米乐m6官网地铁能馈再生制动能量利用原理机车再生制动能量吸收利用方案 2014年8月 汇报内容 一、机车再生制动能量吸收利用的意义 二、国内外技术现状 三、再生制动能量吸收利用方案比较 四、中压逆变型装置应用效果 五、发展方向展望 一、机车再生制动能量吸收利用的意义 1.传统机车制动能量的处理过程 机械能→电能 机械能→热能 机械能→热能 一、 机车再生制动能量吸收利用的意义 2.传统机车制动能量的处理缺陷 一、机车再生制动能量吸收利用的意义 3.机车再生制动能量吸收利用的意义 将再生制动的能量回收再利用； 可采用储能、回馈等方式。 减少隧道内热量的排放； 减小环控动力负荷，节约环控投资。 减小机车轴重，增加了载客能力； 节约车底空间，减小电气布线难度。 二、国内外技术现状 再生电能利用装置主要原理是：当处于再生制动工况的列车产生的制动能量不能完 全被车辆和本车的用电设备吸收时，牵引网电压将很快上升，网压上升到一定程度 后，牵引变电所中设置的再生制动能量吸收装置投入工作，吸收掉多余的再生电流，使车 辆再生电流持续稳定，以最大限度地发挥再生制动性能。 目前再生能量吸收装置主要包括电阻耗能型、逆变回馈型（分为中压逆变和低压逆 变）、电容储能型、飞轮储能型和几种类型。 6 二m6体育、国内外技术现状 1、电阻耗能型 电阻室设置在地面的方案存在以下问题： （1）发热问题 由于电阻装置将吸收的能量均以发热的形式消耗 掉，装置顶部温度高，出现过烤化灯管等问 题 。(北京地铁15号线中段地下站的电阻室 设置在地面，为封闭式房间，后改为栏杆形 式。) （2）噪音污染 通过对北京已通线运行情况调查，电阻工作时会 电阻吸收装置接线示意图 发出刺耳的噪音，对周围居民生活影响较大 。 二、国内外技术现状 1、电阻耗能型 2、逆变回馈型 主要由晶闸管或IGBT逆变器和组成。当牵引网上有列车进行再生制动 时，回馈逆变型装置将直流侧的机车制动能量转化为交流侧电能送回中压AC33kV （或35kV）或低压AC400V系统中。 按照电压等级分为中压逆变型和低压逆变型两种。 （1）中压逆变型：将制动能量转换为交流电后向地铁中压供电环网发送，通过中压 环网系统的再分配向设备供电。 （2）低压逆变型：将制动能量转换为交流电后向本站变电所400V系统供电，由本车 站变电所低压动照设备吸收利用。 二、国内外技术现状 2.1 逆变回馈型——低压逆变+电阻（逆变至0.4kV） 该装置直流侧接DC1500V或DC750V母线V母线，主要由电阻和逆变单元构 成。 逆变+电阻装置接线示意图 受制于逆变电压等级（0.4kV）与IGBT元器件生产工艺，目前低压逆变装置750V系统 最大容量650kW，1500V系统最大容量为1200kW。 因此，目前采用低压逆变的方案均为逆变+电阻方案。 二、国内外技术现状 2.2 逆变回馈型——中压逆变型（逆变至10kV 或35kV网络） 逆变回馈型再生电能利用装置的直流侧与牵引变电所中的整流器直流母线相联，其交流进 线接到交流电网上，将再生电能逆变成工频交流电回馈至交流电网。 K1 450V KM1 #1 + P1 K2 L P Q1 N1 - KM2 1500V 交流电网 450V #2 + P2 Q2 N2 - N 变压器 交流低压开关柜 双向变流器柜 直流接触器柜 2MW 双向逆变型电能吸收装置组成图 双向逆变型电能吸收装置系统接线图 中压逆变装置通常不设置电阻。 各供货商提供的产品基本原理相同，但容量配置略有区别。 二、国内外技术现状 3、储能型（超级电容储能、飞轮储能） 储能型再生制动能量吸收装置主要采用IGBT逆变器将列车的再生制动能量吸收到大容量电 容器组或飞轮单元中。当供电区间内有列车起动、加速需要取流时，该装置将所储存的电 能释放出去并进行再利用。 储 能 单 元 电容储能装置原理图 储能装置接线示意图 电容型储能装置也是通过IGBT单元完成能量的交换。 理论上，超级电容的寿命约100万~150万充放电周期。 根据北京地铁现状，当线路投入运营后很快就达到远期高峰小时2分钟的发车间隔，因 此对电容的寿命是个较大的挑战。 经初步估算m6体育，电容型装置在北京地铁的寿命约10年。 二、国内外技术现状 3、储能型（超级电容储能、飞轮储能） 电容储能型应用情况： 德国西门子公司生产IGBT暂波控制技术的电容储能装置（SITRAS-SES），在科隆地铁、宾 夕法尼亚州地铁以及北京地铁5号线有应用。 韩国、日本均有成熟产品在轨道交通中应用。 国内的湖南恒信电气股份已经研制出超级电容储能装置。株洲南机也研制出一套小容量的 超级电容储能装置，挂在其公司环线试验线上使用。也有公司正在研制中，例如广州 地铁公司、中铁电化院与时代电气正在研制中。 飞轮储能型应用情况： 飞轮储能型制动能量利用装置是英国一家UPT公司研制的设备，该公司目前已被冀东水泥收 购，成为冀东水泥的全资子公司，总部设在唐山。在美国的纽约Far Rockaway线、香港城 巴、英国伦敦地铁、法国里昂地铁等使用。 国内的镇江大全赛雪龙已经研制出飞轮储能装置，还没有挂网试运行。 三、再生制动能量吸收利用方案比较 比较项目 电阻消耗 电容储能 飞轮储能 逆变回馈 方案描述 将制动能量消耗在吸 将制动能量储存到 将制动能量储存在 将制动能量转换成 收电阻上，对能量没 电容器组中，需要 旋转的飞轮中，需 交流电，返回到交 有再利用的效果。 时释放出去 要时转换成电能释 流系统 放出去 技术成熟度 成熟，已国产化 国外设备比较成熟 国外设备比较成熟 成熟，已国产化； ，国内已有样机 ，国内正在研制中 在北京已推广使用 ，尚无挂网应用 节能效果 无节能效果 有节能效果，无实 有节能效果，无实 节能效果好，有实 际测试验证 际测试验证 际测试验证 设备投资比较（ 万元/套） 100 400 400 240 应用 应用较多，北京、广 州、重庆、郑州等地 北京5号线(进口设 备) 国内无实际应用 北京、郑州、长沙 。 