地鐵牽引系統(tǒng)供電的節(jié)能優(yōu)化分析

王垚 呂井利

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)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(dǎo)致城市交通擁堵，為了解決城市交通堵塞問(wèn)題，地鐵成為了目前各大城市重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的交通方式，地鐵能夠有效的緩解城市交通問(wèn)題。但是地鐵在運(yùn)行的過(guò)程中牽引供電系統(tǒng)由于工作時(shí)間較長(zhǎng)效率低，從而增加了能源的消耗。為了響應(yīng)我國(guó)節(jié)能減排的號(hào)召，要對(duì)地鐵牽引系統(tǒng)共建節(jié)能進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化措施。本文將針對(duì)地鐵牽引系統(tǒng)中供電節(jié)能優(yōu)化，進(jìn)行簡(jiǎn)單的討論分析。

關(guān)鍵詞：地鐵;牽引系統(tǒng);供電;節(jié)能優(yōu)化;

牽引系統(tǒng)是地鐵交通系統(tǒng)中的基礎(chǔ)能源設(shè)備，能夠?yàn)榈罔F提供建立資源，保障地鐵的穩(wěn)定運(yùn)行。目前地鐵牽引系統(tǒng)中使用的供電方式是集中供電，由于地鐵在運(yùn)行過(guò)程中，相鄰站臺(tái)距離較短，需要頻繁的啟動(dòng)和停止，在這個(gè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大的能量，從而導(dǎo)致電能的浪費(fèi)。在地鐵牽引系統(tǒng)中使用儲(chǔ)能裝置能夠?qū)χ苿?dòng)能量進(jìn)行再生處理，同時(shí)可以儲(chǔ)存大量的動(dòng)能，從而減少不必要能源的浪費(fèi)，同時(shí)能夠保證牽引系統(tǒng)供電的穩(wěn)定，改善牽引系統(tǒng)供電質(zhì)量，提高地鐵運(yùn)行的穩(wěn)定性【1】。如圖1所示。

一.地鐵牽引系統(tǒng)供電現(xiàn)狀

1.對(duì)再生能源利用率低

傳統(tǒng)的地鐵牽引系統(tǒng)共建中對(duì)于再生能源的利用率極低，由于傳統(tǒng)牽引系統(tǒng)中消耗自動(dòng)能量的方法是通過(guò)電阻進(jìn)行，通過(guò)電阻將自動(dòng)能量吸收，并以熱能的形式進(jìn)行儲(chǔ)存并再次利用，但是在再次利用的過(guò)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?chē)h(huán)境中，無(wú)法保證熱能再利用的效率，在再利用的過(guò)程中再生能量會(huì)產(chǎn)生大量的浪費(fèi)，從而出現(xiàn)能源再利用率低的情況。

2.投資過(guò)大

在傳統(tǒng)的地鐵線供電系統(tǒng)中，通常使用的是補(bǔ)丁式的解決方案，導(dǎo)致?tīng)恳╇娤到y(tǒng)的組成越來(lái)越復(fù)雜，設(shè)備種類(lèi)在不斷的增加，需要的安裝空間和設(shè)備的投資也隨之增加。在牽引供電系統(tǒng)中，以無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備為例，每條線路的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投資金額需要達(dá)到千萬(wàn)元，導(dǎo)致成本資金投入過(guò)大。

