.再生制动吸收装置的作用 2.吸收装置原理及特点 3.吸收方式及产品应用 4.节能效果 5.应用展望 引言 列车制动方式主要有两种： 空气制动：列车的基础制动或紧急制动，通过闸瓦或制动盘摩擦，将机械能转换为热能。有磨耗成本。 电制动：列车的常用制动，在接触网电压低于一定的限值条件下，将列车动能转换成电能回馈至直流接触网，通过能量的转换可实现电能的再利用。 今天我们主要讨论的是电制动方式及应用情况。 1.再生制动吸收装置的作用 在城市轨道交通系统中，再生制动吸收装置是一种为电客车再生制动提供电能吸收的设备，一般安装于牵引变电所，与直流母线并联。 城市轨道交通车辆采用750VDC、1500VDC两种电压制式供电，当车辆进行再生制动时，会向直流电网反馈能量，若此时接触网上不能提供与制动列车回馈的电能相匹配的电流通道，则会造成接触网母线电压的抬升，影响列车电制动性能的发挥。由于整流机组是单向导电的，回馈电流不能通过整流器回馈至交流电网，因此再生制动电能的吸收通道只能有如下几种： 制动列车自身消耗（车载电阻）； 接触网上的邻近牵引列车消耗； 变电所再生制动吸收装置。 再生制动吸收装置的作用就是为列车电制动回馈的电能提供功率相匹配的通道，当吸收装置的功率大于列车制动功率时，直流网压下降，可能会消耗整流器提供的电能，当吸收装置的功率小于列车制动功率时，直流网压上升，可能造成列车过压保护，切除电制动。
2.吸收装置原理及特点 在供电区间内，当车辆进行再生制动时，如果在线有其他车辆运行，其再生能量被牵引车消耗，稳定了电网电压。如果线路不具备吸收条件，电网电压将被抬高，此时吸收装置经判断自动投入，将再生能量吸收，确保电网电压的稳定。 2.1车载电阻吸收方式 车载电阻吸收方式主电路示意图如图1所示，在正负母线之间并联了斩波回路，当车辆制动母线电压升高时Sb1开通，电能通过Rb电阻释放。
再生制动能量吸收装置在地铁的应用 发表时间：2017-08-04T10:58:59.653Z 来源：《电力设备》2017年第11期作者：于志永 [导读] 摘要：再生制动能量吸收装置是把地铁车辆在制动产生的能量反馈到电网上，确保车辆再生制动的安全稳定 （青岛地铁集团有限公司山东青岛 266012） 摘要：再生制动能量吸收装置是把地铁车辆在制动产生的能量反馈到电网上，确保车辆再生制动的安全稳定。本文分析了该装置工作原理，对其在地铁应用制定了详细的操作顺序，根据实际维修经验有针对性的制定出该设备的快速维修法。通过我对该设备制定的操作顺序、快速维修法使制动能量吸收装置的操作失误率、设备故障维修率大大降低，设备始终运行在最佳状态。 关键词：再生制动能量吸收装置操作顺序 1、概述 随着我国城市轨道交通建设的迅速发展，地铁及轻轨电动客车控制技术也得到长足的进步。在国外，为减少车载设备，抑制地铁洞内温度的升高，一般在车上不设置全功率电阻制动装置，而在运营线的每个供电所设置一套总的功率吸收设备。电阻吸收方式是目前国外应用得比较普遍的方案。该方案控制简单、工作可靠、应用成熟、功率组合方便；采用斩波调阻控制系统实现对电网恒压调节，有较地控制了车辆再生制动时可能引起的制动过电压；但是，由于电阻吸收是将再生能量消耗，所以，再生能源没有充分利用。采用电阻-逆变混合吸收的模式，将再生能量逆变成380V 电能回馈至380V电网系统，实现了节能，同时考虑到380V电网的容量，在大的再生能量吸收时，逆变吸收不了的能量，由电阻吸收，确保车辆再生制动的安全稳定。而且该方案设备投资较小，性价比高。 2、再生制动能量吸收装置工作原理 电阻–逆变混合型制动能量吸收装置原理如图1所示。由隔离开关柜、斩波控制柜、逆变控制柜、电阻柜、隔离变压器柜等部分组成，具体功能如下：隔离开关柜：执行能量吸收系统与直流电网的接通和分断、承担系统的滤波功能。斩波控制柜：执行能量吸收设备的控制、保护与监控；执行与上级控制系统的通信；执行能量吸收设备投入与退出判断；承担电阻吸收能量时的控制。逆变控制柜：执行逆变能量吸收；自动跟踪并网；根据直流电网电压的变化调节逆变输出电流。电阻柜：执行电阻吸收能量时再生能量的消耗。隔离变压器柜：执行直流电网与400V交流电网的隔离。 图1 电阻?逆变制动能量吸收装置原理图 当列车再生制动时．电压升高到需要外部设备来吸收时，电阻?逆变混合型制动能量吸收装置(以下简称：混合型装置)启动。逆变器率先投入，将再生电能逆变成三相交流电并馈人车站40OV配电网，由动力照明负荷利用。