前言

近年來(lái)，地鐵作為大容量、高效率的城市客運(yùn)系統(tǒng)，因其便捷準(zhǔn)時(shí)、安全可靠、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)發(fā)展十分迅速，那么問(wèn)題也隨之而來(lái)，巨大的電力消耗不容忽視。

地鐵再生制動(dòng)能量回收的意義

地鐵車輛運(yùn)行需要依靠電力牽引，列車牽引動(dòng)力占地鐵總電力成本的45-60%，其中17%為可回收的再生制動(dòng)能量，如果將這部分能量回收利用，可節(jié)省地鐵總運(yùn)營(yíng)成本的3%，具有很大的節(jié)能空間。通過(guò)采用在牽引變電所的直流母線上設(shè)置再生能量吸收裝置以提升再生制動(dòng)能量利用率，符合城市軌道交通發(fā)展的方向，對(duì)節(jié)能減排、提高能量利用率和可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

再生制動(dòng)能量吸收裝置類型

目前，再生制動(dòng)能量吸收裝置主要分為電阻耗能型、逆變回饋型（能饋型）和儲(chǔ)能型。電阻耗能型通過(guò)制動(dòng)電阻來(lái)消耗列車減速或制動(dòng)時(shí)的再生能量，由于列車制動(dòng)能量仍以熱能形式消耗，并沒(méi)有做到回收利用，因此電阻耗能型不再是制動(dòng)能量回收的發(fā)展方向。逆變回饋型采用大功率三相逆變器，當(dāng)列車再生制動(dòng)導(dǎo)致直流母線電壓超過(guò)規(guī)定值時(shí)，通過(guò)逆變器將列車再生制動(dòng)能量從直流母線逆變成工頻交流電，回饋至10 kv（中壓逆變）中壓電網(wǎng)或者0.4 kv（低壓逆變）交流電網(wǎng)。儲(chǔ)能型主要是利用儲(chǔ)能裝置，當(dāng)列車制動(dòng)能量引起牽引網(wǎng)電壓升高超過(guò)閾值時(shí)，裝置采用igbt將制動(dòng)能量吸收到儲(chǔ)能元件中，當(dāng)牽引網(wǎng)內(nèi)有列車啟動(dòng)、加速需要取電時(shí)，裝置將存儲(chǔ)在儲(chǔ)能元件中的能量通過(guò)igbt釋放到牽引網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和穩(wěn)定牽引網(wǎng)電壓的作用。目前主要的儲(chǔ)能型再生制動(dòng)能量回收裝置包括超級(jí)電容及飛輪。其中飛輪儲(chǔ)能型制動(dòng)能量回收裝置憑借其高功率密度、高可靠性、使用壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，在提升地鐵再生制動(dòng)能量利用率、降低運(yùn)營(yíng)成本、改善直流供電系統(tǒng)質(zhì)量等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

飛輪儲(chǔ)能型制動(dòng)能量回收的工作原理

飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)是以飛輪本體高速旋轉(zhuǎn)的形式存儲(chǔ)動(dòng)能，并通過(guò)與飛輪本體同軸的電動(dòng)/發(fā)電機(jī)完成動(dòng)能與電能之間的轉(zhuǎn)換。

當(dāng)列車制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的制動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)子由低速旋轉(zhuǎn)到高速旋轉(zhuǎn)，將列車制動(dòng)產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)化為飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能存儲(chǔ)起來(lái)，當(dāng)列車啟動(dòng)或加速時(shí)，飛輪系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)模式，利用飛輪轉(zhuǎn)速下降的慣性將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能輸出，從而實(shí)現(xiàn)了再生制動(dòng)能量的回收再利用。

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