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?qū)榆囍苿幽芰磕孀兓仞佒恋罔F中壓交流供電系統(tǒng)，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(jié)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(tǒng)普遍采用二極管整流器，電能只能由交流電網(wǎng)向牽引網(wǎng)單向流動，當車輛制動時，多余的再生制動能量使直流電網(wǎng)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(fā)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(nèi)地鐵大量應用。從運行情況來看，裝置運行安全，節(jié)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(diào)制技術的基礎上發(fā)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(diào)制技術，能夠在其交流側(cè)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?yōu)榻涣麟娔?，并變壓成地鐵中壓交流額定電壓，反饋給地鐵供電系統(tǒng)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(tǒng)。其主要技術參數(shù)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(shù)：>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(xiàn)IGBT功率器件與驅(qū)動器以及參數(shù)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(tǒng)可靠性。

整套裝置的控制系統(tǒng)主要功能是逆變器控制和系統(tǒng)監(jiān)控。系統(tǒng)監(jiān)控包括設備電氣參數(shù)采集、運行狀態(tài)的監(jiān)視、設備控制、數(shù)據(jù)存儲以及控制參數(shù)的設定等，監(jiān)控系統(tǒng)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(shù)設定是系統(tǒng)正常工作和制動能力逆變回饋效率的關鍵，如果參數(shù)設定不合理，其逆變功能甚至無法實現(xiàn)，也就達不到節(jié)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(tǒng)環(huán)網(wǎng)額定電壓為35kV，牽引供電系統(tǒng)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(tǒng)計數(shù)據(jù)。

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(xù)優(yōu)化參數(shù)，使裝置發(fā)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(jié)省電量約300萬度。

4.結語

再生能量中壓能饋逆變裝置已經(jīng)日趨成熟，產(chǎn)品運行穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著，中壓能饋逆變技術是目前國內(nèi)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(tǒng)綠色發(fā)展的趨勢。

參考文獻：

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（作者單位：天津市地下鐵道運營有限公司）