当列车制动能量较大，再生能量超出逆变器容量时(表现为线网电压升高至某一限值)，电阻投入，与逆变器共同吸收再生能量；当再生能量下降至逆变器吸收范围内时(表现为线网电压下降到某一限值)，电阻退出，仍由逆变器独自吸收再生能量。当线网电压下降至无需外部设备吸收再生电能时，混合型装置系统停止吸收。装置根据再生能量的大小自动调节吸收电流的大小，维持线网电压恒定。线路上无车辆制动或制动能量不超过吸收启动值时，装置不启动。在制动能量吸收的过程中，逆变器始终工作，而电阻只是作为逆变器的功率补充，在逆变器达到容量最大值后才启动，绝大部分制动能量由逆变器回馈至400V电网，实现了大部分能量的回收。 再生制动能量吸收装置正常工作时的配置： （1）、当地铁车辆额定电压等级为DC1500V时，车辆车重（整列）不能超过720T，制动减速度按照1m/s，制动初始速度为80km/h，20s短时功率为7693kw，额定吸收功率为3096kw，允许电网电压波动范围DC1100V-1800V。 （2）、当地铁车辆额定电压等级为DC750V时，车辆车重（整列）不能超过470T，制动减速度按照1m/s，制动初始速度为80km/h，20s短时功率为4757kw，额定吸收功率为1892kw，允许电网电压波动范围DC500V-900V。 3、地铁线再生制动能量吸收装置操作顺序 为防止操作者因操作失误使设备不能正常投运或损坏设备，根据多年的操作与维修经验，制定出针对再生制动能量吸收装置的操作顺序。此操作顺序一经推出以来，因操作不当引起的设备故障率降为零。 以下是试验线再生制动能量吸收装置操作顺序： （一）、开机程序： （1）、根据车上要求，把电阻柜转换开关切换到相应制式（750v/1500v），并把隔离开关柜750 v、1500v制式转换开关SM1切换到相应制式。 （2）、把隔离开关柜上触摸屏内变压器分接头接法，按主回路变压器分接头接法连接。调整变压器分接头位置的用户名是：
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/0c17583373.html, 电动汽车再生制动能量回收系统研究 作者：朱尚功张磊 来源：《山东工业技术》2017年第02期 摘要：电动汽车的续驶里程受电池容量的制约，再生制动能量回收系统是在不增加电池 容量的基础上增加续驶里程的有效方法之一，本文分析了再生制动能量回收系统的结构及原理，论述了制动能量回收系统的控制方式，说明了再生制动能量回收系统的基本要求。 关键词：电池容量；续驶里程；能量回收 DOI：10.16640/https://www.doczj.com/doc/0c17583373.html,ki.37-1222/t.2017.02.086 0 引言 能源危机目前是引发全社会广泛关注的重点问题，作为新能源技术的电动汽车的研究越发成为解决能源危机的途径之一。目前，电动汽车技术中对电池技术的研究仍然没有在电池容量上有很大的突破，这也使得人们开始利用各种其他技术来突破电池容量不足的限制。再生制动能量回收系统就是人们利用电磁特性结合汽车制动原理的基础开发而成的，它的出现在一定程度上提高了汽车能量的利用率，对于客服能源危机有着一定的现实意义 [1]。 再生制动制动能量回收，它的主根本理论依据来源于电磁感应原理，主要利用电机转速的变化引起的电磁效应的变化在汽车减速或制动的同时将车辆减速时将一部分动能转化为电能，这部分转化来的电能被存储起来，继续供汽车使用，从而提高电动汽车的续航能力。 1 再生制动能量回收系统结构原理 电动汽车制动能量回收系统是指汽车减速制动时，通过与驱动轴相连的能量转换装置将一部分机械能转化成其它形式的能量，并将转化的能量储存在储存装置中，如各种蓄电池、超级电容和高速飞轮，以供给电动汽车使用[1]。 电动汽车的能量转换装置为电机，储能装置为蓄电池。制动能量回收即是电动汽车制动控制系统通过对相关功率器件开关状态的控制，使具有可逆作用的发电机/电动机的转速、转矩大小与方向发生改变，以此产生的电池效应实现汽车动能与电池电能的转变，当汽车开始制动减速时，电机以发电机的形式工作而生成电能，起到给电池充电的效果，增加续驶里程。 电动汽车制动能量回收时，电机工作于再生制动运行状态，在制动能量回收过程中，驱动轮通过主减速器以及变速箱带动发电机/电动机一体机（ISG）旋转，此时发电机/电动机一体 机（ISG）作为电动机使用，由此产生的交流电先经AC/DC转换器转换为直流电，产生的直流电再经过DC/DC使其变为设计要求的电流状态，以电能形式经过转换器存储到超级电容中[3].
