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
收稿日期:1997205204 笼型异步电动机能量回馈制动控制 徐国忠 诸 静 (浙江大学,杭州 310027) 涂筱烈 (安徽医科大学) 徐惠国 (合肥第二十六中学) 【摘要】本文分析了变频器实现异步电动机回馈制动的原理,提出了一种新颖的能量回馈控制方法和能量回馈电路,该方法具有能量回馈效率高、控制简单且不易发生逆变失败等优点,有效地抑制电动机制动时直流侧泵升电压。实验结果验证了该方法的正确性和有效性。 【关键词】变频调速,异步电动机,回馈制动,泵升电压抑制,能量控制 1 引 言 近年来,国内外对变频器的研究和应用取得飞速的进步,尤其是通用变频器在工业生产中得到了广泛的应用。当变频器驱动异步电动机在制动或者下放位能性负载过程中,电动机处于再生制动状态,传动系统中的机械能通过电动机转换成电能,变频器中续流二极管将这种能量回馈到变频器直流侧电容C 中,使直流侧电压升高,产生泵升电压。特别是要求快速起、制动和频繁正、反转的调速系统,短时间内有很大的能量回馈,在电容上产生很高的泵升电压,若不及时释放这部分能量,则势必会引起变频器过压保护动作或造成主回路大功率器件的过压损坏。对这种泵升能量的处理方法基本上有两种:(1)耗散到直流侧与电容器并联的“制动电阻”中,(2)通过能量回馈电路使之回馈到交流电网中。前一种方式比较简单,但经过电阻耗散能量,不仅浪费了能源,有时也会产生某些副作用[2],后一种方式虽然结构较为复杂,但提高了能源的利用率,尤其是对频繁起制动或长期带位能性负载下放的系统,会产生显著的节电效果。本文提出了一种新颖的能量回馈 控制方案并设计了相应的电路,实验结果验证了该方法的正确性和有效性。 2 能量回馈控制策略和能量回 馈电路设计 211 能量回馈控制策略 带能量回馈电路的变频器主电路结构如 图1所示。能量回馈控制的工作原理是利用二只GTR T 7、T 8 和六只晶闸管等组成能量回 图1 带能量回馈电路变频器主电路结构图 馈电路,制动时,控制GTR T 1～T 6按一定下降频率给电机供电,使之工作在再生制动状态,驱动T 7、T 8和晶闸管逆变桥,如果满足逆变条件,则把直流侧泵升能量直接回馈给电网,确保在整个制动过程中,直流侧电压在安全范围内。 对于普通晶闸管逆变桥,如果依自然换
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
第37卷 第12期2009年12 月 V o.l37 N o.12 D ec. 2009城市轨道交通能馈式再生制动技术 及其对电网的影响 陶章荣1,潘爱强2 (1.上海申通地铁集团有限公司,上海 200233;2.华东电力试验研究院有限公司,上海 200437) 摘 要:城市轨道交通起停频繁、速度变化快、制动能量大,可以重新利用制动能量的再生制动技术也在不断 改进。回顾了各类常规制动技术及其特点,并介绍了最新的能馈式再生制动技术,研究论述能馈式再生制动 技术对电网的影响,从电能质量、电能计量、继电保护三个方面分别进行分析,有助于电网应对城市轨道交通 再生制动电能的注入。 关键词:城市轨道交通;能馈式再生制动技术;电能质量;电能计量;继电保护 作者简介:陶章荣(1962 ),男,工程师,从事城市轨道交通变电运行管理工作。 中图分类号:TM712 文献标志码:B 文章编号:1001 9529(2009)12 2035 03 R egenerative braking of urban rail transit w it h energy feedback and its influence on pow er grids TAO Zhang rong1,PAN A i q i ang2 (1.Shangha i Shentong M e tro Co.,L td.,Shangha i200233,Ch i na; 2.East Ch i na E lectr i c P ower T est&R esea rch Instit ute Co.,L td.,Shangha i200437,Ch i na) Abstrac t:The urban ra il trans itwh ich i s characterized by frequent start up and shut do w n and quick speed variation, genera tes great energy dur i ng braki ng.T herefore,the techno logy o f reg enerati ve brak i ng t hat could reuse braki