地鐵再生制動能量回饋系統(tǒng)自適應(yīng)啟動電壓分析

李佩

摘要：再生制動能量回饋系統(tǒng)是地鐵剎車動能在利用的重要途徑。實現(xiàn)其自適應(yīng)啟動電壓的合理控制，對于地鐵動能的高校利用和運行質(zhì)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(tǒng)應(yīng)用原理的基礎(chǔ)上，對再生制動能量回饋系統(tǒng)自適應(yīng)啟動電壓的實現(xiàn)過程進行分析。期望有利于自適應(yīng)啟動電壓控制的合理，進而在提升再生制動能量回饋系統(tǒng)利用效率的同時，實現(xiàn)地鐵運行質(zhì)量的有效保證。

關(guān)鍵詞：地鐵；再生制動能量回饋；自動電分相位移；接觸網(wǎng)

現(xiàn)代城市發(fā)展中，地鐵建設(shè)是實現(xiàn)城市交通運輸壓力緩解的有效途徑；確保地鐵系統(tǒng)運行的高效、穩(wěn)定，對于人們生活質(zhì)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(xiàn)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(tǒng)在地鐵工程中的以廣泛應(yīng)用。就應(yīng)用過程來看，再生制動能量回饋系統(tǒng)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(xiàn)地鐵再生制動能量回饋系統(tǒng)自適應(yīng)啟動電壓的控制勢在必行。

一、地鐵再生制動能量回饋系統(tǒng)的應(yīng)用原理

再生制動能量回饋系統(tǒng)是地鐵制動能力轉(zhuǎn)化應(yīng)用的基本支撐。設(shè)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(cè)的能量逆變回饋到交流側(cè)，實現(xiàn)再生制動能量回饋系統(tǒng)電壓控制的規(guī)范合理，避免電能損耗現(xiàn)象發(fā)生[1]

變流裝置應(yīng)用中，地鐵制動控制的能量會被集中回饋到供電系統(tǒng)的中壓網(wǎng)測。需要注意的是，為實現(xiàn)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(tǒng)交流中壓網(wǎng)側(cè)的諧波含量劑型規(guī)范，確保設(shè)備整體輸出效率、諧波含量和耐壓登記的穩(wěn)定。

二、再生制動能量回饋系統(tǒng)自適應(yīng)啟動電壓控制模型設(shè)計

1、地鐵再生制動能量回饋系統(tǒng)模型

某地鐵工程建設(shè)中，為實現(xiàn)地地鐵制動能量的高效利用，工程設(shè)計人員進行了五套再生制動能量回饋裝置的應(yīng)用；剎車制動過程中，該系統(tǒng)會將剎車的能量進行吸收，并及時的反饋到交流電網(wǎng)系統(tǒng)中進行再次利用。該環(huán)節(jié)中，啟動電壓值的設(shè)置是其控制的重點；具體而言，若啟動電壓值設(shè)計不合理，就會導(dǎo)致穩(wěn)壓效果降低，引起回饋能量減少、回饋裝置啟動頻繁等現(xiàn)象的發(fā)生，影響回饋能量的高效應(yīng)用。

地鐵再生制動能量回饋系統(tǒng)模型建立中，設(shè)定裝置啟動電壓為固定值，則記錄35kv交流環(huán)網(wǎng)的電壓變化情況，可知該系統(tǒng)的交流環(huán)網(wǎng)電壓變化大于800v，容易對地鐵運營的穩(wěn)定性造成影響。對此，設(shè)計人員對回饋系統(tǒng)自適應(yīng)啟動電壓的控制方式進行優(yōu)化，即再生制動能量回饋系統(tǒng)應(yīng)用中，一旦系統(tǒng)采集整流機組側(cè)35kV電壓，則對其接觸網(wǎng)空載網(wǎng)壓的理論值進行計算，計算公式比例為35kV：1672V；此時在空載網(wǎng)壓理論值的基礎(chǔ)上，進行增量添加，并將最終得到的數(shù)值最為再生制動能量回饋裝置的啟動電壓值。

