列车再生制动能量吸收及利用方案
目前国内外采用的技术相对较为成熟的再生制动能量吸收及利用方案,主要包括电阻耗能型装置、电容储能型装置、飞轮储能型装置和逆变回馈型装置。其中,前两种方案在国内轨道交通中应用较多,后两种方案应用较少。
电阻耗能型装置采用多相IGBT斩波器和吸收电阻配合的恒压吸收方式。根据再生制动时直流母线电压的变化状态调解斩波器的导通比,从而改变吸收功率,将制动能量消耗在吸收电阻上,同时将直流电压稳定在某一设定范围内。
电容储能型装置采用IGBT逆变器将轨道交通车辆的再生制动能量吸收到大容量的电容器组中,当供电区间内有车辆启动或者加速需要取流时,吸收装置将储存的电能释放出去供再利用。近年来,随着国内超级电容技术及再生电能利用技术的飞速发展,已经有多家供货商可以生产超级电容储能型再生能量吸收装置。
飞轮储能型装置通过对牵引变电所直流母线电压的检测判断,调整飞轮的转速来储存和释放再生电能,同时具有稳压作用。飞轮储能型装置具有技术成熟度高、高功率密度、长寿命、充放电次数无限以及无污染等特性。目前,飞轮储能型装置在北京等城市已经有成功应用案例。
逆变回馈型装置采用电力电子器件构成大功率三相逆变器,当再生制动使得直流母线电压超过规定值时,逆变器从直流母线吸收电流,并将直流电逆变成工频交流电回馈到交流电网。典型的逆变回馈装置有低压侧回馈、高压侧回馈以及双向变流器等三种,低压侧回馈是通过自耦变压器回馈,高压侧回馈是通过隔离变压器回馈,双向变流器是将整流器和逆变器合二为一。目前,双向变流方案作为主流方案,已在宁波、徐州等地的地铁中成功应用。
列车再生制动能量吸收及利用方案对比如表1所示。
表1 列车再生制动能量吸收及利用方案对比
综合表1可知,电阻耗能型装置和电容储能型装置虽然在城市轨道交通中有应用案例,但其附加通风能耗大、综合性价比低,对轨道交通的适用性较差。飞轮储能型装置和逆变回馈型装置具备能量回收效果相对较好、附加通风能耗少等特点,在轨道交通项目中有良好的应用前景。
针对悬挂式单轨工程线路相对较短,基本为全高架敷设,列车运行制动能量较传统城市轨道交通线路低,若采用逆变回馈型装置,回馈的电能不足以充分利用而反馈回电网。基于飞轮储能型装置的良好特性,建议采用飞轮储能型装置。