广州有挂网试验 建议推荐方案 推荐采用逆变回馈型，实时跟踪储能型再生电能利用装置的技术发展，在工程中对 土建条件进行包容性预留。 四、中压逆变型装置应用效果 1、中压逆变型装置接入系统方案 ① 替代传统整流机组，采用双向变流技术，完成整流和逆变两种功能； ② 替换一套传统整流机组，与另一套整流及组件并联运行，既要实现再生电能利用，又要 实现整流功能； ③ 与传统整流机组并联，仅使用逆变功能，完成再生电能利用。 整流 二极管整流机组 交流电网 直流母线脉波 逆变 能馈式供电装置 目前牵引变电所中压逆变装置接入方案 四、中压逆变型装置应用效果 2、中压逆变型装置系统参数 ? 额定功率：2*1000kW（连续）； ? 峰值功率：125%额定（1分钟）； ? 系统功能：整流、逆变、无功补偿； ? 功率器件：IGBT智能功率模块； ? 交流输入：2* AC3Ф×450V； ? 直流输出：1500-2000V(宽范围)； ? 功率因数：0.99 ； ? 变流器效率：98%（额定功率下）； ? 电流谐波畸变：3%（额定功率，计算到51次谐波）； ? 冷却方式：强迫风冷； ? 防护等级：IP2O； 四、中压逆变型装置应用效果 3、中压逆变型装置应用情况 线路 容量 数量 供货商 备注 北京10号线 千驷驭 示范性应用 北京14号线 时代电气 示范性应用 （20s/120s） 北京15号线 湖南恒信 示范性应用 北京14号线号线 湖南恒信 招标 北京5号线号线号线 时代电气 科研招标 郑州1号线 许继 示范性应用 据了解，厦门2号线号线等线路拟采用中压逆变型装置 ，上海、无锡、苏州、杭州等地区地铁不设置再生电能利用装置；宁波、青 岛等地区正在开展调研工作。 17 四、中压逆变型装置应用效果 4、设备实物照片-北京10号线kW 双向变流柜 变压器 交流低压开关柜 中压能馈装置 四、中压逆变型装置应用效果 4、设备实物照片-14号线s） 变压器 双向变流器 直流柜（隔离开关 和电抗器） 四、中压逆变型装置应用效果 5、实测数据分析-北京10号线 能馈装置未投入时列车直流电压、电流与速度曲线 1150 1100 1050 1000 950 900 850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 时间 车速 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 电流/A 电压/V 车速km/m 直流网压迅速 上升到980V左 右，机械制动 投入。 车辆条件：3动3拖, AW0载荷 四、中压逆变型装置应用效果 5、实测数据分析-北京10号线 能馈装置投入后列车直流电压、电流与速度曲线 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 -100 -200 -300 -400 -500 -600 -700 -800 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 时间 车速 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 电流/A 电压/V 车速km/h 直流网压得到有 效抑制。 充分利用了再生 制动，可减小闸 瓦磨耗，节能。 车辆条件：3动3拖, AW0载荷 四、中压逆变型装置应用效果 5、实测数据分析-10号线 根据实测数据，十里河变电所能馈装置1月22-4月10日期间日均节能1724度。 注：1月31-2月4日为表计通信故障，实际设备运行正常m6体育。 四、中压逆变型装置应用效果 5、实测数据分析-10号线 根据实测数据，西钓鱼台变电所能馈装置1月22-2月1日期间日均节能1555度。 四、中压逆变型装置应用效果 5、实测数据分析-北京14号线 四、中压逆变型装置应用效果 5、实测数据分析-北京14号线 中压逆变型装置反馈电能情况 日期 每天反馈电能（kWh） 园博园 大井 2013/6/14 2536 3904 2013/6/15 3148 3950 2013/6/16 2486 4024 2013/6/17 2146 2658 2013/6/18 2189 2172 2013/6/19 2246 4654 2013/6/20 2449 1645 2013/6/21 1727 5569 2013/6/22 3079 1875 2013/6/23 2177 3877 2013/6/24 2007 4500 2013/6/25 2191 2206 2013/6/26 2249 3516 2013/6/27 2084 5189 平均值 2337 3553 25 四、中压逆变型装置应用效果 5、实测数据分析-北京14号线 中压与低压逆变回馈电能对比 变电所日反馈电能（kWh） 0.9MW 3.6MW 0.9MW 0.9MW 0.9MW 3.6MW 0.9MW 张郭庄 园博园 区间所 大瓦窑 停车场 大井 西局 1 286 2890 0 1110 17 3558 439 2 213 2246 0 129 49 3135 303 3 292 0 1 168 33 3687 393 4 256 2513 0 227 35 3829 316 5 268 2924 0 175 34 3752 207 26 四、中压

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