地鐵再生制動能量回饋系統自適應啟動電壓分析

李佩

摘要：再生制動能量回饋系統是地鐵剎車動能在利用的重要途徑。實現其自適應啟動電壓的合理控制，對于地鐵動能的高校利用和運行質量提升具有深刻影響。本文在闡述地鐵再生制動能量回饋系統應用原理的基礎上，對再生制動能量回饋系統自適應啟動電壓的實現過程進行分析。期望有利于自適應啟動電壓控制的合理，進而在提升再生制動能量回饋系統利用效率的同時，實現地鐵運行質量的有效保證。

關鍵詞：地鐵；再生制動能量回饋；自動電分相位移；接觸網

現代城市發展中，地鐵建設是實現城市交通運輸壓力緩解的有效途徑；確保地鐵系統運行的高效、穩定，對于人們生活質量提升具有重大影響。實踐過程中，地鐵的剎車制動具有大量的動能消耗，實現這些剎車動能的再利用有助于地鐵運行效率的提升；基于此，再生制動能量回饋系統在地鐵工程中的以廣泛應用。就應用過程來看，再生制動能量回饋系統的在運作需要大量直流電壓作為牽引，為避免電力過分損耗，實現地鐵再生制動能量回饋系統自適應啟動電壓的控制勢在必行。

一、地鐵再生制動能量回饋系統的應用原理

再生制動能量回饋系統是地鐵制動能力轉化應用的基本支撐。設備運作過程中，變流器是制動能量回饋裝置的核心，其能在整流機制的支撐下，將直流側的能量逆變回饋到交流側，實現再生制動能量回饋系統電壓控制的規范合理，避免電能損耗現象發生[1]

變流裝置應用中，地鐵制動控制的能量會被集中回饋到供電系統的中壓網測。需要注意的是，為實現再生制動能量回饋的高效進行，回饋裝置的核心部分需滿足功率要求，同時需對系統交流中壓網側的諧波含量劑型規范，確保設備整體輸出效率、諧波含量和耐壓登記的穩定。

二、再生制動能量回饋系統自適應啟動電壓控制模型設計

1、地鐵再生制動能量回饋系統模型

某地鐵工程建設中，為實現地地鐵制動能量的高效利用，工程設計人員進行了五套再生制動能量回饋裝置的應用；剎車制動過程中，該系統會將剎車的能量進行吸收，并及時的反饋到交流電網系統中進行再次利用。該環節中，啟動電壓值的設置是其控制的重點；具體而言，若啟動電壓值設計不合理，就會導致穩壓效果降低，引起回饋能量減少、回饋裝置啟動頻繁等現象的發生，影響回饋能量的高效應用。

地鐵再生制動能量回饋系統模型建立中，設定裝置啟動電壓為固定值，則記錄35kv交流環網的電壓變化情況，可知該系統的交流環網電壓變化大于800v，容易對地鐵運營的穩定性造成影響。對此，設計人員對回饋系統自適應啟動電壓的控制方式進行優化，即再生制動能量回饋系統應用中，一旦系統采集整流機組側35kV電壓，則對其接觸網空載網壓的理論值進行計算，計算公式比例為35kV：1672V；此時在空載網壓理論值的基礎上，進行增量添加，并將最終得到的數值最為再生制動能量回饋裝置的啟動電壓值。

2、設計自啟動電壓設置方式

再生制動能量回饋系統應用中，為實現中亞環網電壓的實時測量，工程人員須在35kv電壓采集的基礎上，進行整流變初級額定電壓、整流變次級額定電壓、整流器空載整流折算系數等參數的控制；并在增量控制參數設計的同時，進行設備啟動電壓值的規范。即在車輛運行過程中，“實時采集電壓+增量電壓”是再生制動能量回饋系統自適應啟動電壓控制的基本模式。需要注意的是，為確保自適應啟動電壓控制的合理化，再生制動能量回饋系統的折算系數一般取默認值1.41，并且受各站點現場實測數據的影響，該折算系數可進行適當的微調，確保自啟動電壓設置的合理規范。

三、再生制動能量回饋系統自適應啟動電壓設置驗證

地鐵運行過程中，運行總成本的40%約為電力消耗成本[2]。因此，進行再生制動能量回饋系統自適應啟動電壓的規范設計很有必要。同時，一旦設計電壓得以確定，工程建設人員需對其空載狀態和增量值設置狀態下的啟動電壓進行驗證。

1、空載狀態下自啟動電壓設置驗證

自啟動電壓設置空載驗證中，工程人員將地鐵開關柜電壓設置為1500v，然后對車輛運行的全天候數據進行采集和分析；同時將采集數據與再生制動能量吸收裝置計算出來的接觸網空載電壓值進行對比，結果顯示：再生制動能量回饋系統應用中，接觸網空載電壓值與35v：1672v比例得出的電壓值基本接近，兩者偏差不超過5v。由此可見，在再生制動能量回饋系統支撐下，其空載電壓值的計算結構相對準確，并且可以作為地鐵系統啟動電壓值的基準進行實際應用。

2、增量值設置狀態下自啟動電壓試驗驗證

地鐵運行過程中，為確保其自啟動電壓值控制的規范，工程人員往往會在空載電壓值的基礎上，進行電壓增量值的增加。試驗設計中，工程人員將某地鐵的接觸電壓保持在1800v以內，并且波動電壓基本穩定。此時，對其空載電壓值分別進行15v和30v的增量值添加；則5套再生制動能量回饋系統的回饋能量如表1所示。由回饋能量統計數據可知，當啟動電壓增量值提升時，再生制動能量回饋系統的回饋能量會有所減少。

為實現不同增量狀態下再生制動能量回饋系統自適應啟動電壓設置的規范，確保能量回饋控制的合理，試驗設計人員在考量鄰車能量吸收的基礎上，對增量值為5v狀態下的回饋能量進行分析。結果顯示，當啟動電壓的增量值由15v轉為5v后，地鐵再生制動能量回饋系統的啟動電壓有所降低，此時，能量回饋吸收雖能進行運行，然其運行狀態發生以下變化：其一，地鐵運營過程中，接觸網能量的回饋過渡頻繁，其使得牽引系統的損耗有所增加，加大了能量回饋系統的工作負荷。其二，當再生制動能量回饋系統自適應啟動電壓保持在1500v～1710v時，地鐵制動能量的轉化較為高效，而當啟動電壓升高或者降低是，其制動能量的回饋總量會有所減少，不利于地鐵的高效運行。其三，當自啟動電壓值過低時，地鐵再生制動能量回饋系統的啟動較為頻繁，不利于車輛牽引性能的發揮，而當自啟動電壓值過高時，裝置能量回饋減少，不利于系統的穩壓控制。因此，需在地鐵實際運行情況的基礎上，進行其自啟動電壓的合理設置。

結論

自啟動電壓控制對于地鐵再生制動能量回饋系統的高效應用具有較大影響。實踐過程中，自啟動電壓的控制需要對地鐵運行環境進行系統考慮，并在空載電壓的基礎上，進行電壓增量的合理規范，才能確保自適應啟動電壓控制的合理，進而在提升再生制動能量回饋系統利用效率的同時，實現地鐵運行質量的有效保證。

參考文獻

[1]宗慶云. 淺析地鐵牽引供電系統再生制動儲能控制[J]. 山東工業技術，2018（2）：138-138.

[2]佚名. 地鐵再生制動能量回饋裝置控制系統設計及應用[J]. 機電信息，2018，564（30）：52-53.

（作者單位：廣州軌道交通建設監理有限公司）