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1 引言

軌道交通有著運量大、速度快、安全可靠、準點舒適的技術優(yōu)勢正逐步成為主要城市的交通工具，同時也被視為城市交通體系的骨干力量。城市軌道交通工程中，普遍采用直交變壓變頻的傳動方式，車輛的制動方式為“電制動（再生制動）+機械制動”，運行中以電制動為主，機械制動為輔。列車在運行過程中，由于站間距較短，列車啟動、制動頻繁，制動能量相當可觀。目前國內(nèi)城市軌道交通在地面采用電阻能耗吸收裝置處理列車運行過程中的再生能量，這不僅浪費能量，而且也增加了站內(nèi)空調(diào)通風裝置的負擔，并使城軌建設費用和運行費用增加。如能將這部分能量儲存再利用，這些問題將迎刃而解。

目前，吸收裝置所采用的吸收方案主要有電阻耗能型、電容儲能型、飛輪儲能型和逆變回饋型等四種。而重慶軌道交通所采用的吸收裝置主要有電阻耗能型和逆變回饋型，逆變回饋型時將車輛制動時的直流電逆變成工頻交流電與車站內(nèi)380V電網(wǎng)并網(wǎng)，將電能消耗在站內(nèi)電梯、照明、通風等用電設施上，該吸收方案有利于能源的綜合利用，實現(xiàn)了節(jié)能。
2 重慶軌道交通（集團）有限公司改造現(xiàn)場
2.1 公司簡介

重慶市軌道交通（集團）有限公司創(chuàng)建于1992年，是重慶市唯一承擔城市軌道交通建設、運營和沿線資源開發(fā)一體化的大型國有控股軌道交通客運企業(yè)。軌道集團現(xiàn)有資產(chǎn)700多億元，職工上萬人，具有甲級軌道交通設計資質(zhì)，甲級工程管理資質(zhì)，甲級設備監(jiān)理資質(zhì)，甲級工程咨詢資質(zhì)，二級房地產(chǎn)開發(fā)資質(zhì)；擁有一批長期從事軌道交通技術研究與工程建設管理的技術骨干，以及接受過國內(nèi)外大型地鐵公司系統(tǒng)培訓的軌道交通專業(yè)技術人才和運營管理隊伍；具有承擔城市軌道交通規(guī)劃、建設和運營管理以及軌道交通技術咨詢的能力，為實現(xiàn)重慶軌道交通的規(guī)劃目標提供了技術和人才保障。

軌道集團成功建成并運營了國內(nèi)首條跨座式單軌交通線路——重慶市軌道交通2號線。目前運營線路已有4條，運營里程達到170公里。到2015年，將建成208公里軌道交通線路；2020年，將建成軌道交通線網(wǎng)300多公里，日客運量達到600萬人次。
2.2 牽引供電系統(tǒng)概況

重慶某線路牽引供電系統(tǒng)主要分為直流牽引網(wǎng)和交流配電網(wǎng)兩部分。主變電所將三相35kV高壓交流送至各牽引所，經(jīng)整流變壓器、整流器變成適合軌道車輛應用的1500V直流母線，饋電線再將直流電送到接觸網(wǎng)上，接觸網(wǎng)是沿車輛走行軌架設的特殊供電線路，軌道車輛通過其受流器與接觸網(wǎng)的直接接觸而獲得電能。

牽引變電所一般設兩臺牽引整流機組。目前采用兩臺整流機組并聯(lián)運行構成等效24脈波整流方式。其容量按遠期運量設計，根據(jù)國標GB／T 10411-2005《城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)》規(guī)定，牽引整流機組的負載能力應滿足：100％額定輸出連續(xù)；150％額定輸出2h；300％額定輸出lmin。允許電壓波動范圍為1000V～1800V。走行軌構成牽引供電回路的一部分。回流線將軌道回流引向牽引變電所。