2、設(shè)計自啟動電壓設(shè)置方式

再生制動能量回饋系統(tǒng)應(yīng)用中，為實現(xiàn)中亞環(huán)網(wǎng)電壓的實時測量，工程人員須在35kv電壓采集的基礎(chǔ)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(shù)等參數(shù)的控制；并在增量控制參數(shù)設(shè)計的同時，進行設(shè)備啟動電壓值的規(guī)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(tǒng)自適應(yīng)啟動電壓控制的基本模式。需要注意的是，為確保自適應(yīng)啟動電壓控制的合理化，再生制動能量回饋系統(tǒng)的折算系數(shù)一般取默認值1.41，并且受各站點現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)的影響，該折算系數(shù)可進行適當(dāng)?shù)奈⒄{(diào)，確保自啟動電壓設(shè)置的合理規(guī)范。

三、再生制動能量回饋系統(tǒng)自適應(yīng)啟動電壓設(shè)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(tǒng)自適應(yīng)啟動電壓的規(guī)范設(shè)計很有必要。同時，一旦設(shè)計電壓得以確定，工程建設(shè)人員需對其空載狀態(tài)和增量值設(shè)置狀態(tài)下的啟動電壓進行驗證。

1、空載狀態(tài)下自啟動電壓設(shè)置驗證

自啟動電壓設(shè)置空載驗證中，工程人員將地鐵開關(guān)柜電壓設(shè)置為1500v，然后對車輛運行的全天候數(shù)據(jù)進行采集和分析；同時將采集數(shù)據(jù)與再生制動能量吸收裝置計算出來的接觸網(wǎng)空載電壓值進行對比，結(jié)果顯示：再生制動能量回饋系統(tǒng)應(yīng)用中，接觸網(wǎng)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(tǒng)支撐下，其空載電壓值的計算結(jié)構(gòu)相對準確，并且可以作為地鐵系統(tǒng)啟動電壓值的基準進行實際應(yīng)用。

2、增量值設(shè)置狀態(tài)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(guī)范，工程人員往往會在空載電壓值的基礎(chǔ)上，進行電壓增量值的增加。試驗設(shè)計中，工程人員將某地鐵的接觸電壓保持在1800v以內(nèi)，并且波動電壓基本穩(wěn)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(tǒng)的回饋能量如表1所示。由回饋能量統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，當(dāng)啟動電壓增量值提升時，再生制動能量回饋系統(tǒng)的回饋能量會有所減少。

為實現(xiàn)不同增量狀態(tài)下再生制動能量回饋系統(tǒng)自適應(yīng)啟動電壓設(shè)置的規(guī)范，確保能量回饋控制的合理，試驗設(shè)計人員在考量鄰車能量吸收的基礎(chǔ)上，對增量值為5v狀態(tài)下的回饋能量進行分析。結(jié)果顯示，當(dāng)啟動電壓的增量值由15v轉(zhuǎn)為5v后，地鐵再生制動能量回饋系統(tǒng)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(tài)發(fā)生以下變化：其一，地鐵運營過程中，接觸網(wǎng)能量的回饋過渡頻繁，其使得牽引系統(tǒng)的損耗有所增加，加大了能量回饋系統(tǒng)的工作負荷。其二，當(dāng)再生制動能量回饋系統(tǒng)自適應(yīng)啟動電壓保持在1500v～1710v時，地鐵制動能量的轉(zhuǎn)化較為高效，而當(dāng)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(dāng)自啟動電壓值過低時，地鐵再生制動能量回饋系統(tǒng)的啟動較為頻繁，不利于車輛牽引性能的發(fā)揮，而當(dāng)自啟動電壓值過高時，裝置能量回饋減少，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)壓控制。因此，需在地鐵實際運行情況的基礎(chǔ)上，進行其自啟動電壓的合理設(shè)置。

結(jié)論

自啟動電壓控制對于地鐵再生制動能量回饋系統(tǒng)的高效應(yīng)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(huán)境進行系統(tǒng)考慮，并在空載電壓的基礎(chǔ)上，進行電壓增量的合理規(guī)范，才能確保自適應(yīng)啟動電壓控制的合理，進而在提升再生制動能量回饋系統(tǒng)利用效率的同時，實現(xiàn)地鐵運行質(zhì)量的有效保證。

參考文獻

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

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

（作者單位：廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司）