ng en e rgy has been stud i ed a l o t.T he trad iti ona l techno log ies o f brak i n g and the i r fea t ures we re v i ew ed,and the ne w tech nology of regenerati ve brak i ng w ith energy feedback was reco mm ended.The i nfl uence o f regenera ti ve brak i ng w it h en e rgy feedback on powe r g ri ds w as d i scussed i n the aspects o f pow er qua lity,energy m e teri ng,and re lay protection. K ey w ords:urban rail transit,regenerati v e brak i ng w ith energy feedback,po w er qua lit y,energy m eter i ng,relay pro tecti on 1 再生制动技术 城市轨道交通启停频繁,使其制动技术变得十分关键。制动方式主要有摩擦制动与动力制动[1]。 电力机车的电气制动分为电阻制动和再生制动两种。 电阻制动指的是牵引电动机在制动时作为发电机发出的电能经电阻消耗掉,如图1所示;电阻制动的主电路工作比较可靠、稳定,制动的速度范围较大,技术简单。 城市轨道交通显著的特点就是站间距一般较短,列车启制动频繁,启动加速度和制动减速度要求大。制动能量大,根据经验,地铁再生制动产生的反馈能量一般为牵引能量的30%甚至更多[2]。将这部分能量消耗在制动电阻内,不但浪费能量 , 图1 电阻制动示意图 还容易引起机车或牵引系统的温升,对运行造成不利影响。 再生制动指的则是将这部分制动产生的电能反馈给直流供电网,可供运行与同一区段的电力机车使用,或者供给其他用电储电负荷,图2为较为简单的再生制动示意图。从能量利用来看,再生制动可再次利用机车制动产生的能量,经济效益较大,同时可以取消制动电阻及其转换开关,使
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.
采用了电流追踪型PWM整流器组成方式，这样就容易实现功率的双向流动，且具有很快的动态响应速度，同时这样的拓扑结构使得我们能够完全控制交流侧和直流侧之间的无功和有功功率的交换，且效率可高达97%，经济效益较大，热损耗为能耗制动的1%，同时不污染电网。所以，回馈制动特别适用于需要频繁制动的场合，电动机的功率也较大，这样节电效果明显，按运行的工况条件不同，平均约有20%的节电效果。 四象限矢量变频器的能量回馈制动的特点 （1）可广泛应用于PWM交流传动的能量回馈制动场合的节能运行。 （2）回馈效率高，可达97%，热损小，仅为能耗的1%。 （3）功率因数约等于1. （4）谐波电流较小，对电网的污染很小，具有绿色环保的特点。 （5）节省投资，易于控制电源侧的谐波和无功分量。 （6）在多电机传动中，每一单机的再生能量可以得到充分利用。 （7）具有较大的节电效果（与电动机的功率大小及运行工况有关） （8）当车间由共用直流母线为多台设备供电时，回馈制动的能量可直接返回直流母线，供给其它设备使用。经过核算可以节省回馈逆变器容量，甚至可以不用回馈逆变器。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解台达变频器、三菱变频器、西门子变频器、安川变频器、艾默生变频器的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/c0298987.html,/
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
打造节能环保型城市轨道交通系统 再生制动能量吸收利用系统既可以安装于地铁列车上，也可以安装于变电站内。当地铁列车制动时，直流母线电压上升，双向直流变换器向超级电容器阵列充阿迪泰尔科技开发有限公司是一家技术力量雄厚、产品质量达国际水平的专业化民营高新技术企业。公司在深圳科技园设立生产基地，在西安东高新区设立研究院，以西安交通大学、西南交通大学、法国ADETEL公司等为依托，与铁一院、深圳地铁公司和西安地铁公司等进行广泛合作。公司和法国ADETEL 集团公司合作开发和研制了应用于轨道交通电容储能的电力电子类系列产品，其中多项产品获国际专利。其轨道交通超级电容储能装置已在法国里昂轻轨2号线、巴黎RER-C 地铁，阿尔卑斯山区铁路，布鲁塞尔地铁等轨道交通系统有广泛应用。 深圳阿迪泰尔科技公司和国内外相关单位合作，引进消化吸收法国ADETEL公司的先进技术，与之形成全面的战略合作关系，紧跟世界领先技术及先进管理模式，不断开拓创新，实现了相关轨道交通供电设备和节能设备等产品的国产化。目前阿迪泰尔科技公司已完成对超级电容选择研究、双向变流器研究、容量配置研究、系统配置研究、系统可靠性
