城市轨道交通供电系统节能方案

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1地铁供电系统分析

地铁供电系统是个非常复杂的电气网络。就像普通的配电网络一样，地铁供电系统包括传输系统（架空线或导电轨）及负载（地铁列车）。所不同的是，地铁供电系统的这些负载是移动的，列车的速度和加速度随时都在改变、加之列车位置的变化都会带来地铁供电系统负载的变化

2再生制动的节能作用及原理

电阻制动通过连接在电机两端的电阻器来实现。电机生成制动电流通过电阻器耗散。这种制动所产生的能量在较冷的环境下可以转换为热能用于车辆的采暖系统，但是更多时候热量消散到周围环境中去了。对于地铁隧道系统，这些热量将会造成隧道过热，因此，目前广泛采用的是再生制动系统。再生制动生成的电能反馈到架空线路上可被其它列车使用。再生制动系统可以提高整个地铁供电系统的效率。然而再生制动所产生的电流也会造成电压的急剧上升并引起供电质量问题。再生制动的有效性取决于系统的接受能力。如果在此线路区段上没有其它车辆在运行，则再生的能量无法被使用，因此这些能量就必须通过制动电阻来耗散。上述与再生制动相关的问题，可考虑通过使用能量储存装置来避免。能量储存装置可将再生的能量存储在列车上或者线路旁，因此也就降低了电压骤升的幅度。储存在车辆上的能量可用于补充列车加速所需能源，故能降低架空线路上产生的加速电流，从而降低了电压骤降的幅度。

3能量储存装置

近期能量储存装置有了重大发展，特别是针对电动车辆、供电系统和航空航天领域的应用。超级电容器由在液体电解质内的两个固体电极组成。离子渗透分离器用于电极的电气绝缘，但允许电解质离子通过。超级电容器在固体电极和电解液界面处储存电荷，形成双电层，通过两个单层形成电容。电荷层之间的距离只有几个原子直径，因此电容容量可以比常规的电容器容量要大得多。未来还可以应用一种超导储能系统（SMES）装置储存磁场中的能量。将直流电充到线圈上，创建磁场，储存磁场能量。当直流电势消失时，能量也随即释放。使用低耗超导线圈可存储更多的磁能量。超导储能系统（SMES）用来改进配电网的供电质量。在地铁供电系统中增设能量储存装置可以提高供电网的电压调节质量，同时也能改进对再生制动利用的效率。储能装置可以增设在线路旁或地铁车辆上。变电站增设能量储存装置的示意图，即将超级电容器安置在配电站内。原则上能量储存装置也可安装在轨道的任一位置。超级电容器可以看作是一个带有电压源的等效电路，一个等效串联电阻（ESR）和一个等效并联电阻（EPR）能量储存装置也可以安置在轨道的侧面，采用这种安装方案，所储存的能量需要通过架空线向地铁列车传送，这种方案的缺点是存在电能传输过程损耗。为避免电能传输过程的损耗，可将储能装置安装在地铁车辆上。

4结论

本文介绍了使用再生制动并结合能量储存装置节约电能提高地铁供电系统供电品质的组合方案。这种能量储存装置可以安装在变电站内，线路侧，也可以安装在地铁列车上。随着超级电容器技术与设备的发展及应用，这种组合节能方案将有很大的应用可行性。

作者：朱英梅 单位：长春长客庞巴迪轨道车辆有限公司