交流配電網(wǎng)主要是提供站內(nèi)的照明、通風、排水、電梯等基礎設施。
3 新風光再生制動能量吸收逆變裝置
3.1新風光再生制動能量吸收逆變裝置簡介

新風光再生制動逆變裝置（以下簡稱逆變裝置）即為逆變回饋型，其回饋能量將用于400V負載。逆變裝置（逆變+電阻）根據(jù)各個傳感器檢測信號，綜合判斷直流電網(wǎng)上是否有列車處于再生電制動狀態(tài)，一旦確認列車處于再生制動狀態(tài)并需要吸收能量時，系統(tǒng)啟動吸收過程。在控制系統(tǒng)中設置二級判斷基準值，當電網(wǎng)電壓升至到第一級判斷電壓時，系統(tǒng)首先投入逆變裝置，逆變裝置把機車剎車制動時產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成AC380V電壓，自動跟蹤AC380V母線電壓，并向負載供電，將再生能量消耗在用電設備上；一旦逆變吸收消耗不了該能量，將引起電網(wǎng)電壓進一步上升，當電網(wǎng)電壓升到第二級判斷電壓時，電阻斬波器立即投入工作，電阻吸收裝置將再生制動能量消耗，穩(wěn)定電壓不再上升，確保機車充分有效利用電制動。在直流牽引供電系統(tǒng)中，再生制動能量吸收裝置作為一個子系統(tǒng)工程，其作用關乎系統(tǒng)的安全。
3.2 逆變裝置的主回路系統(tǒng)

逆變裝置的一次主回路主要有直流接觸器、逆變單元、濾波電抗器、交流接觸器等部分組成。整機主回路圖如圖1所示。

圖1 逆變裝置整機主回路圖

3.3電氣原理
逆變設備單元采取單元并聯(lián)結(jié)構。由于該逆變設備回饋功率較大，且電網(wǎng)電壓低，所以總的輸出電流大，采用多單元并聯(lián)的拓撲結(jié)構實現(xiàn)起來更為容易。單元并聯(lián)主回路圖如圖2所示。

圖2 單元并聯(lián)主回路圖

逆變裝置的單元采用三電平拓撲電路，如圖3所示。逆變輸出電壓波形、輸出電流波形分別如圖4、5所示。

 
                                         圖3  功率單元拓撲結(jié)構

3.4工作原理

        本設備在接收到總控裝置啟動信號，即啟動/退出信號的無源常開結(jié)點閉合后，經(jīng)過控制回路動作，送出啟動完畢確認信號，即此無源常開結(jié)點閉合?？偪匮b置檢測到啟動完畢確認信號后，根據(jù)母線電壓幅值給出開機結(jié)點信號。結(jié)點閉合逆變裝置IGBT瞬間開通，進行能量回饋。逆變設備工作過程中，時刻接受總控裝置的控制信號并及時回復設備內(nèi)接觸器、各個單元的工作狀態(tài)信號。圖6為整機的控制原理圖。

圖6 整機控制原理圖

4 運行效果分析
再生制動能量吸收逆變裝置，顯著節(jié)電效果統(tǒng)計（重慶某線路）

據(jù)數(shù)據(jù)分析，以歇臺子站逆變裝置日均回饋電能1444度計，一天節(jié)省1444元，（工業(yè)用電1元/度），年節(jié)約52萬余元。對隧道內(nèi)通風散熱需求降低，運行成本也相應降低，設備運行經(jīng)濟效益顯著。
5 結(jié)束語

中國城市軌道交通建設已步入了快速發(fā)展時期。城市軌道交通雖然已是綠色交通工具，但是市場調(diào)研顯示，軌道交通現(xiàn)在已經(jīng)成為各城市的用電大戶，能源消耗過大現(xiàn)象也非常嚴重。而再生制動能量吸收逆變裝置在重慶軌道交通中的應用有著良好的節(jié)能效果，目前主要在地鐵一號線、三號線、六號線穩(wěn)定運行，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，適應了國家建設資源節(jié)約型社會的潮流。