研究、装置产业化研究及投资回收期研究等等，致力于为我国轨道交通节能环保作出贡献。 超级电容储能节能系统 在城市轨道交通中，再生制动成为列车制动的主要方式，再生制动使一部分能量能够回馈电网，而列车在运行过程中，由于站间距较短，列车启动、制动频繁，因此，从能量互换的角度看，制动能量相当可观。 目前，制动能量吸收方案主要包括电阻耗能型、蓄电池储能型、电容储能型、飞轮储能型和超导储能型等。其中，电阻耗能只能将电能转化为热能排掉，造成能源浪费；蓄电池储能系统的电池使用寿命不够长，大量使用电池也会对环境造成污染；飞轮储能质量很大，但摩擦耗能问题严重，飞轮工作寿命短；超导储能装置的单位体积存储能力低，在实用技术上有一定的困难。超级电容具有快速充放电、污染低、高效率和维护费用低等特点，从而被广泛应用于储能装置中。 从经济角度考虑，如何能够节约电能是城市轨道交通运营成本需要考虑的重要因素。而在运营过程中，经常会出现一个影响城轨车辆正常运行的问题，那就是当线路中同时有几辆车加速时，牵引网电压往往下降很多，以至于低于车辆允许的最低电压，造成车辆的欠压保护动作跳闸，导致车辆停驶。
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。
2005005 电动汽车能量回馈的整车控制 张 毅,杨 林,朱建新,冒晓建,卓 斌 (上海交通大学汽车电子研究所,上海 200030) [摘要] 以4种典型循环工况为例对电动汽车进行能量分析,设计了基于常规汽车制动系统的整车能量回馈控制方式,研究了控制策略,完成了车辆道路试验与标定优化。试验表明,整车能量回馈控制方式与控制策略安全、可靠,且柔顺性良好;利用能量回馈技术,蓄电池能量消耗可减少10%,能有效延长电动汽车的一次充电续驶里程。 关键词:电动汽车,能量回馈,控制策略 The Control Strategy of Energy Regeneration for Electric Vehicle Zhang Yi,Yang Lin,Zhu Jianxin,Mao Xiaojian&Zhuo Bin Instit ute of A utomotive Elect ronic Technology,S hanghai Jiaotong U niversity,S hanghai200030 [Abstract] The energy consumption in four typical vehicle testing cycles(FTP,HWEFT,ECE2EUDC and J P1015)is analyzed for EV.Based on the traditional vehicle braking system,a new regenerative braking scheme and its control strategy are designed.The road testing,calibration and optimization are performed.T est results show that the control scheme and strategy is safe,https://www.doczj.com/doc/c0298987.html,ing the regenerating scheme,the energy consumption of battery can re2 duce by10percent and the driving range of EV in one charge can increase effectively. K eyw ords:Electric vehicle,E nergy regeneration,Control strategy 原稿收到日期为2003年12月29日,修改稿收到日期为2004年3月8日。 1 前言 电动汽车采用了新型的汽车动力,如何充分提 高车辆行驶能量效率,进而延长车辆续驶里程,是电 动汽车需要解决的一个关键问题。能量回馈是解决 该问题的主要技术措施。 能量回馈包括车辆制动能量回馈与车辆滑行能 量回馈两种。此时,驱动电机按发电机运行,将车辆 行驶动能转化为电能,可以起到3个作用:辅助制 动;回收能量给动力蓄电池充电,从而延长车辆续驶 里程;在车辆有供热需求时,直接利用这部分电能供 热取暖。 