地铁列车再生制动对牵引网电压影响的研究 过去地铁列车制动主要采用车载电阻制动，这种传统的制动方式会造成能量浪费，并且制动时还会产生大量的热，导致隧道内环境温度升高。近几年地铁列车普遍开始采用再生制动，但再生制动产生的电能不能被完全吸收利用时，多余电能会引起直流牵引网电压迅速升高，使得用电不安全。为了使再生制动产生的多余能量能被吸收，并且牵引网电压稳定，引入了逆变回馈系统，通过仿真软件MATLAB/SIMULINK 验证当地铁列车再生制动装置投入使用时牵引网电压的变化以及牵引电机运行状态。 标签：地铁列车；再生制动；牵引网电压；仿真 0 引言 随着城市人口密度越来越大，城市交通拥堵问题越来越严重，为了缓解交通拥堵，城市轨道交通建设迅猛发展。目前城市轨道交通的主要模式是地铁，地铁运输在缓解交通拥堵的同时也存在一些问题。由于站间距较短，地铁列车启动和制动比较频繁，在采用再生制动时，产生大量的能量并向电网回馈，当这部分能量不能完全被其他车辆或用电设备吸收时，会造成电网电压升高，从而影响电站用电设备和列车的安全运行。因此，需要设置一种装置，将多余能量消耗掉，以维持牵引網电压稳定[1-2]。 目前国内外地铁列车采用的再生制动能量处理方案主要有电阻耗能型、逆变回馈型、电容储能型和飞轮储能型 4 种[3]。电阻耗能装置的结构简单、可靠性高，在车辆和地面上均已经有大量的成熟运用经验，但电阻消耗装置将制动电能转化为热能传导至空气中，这部分电能未能充分利用，造成浪费。逆变回馈型、电容储能型和飞轮储能型这 3 种储能方法目前在国内外地铁列车上已经开始应用，并且也取得了较好的发展。引入逆变回馈装置，来吸收列车再生制动产生的不能被其他列车所利用的能量，可以起到一定的节能效果，且代替了车载制动电阻，使列车轻量化，对环境无污染，并且不需要额外的储能器件，可以将能量直接回馈至电网，供其他设备使用。 1 牵引供电系统 地铁直流牵引变电所的主要作用是把电能通过整流装置整流和降压器变压之后，送入大功率整流器（或者可控整流器）整流为直流电向地铁供电[3]。随着整流装置功率的进一步增大，电网受到的干扰日益严重，24 脉波整流器能够减少供电系统牵引负荷产生的谐波，从而减少对电力系统的谐波污染，使得供电质量得到提高、设备投资降低、效率提高、运营成本降低。目前城市轨道交通牵引供电系统中的整流机组普遍采用24 脉波整流电路给列车供电（图1）。24 脉波整流机组的构成：设置 1 条母线，将 2 组相同的12 脉波整流机组并联于同一母线，构成等效的24 脉波整流机组，并且 2 路电源同时供电。直流牵引变电所交流侧的电压为35 kV，最终通过24 脉波整流机组将35 kV 的交流电整