地鐵再生制動能量逆變回饋技術的應用

陳懷軍

【摘? 要】天津地鐵1號線東延線采用了中壓逆變回饋裝置，能夠將動車制動能量逆變回饋至地鐵中壓交流供電系統，取得了較好的效果。研究吸收再生制動能量，提高再生制動能量利用率，對節能減排具有重要的意義。

【關鍵詞】地鐵;再生制動;逆變回饋

中圖分類號：U231.94

1.再生制動能量利用情況簡介

目前地鐵列車普遍采用VVVF技術，地鐵列車在運行過程中，由于車站間距一般較短，車輛需要頻繁啟動制動，一般城市地鐵制動能量可達到牽引能量的20%-40%，制動能量相當可觀。地鐵牽引供電系統普遍采用二極管整流器，電能只能由交流電網向牽引網單向流動，當車輛制動時，多余的再生制動能量使直流電網電壓升高，由列車的制動電阻耗散。早期采用的地面電阻解決方案是將電能利用地面電阻耗散，不能將電能利用，還會造成變電站溫升等問題。后來，又發展出了電容儲能等解決方案，成本較高、電能利用效率較低，沒有得到大量應用。近年來，基于PWM逆變的能饋逆變型裝置在國內地鐵大量應用。從運行情況來看，裝置運行安全，節能效果明顯。此外，雙向變流回饋型裝置也得到了工程應用。

2.中壓能饋裝置介紹

中壓能饋型再生制動電能裝置的核心是大功率的逆變器。逆變器是在脈寬調制技術的基礎上發展而來的一種功率變換裝置，其主電路構成上可以看成是一臺三相PWM逆變器。PWM逆變器采用脈寬調制技術，能夠在其交流側輸出幅值和相位可控的三相交流電。地鐵動車制動時，裝置由直流母線收集制動能量，能饋逆變裝置將直流電能逆變為交流電能，并變壓成地鐵中壓交流額定電壓，反饋給地鐵供電系統中的用電負荷。

天津地鐵1號線東延線采用了北京千駟馭電氣有限公司的中壓能饋型再生制動電能利用裝置，該套裝置的設備包括能饋隔離開關柜、能饋逆變柜、能饋變壓器和裝置控制系統。其主要技術參數如下：

額定功率：2×500kW;短時功率：2×1000kW（30s/120s）;

交流額定電壓：35kV;直流額定電壓：750V;交流高低壓變比：35kV/0.45kV/0.45kV;

功率器件：IGBT智能功率模塊;功率因數：>0.99;逆變器效率：>98%（額定功率下）;

電流諧波畸變率：<3%;冷卻方式：強迫風冷。?

能饋逆變柜采用先進的IGBT智能功率模塊集成技術，實現IGBT功率器件與驅動器以及參數傳感器的高度集成，并配備彈性壓接技術和無基板技術，大大提高系統可靠性。

整套裝置的控制系統主要功能是逆變器控制和系統監控。系統監控包括設備電氣參數采集、運行狀態的監視、設備控制、數據存儲以及控制參數的設定等，監控系統提供設備的運行保護和控制。逆變器控制是整套裝置的控制核心，其參數設定是系統正常工作和制動能力逆變回饋效率的關鍵，如果參數設定不合理，其逆變功能甚至無法實現，也就達不到節能的目的。

3.天津地鐵逆變回饋裝置的運行情況

天津地鐵1號線東延線供電系統環網額定電壓為35kV，牽引供電系統采用直流750V第三軌供電。目前開通運營2個車站，列車運行間隔高峰4分鐘平峰6分鐘，每日開行300多列次。雙林站回饋電壓設定值為865V，李樓站回饋電壓設定值為840V。下表1是部分逆變回饋電量的統計數據。

從上表中可以看出李樓站回饋電量明顯高于雙林站，下一步將繼續優化參數，使裝置發揮更大作用。1號線東延正線共有9個牽引站，預計全線開通后每年可節省電量約300萬度。

4.結語

再生能量中壓能饋逆變裝置已經日趨成熟，產品運行穩定，節能效果顯著，中壓能饋逆變技術是目前國內地鐵再生能量利用的主流技術，各類型再生制動能量利用裝置的普遍應用是我國城市軌道交通的牽引供電系統綠色發展的趨勢。

參考文獻：

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[3]陳哲.北京地鐵10號線中壓饋能型再生制動電能利用裝置[J].現代城市軌道交通，2015（1）：5-7.

（作者單位：天津市地下鐵道運營有限公司）