能量回馈制动与电动汽车其它电气制动方式 (主要有能耗制动、反接制动[1])比较,无须改变系 统硬件结构,回馈电流可柔性控制,可使制动效果与 能量回收效果综合最佳。因此,能量回馈是最适合 电动汽车的电气制动方式,其关键是能量回馈的过 程控制。电动汽车的能量回馈控制由整车控制与电 机控制交互作用而实现,作者在电动汽车制动能量 分析的基础上,设计一种能量回馈的整车控制方式, 并进行相应控制策略的研究。 2 制动能量分析 为了进行电动汽车能量回馈控制,需首先探明 其在各种用途中的制动能量回馈潜力。作者分别以 美国F TP工况、高速公路HFET工况、欧洲城市循 环ECE2EUDC工况和日本J P10154种循环工况为 例,进行制动能量的分析。 4种循环工况的驱动与制动能量如图1所示, 可见在这4种循环工况中,制动能量都占了不小的 比例,其中J P1015工况为2517%,ECE2EUDC工况 为18%,HFET工况为6%,F TP为25%。 回馈能量还与制动方式和回馈系统各环节的效 率因子有关[2]。电动汽车的制动方式包括:电气制2005年(第27卷)第1期 汽 车 工 程 Automotive Engineering 2005(Vol.27)No.1
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
制动工况对电动汽车制动能量回收影响分析 前言 随着能源和环境问题日益突出，电动汽车已成为替代传统内燃机汽车的最佳选择。受限于当前技术条件，电动汽车续驶里程普遍较短，电动汽车节能技术成为电动汽车研究的重要方面，其中再生制动作为电动汽车节能主要手段，受到国内外学者广泛关注[1-2]。设计阶段的电动汽车结构和动力系统设计、运行阶段的控制策略和制动工况等都是影响再生制动能量回收效果的因素[3]。 目前，制动工况方面的分析研究，多集中对制动工况进行解耦，分别研究制动初速度和制动强度对制动回收能量效果的影响[4-6]，并未综合分析制动工况各因素影响能量回收效果之间的耦合关系，或分析制动强度与制动初始速度对能量回收效果贡献大小。 制动工况分为两种，单次制动工况和循环制动工况[7]，循环制动工况多用在试验条件下对电动车性能测试，日常驾驶中更多应用的是单次制动工况。单次制动工况为本文研究工况，其影响因素包含两个方面：制动强度(z )和制动初速度。 本文以较为普遍的集中电机前轴驱动电动汽车为研究对象，采用制动稳定性较好的理想制动力分配策略，利用Matlab/Simulink 与Isight 建立联合仿真平台，对由制动初速度和制动强度组成的连续设计空间进行试验设计(DOE)。采用最优拉丁超立方设计(Optimal latin hypercube design ，OptLHD)对连续设计空间进行采样，分析制动回收能量与制动初速度和制动强度之间的关系，分析制动工况对制动能量回收的主效应和交互效应，和影响制动能量回收的主次因素。 1制动能量回收影响因素分析 再生制动时受各种阻力损耗、摩擦制动器消耗、电机和电池工作特性和效率、相关部件工作效率等方面的影响，未能将制动动能完全转化为电能存储在蓄电池中。综上各方面将主要因素分为一下三类： (1)影响制动总能量的因素，制动总能量计算公式为()222 1e s v v m E -=（式中，E 为制动总能量，kJ ；m 为电动车整备质量，kg ；s v 和e v 分别为为车辆制动初始和终止速度，1s m -?），得出影响因素主要是制动初速度、电动汽车整备质量等。 (2)影响可回收能量的因素，如制动强度、车辆结构（滚动阻力消耗、空气阻力消耗等）、制动力分配策略（摩擦制动损耗）等。 (3)影响再生制动回收能量的因素，如驱动系统布置、电机和电池工作特性、传动系统特性、各部件及传递线路损耗、控制器损耗等。 以上影响因素主要归为四个方面：车辆结构、动力系统结构、制动工况、制动控制策略，在设计阶段车辆结构、动力系统结构和控制策略确定后，制动工况成为可根据驾驶员主观操纵的影响再生制动能量回收效果的唯一因素。 2仿真模型与验证 2.1理想再生制动力分配策略 本文采用文献[8]中制定的理想制动力分配策略。理想再生制动力分配策略可以保证前后轴制动力得到合理分配，制动稳定性好，该策略包含制动力在前后轴的分配及在电机制动力与摩擦制动力之间的分配两部分。分配电机制动力和摩擦制动力时要优先利用电机制动力，不足部分再由摩擦制动力补充。 2.2建立仿真模型 使用MATLAB/Simulink 建立整车、电机、电池和控制策略等模型，整车参数如表1所示。
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。
