地鐵牽引系統供電的節能優化分析

王垚 呂井利

摘要：隨著我國社會經濟的不斷發展，城市化腳步在不斷的加快，城市人口也得到了大幅度的增加，導致城市交通擁堵，為了解決城市交通堵塞問題，地鐵成為了目前各大城市重點開發的交通方式，地鐵能夠有效的緩解城市交通問題。但是地鐵在運行的過程中牽引供電系統由于工作時間較長效率低，從而增加了能源的消耗。為了響應我國節能減排的號召，要對地鐵牽引系統共建節能進行相關的優化措施。本文將針對地鐵牽引系統中供電節能優化，進行簡單的討論分析。

關鍵詞：地鐵;牽引系統;供電;節能優化;

牽引系統是地鐵交通系統中的基礎能源設備，能夠為地鐵提供建立資源，保障地鐵的穩定運行。目前地鐵牽引系統中使用的供電方式是集中供電，由于地鐵在運行過程中，相鄰站臺距離較短，需要頻繁的啟動和停止，在這個過程中會產生巨大的能量，從而導致電能的浪費。在地鐵牽引系統中使用儲能裝置能夠對制動能量進行再生處理，同時可以儲存大量的動能，從而減少不必要能源的浪費，同時能夠保證牽引系統供電的穩定，改善牽引系統供電質量，提高地鐵運行的穩定性【1】。如圖1所示。

一.地鐵牽引系統供電現狀

1.對再生能源利用率低

傳統的地鐵牽引系統共建中對于再生能源的利用率極低，由于傳統牽引系統中消耗自動能量的方法是通過電阻進行，通過電阻將自動能量吸收，并以熱能的形式進行儲存并再次利用，但是在再次利用的過程中，由于電阻器的分散和消耗，從而將大部分的熱量直接釋放到周圍環境中，無法保證熱能再利用的效率，在再利用的過程中再生能量會產生大量的浪費，從而出現能源再利用率低的情況。

2.投資過大

在傳統的地鐵線供電系統中，通常使用的是補丁式的解決方案，導致牽引供電系統的組成越來越復雜，設備種類在不斷的增加，需要的安裝空間和設備的投資也隨之增加。在牽引供電系統中，以無功補償設備為例，每條線路的無功補償設備投資金額需要達到千萬元，導致成本資金投入過大。

二.地鐵牽引系統供電節能優化

1.并網回饋型吸收裝置

并網回饋型吸收裝置主要有大功率的晶閘管和三相逆變器組成，其中逆變電流的流向能夠決定逆變的模式，逆變模式可以分為逆變回饋型和逆變負載性。首先是逆變回饋型通過逆變器反饋再生制動技術，將列車制動時產生的能源經過逆變器轉化為交流電，能再將所收集的交流電能，通過升壓整流器反饋到牽引系統中的變電所回饋的這部分技能能夠對于地鐵牽引系統中的設備進行使用，這樣一來就能節省電網，對于這部分設備的電力輸入，從而達到節能的效果，同時逆變回饋再生制動技術能夠對牽引系統的電壓進行穩定，從而保障牽引系統更加穩定運行。其次就是逆變負載型逆變負載型，將電能逆變后供給負載使用將吸收的直流電能，經過逆變器轉化為交流電，地鐵中的相關用電設備，可以用這部分交流電作為負載使用，從而達到節約能源的目的，但是由于地鐵頻繁的開停，會出現間歇性的制動，從而導致負載功率出現波動無法為系統提供穩定的電流【2】。如圖2所示。

2.儲能吸收裝置

儲能吸收裝置，能夠利用車輛產生的再生能量，地鐵在加速行駛的過程中，牽引系統中的網壓會產生下降，這時如果儲能裝置能夠提供能量，可以有效的提高網壓，實現節能目的。較為常見的儲能吸收裝置，包括飛輪儲能裝置和超級電容儲能裝置【3】。首先是飛輪儲能系統飛來儲能系統主要由飛輪轉子軸承發電機變化器和真空室組成。飛輪儲能系統通過旋轉體的動能進行儲存，在牽引系統中，飛輪儲能裝置以集裝箱的形式安裝在軌道上，通過電機旋轉帶動飛輪旋轉將電機中的電能轉化為動能，當使用飛輪儲存中的能量使飛輪會減慢旋轉速度將動能輸出為電能。最后就是超級電容儲能超級電容儲能是一種最新的儲能系統，由于自身性能優良，并且能夠儲存大容量的能源，再加上充放電速度快，使用壽命長，體積重量小，產生的物質對環境不會造成污染，在地鐵牽引系統中被廣泛應用。超級電容儲能具有高功率，能夠滿足大規模的電流充放電需求，通過串聯和并聯的方式將單體連接到一起，能夠實現大功率，需要同時能夠有效的吸收地鐵產生的再生制動能量。將超級電容器連接到牽引系統中，在地鐵制動的過程中產生再生制動能量，從而將直流電網中的電壓進行升高，超級電容儲能系統可以吸收多余的能量維持電網電壓的穩定，當列車在加速行駛或啟動時，超級電容儲能系統便將儲存能量提供給列車使用，降低牽引系統中的供電壓力【4】。超級電容儲能裝置可以將牽引系統電壓控制在合理的范圍內，通過利用超級電容儲存裝置，對地鐵線系統中產生的能源進行收集，在需要能源時進行提供，能夠有效達到地鐵牽引系統供電節能優化效果。

結語：綜上所述，地鐵牽引系統對于能源的需求極大，通過使用儲能吸收裝置來利用地鐵運行中產生的能量，在切系統需要能量時，將儲存的能量進行釋放，能夠有效的達到節能目的。

參考文獻：

[1]楊靜.地鐵牽引系統供電的節能優化[J].大眾標準化，2019（18）：55-56.

[2]許昕. 地鐵牽引供電系統節能優化設計研究[D].北京建筑大學，2019.

[3]劉良杰，陳文光，劉雄，何濤.地鐵永磁同步牽引系統節能技術研究[J].機車電傳動，2018（06）：23-25+41.

[4]王貴久. 地鐵列車牽引系統節能新技術應用研究[D].北京交通大學，2018.