二.地鐵牽引系統(tǒng)供電節(jié)能優(yōu)化

1.并網(wǎng)回饋型吸收裝置

并網(wǎng)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(fù)載性。首先是逆變回饋型通過(guò)逆變器反饋再生制動(dòng)技術(shù)，將列車(chē)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能源經(jīng)過(guò)逆變器轉(zhuǎn)化為交流電，能再將所收集的交流電能，通過(guò)升壓整流器反饋到牽引系統(tǒng)中的變電所回饋的這部分技能能夠?qū)τ诘罔F牽引系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行使用，這樣一來(lái)就能節(jié)省電網(wǎng)，對(duì)于這部分設(shè)備的電力輸入，從而達(dá)到節(jié)能的效果，同時(shí)逆變回饋再生制動(dòng)技術(shù)能夠?qū)恳到y(tǒng)的電壓進(jìn)行穩(wěn)定，從而保障牽引系統(tǒng)更加穩(wěn)定運(yùn)行。其次就是逆變負(fù)載型逆變負(fù)載型，將電能逆變后供給負(fù)載使用將吸收的直流電能，經(jīng)過(guò)逆變器轉(zhuǎn)化為交流電，地鐵中的相關(guān)用電設(shè)備，可以用這部分交流電作為負(fù)載使用，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的，但是由于地鐵頻繁的開(kāi)停，會(huì)出現(xiàn)間歇性的制動(dòng)，從而導(dǎo)致負(fù)載功率出現(xiàn)波動(dòng)無(wú)法為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電流【2】。如圖2所示。

2.儲(chǔ)能吸收裝置

儲(chǔ)能吸收裝置，能夠利用車(chē)輛產(chǎn)生的再生能量，地鐵在加速行駛的過(guò)程中，牽引系統(tǒng)中的網(wǎng)壓會(huì)產(chǎn)生下降，這時(shí)如果儲(chǔ)能裝置能夠提供能量，可以有效的提高網(wǎng)壓，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。較為常見(jiàn)的儲(chǔ)能吸收裝置，包括飛輪儲(chǔ)能裝置和超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置【3】。首先是飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)飛來(lái)儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由飛輪轉(zhuǎn)子軸承發(fā)電機(jī)變化器和真空室組成。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)旋轉(zhuǎn)體的動(dòng)能進(jìn)行儲(chǔ)存，在牽引系統(tǒng)中，飛輪儲(chǔ)能裝置以集裝箱的形式安裝在軌道上，通過(guò)電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)將電機(jī)中的電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，當(dāng)使用飛輪儲(chǔ)存中的能量使飛輪會(huì)減慢旋轉(zhuǎn)速度將動(dòng)能輸出為電能。最后就是超級(jí)電容儲(chǔ)能超級(jí)電容儲(chǔ)能是一種最新的儲(chǔ)能系統(tǒng)，由于自身性能優(yōu)良，并且能夠儲(chǔ)存大容量的能源，再加上充放電速度快，使用壽命長(zhǎng)，體積重量小，產(chǎn)生的物質(zhì)對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染，在地鐵牽引系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。超級(jí)電容儲(chǔ)能具有高功率，能夠滿足大規(guī)模的電流充放電需求，通過(guò)串聯(lián)和并聯(lián)的方式將單體連接到一起，能夠?qū)崿F(xiàn)大功率，需要同時(shí)能夠有效的吸收地鐵產(chǎn)生的再生制動(dòng)能量。將超級(jí)電容器連接到牽引系統(tǒng)中，在地鐵制動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生再生制動(dòng)能量，從而將直流電網(wǎng)中的電壓進(jìn)行升高，超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)可以吸收多余的能量維持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定，當(dāng)列車(chē)在加速行駛或啟動(dòng)時(shí)，超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)便將儲(chǔ)存能量提供給列車(chē)使用，降低牽引系統(tǒng)中的供電壓力【4】。超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置可以將牽引系統(tǒng)電壓控制在合理的范圍內(nèi)，通過(guò)利用超級(jí)電容儲(chǔ)存裝置，對(duì)地鐵線系統(tǒng)中產(chǎn)生的能源進(jìn)行收集，在需要能源時(shí)進(jìn)行提供，能夠有效達(dá)到地鐵牽引系統(tǒng)供電節(jié)能優(yōu)化效果。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，地鐵牽引系統(tǒng)對(duì)于能源的需求極大，通過(guò)使用儲(chǔ)能吸收裝置來(lái)利用地鐵運(yùn)行中產(chǎn)生的能量，在切系統(tǒng)需要能量時(shí)，將儲(chǔ)存的能量進(jìn)行釋放，能夠有效的達(dá)到節(jié)能目的。

參考文獻(xiàn)：

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