10.16638/https://www.doczj.com/doc/c0298987.html,ki.1671-7988.2018.13.021 浅谈再生制动能量回收技术 靳永言，张伟 （长安大学汽车学院，陕西西安710064） 摘要：电动汽车续驶里程不足是制约电动汽车产业化发展的主要瓶颈，因此在有限车载能源情况下，提高电动汽车运行效能具有重要意义。尤其是电动城市客车运行在低速、制动频繁的城市工况，能量利用率提升空间更为客观。电动城市客车运行能效关键技术涉及：电池SOC的准确估算、驱动电机效率优化控制和再生制动能量回收。而其最主要的则为再生制动能量的回收，通过制定合理的优化法案、控制策略以及基于此基础上的一些高效的系统和技术方法来提升汽车的效能。 关键词：续驶里程；运行效能；能量利用率；制动能量回收 中图分类号：U473.9 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2018)13-65-03 Brief Discussion on Regenerative Braking Energy Recovery Technology Jin Yongyan, Zhang Wei （School of automotive engineering, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064） Abstract:The lack of driving range of electric vehicles is the main bottleneck that restricts the development of electric vehicles.Therefore, under the condition of limited on-board energy, it is of great significance to improve the operating efficiency of electric vehicles.In particular, electric city buses operate in low-speed, frequent-brake urban conditions, and the energy efficiency improvement space is more objective.The key technologies for operating energy efficiency of electric city buses involve accurate estimation of battery SOC, optimal control of drive motor efficiency, and regenerative braking energy recovery.And the most important one is the recovery of regenerative braking energy.Improve the efficiency of cars by formulating sound optimization laws, control strategies, and some efficient systems and techniques based on them. Keywords: driving range; operating efficiency; energy utilization; braking energy recovery CLC NO.: U473.9 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)13-65-03 引言 制动能量回收技术最早应用于电力机车，电力机车驱动时从电网上取电，制动能量回收时产生的电能则被回馈到电网中去。制动能量回收技术应用于电动汽车开始于20世60年代，但受到当时的电力电子技术和电池技术水平限制，发展一直缓慢。直到20世90年代以后，随着日本丰田和本田等公司商品化的混合动力乘用车产品的陆续推出，电动汽车制动能量回收技术的研究和开发加速，在设计理论和控制方法等方面取得了较大的进步。正因为制动能量回收系统对改善和提高电动汽车能量效率具有重要作用，目前在市场上销售的各类电动汽车产品中已被普遍采用。 本文档为某电动汽车效能提升试验NEDC工况、60km/h 等速工况、WLTC工况及充电工况的试验数据采集及分析。本文档通过对零部件优化过后的某电动汽车进行工况试验及数据采集，得到车辆的续驶里程，能量消耗率等整车性能数据，并分析各系统的效率。 作者简介：靳永言，就读于长安大学。 65