城市轨道交通再生电能回收技术方案的研究(2)

      电阻耗能型再生制动能量吸收装置主要采用多相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节斩波器的导通比， 从而改变吸收功率， 将直流电压恒定在某一设定值的范围内，并将制动能量消耗在吸收电阻上。该吸收装置的电气系统主要由IGBT 斩波器、吸收电阻、续流二极管、滤波装置（滤波电容和滤波电抗器）、直流快速断路器、电动隔离开关、避雷器、电磁接触器、传感器和微机控制单元等组成。该装置的优点是控制简单， 其主要缺点是再生制动能量消耗在吸收电阻上，未加以利用；而且电阻散热也导致环境温度上升，因此当该装置设置在地下变电所内时， 电阻柜需单独放置， 而且该房间需采取措施保证有足够的通风量，需要相应的通风动力装置，也增加了相应的电能消耗。
      电容储能型或飞轮储能型再生制动能量吸收装置主要采用IGBT 逆变器将列车的再生制动能量吸收到大容量电容器组或飞轮电机中，当供电区间内有列车起动或加速需要取流时，该装置将所储存的电能释放出去并进行再利用。该类吸收装置的电气系统主要包括储能电容器组或飞轮电机、IGBT 斩波器、直流快速断路器、电动隔离开关、传感器和微机控制单元等。该装置充分利用了列车再生制动能量， 节能效果好， 并可减少列车制动电阻的容量。其主要缺点是要设置体积庞大的电容器组和转动机械飞轮装置作为储能部件，因此应用实例较少。
      逆变回馈型再生制动能量吸收装置主要采用电力电子器件构成大功率晶闸管三相逆变器，该逆变器的直流侧与牵引变电所中的整流器直流母线相联， 其交流进线接到交流电网上。当再生制动使直流电压超过规定值时，逆变器启动并从直流母线吸收电流，将再生直流电能逆变成工频交流电回馈至交流电网。该吸收装置的电气系统主要包括晶闸管逆变器、逆变变压器、平衡电抗器、交流断路器、直流快速断路器、电动隔离开关、直流电压变换器和调节控制柜等。该装置充分利用了列车再生制动能量， 提高了再生能量的利用率， 节能效果好，并可减少列车制动电阻的容量。其能量直接回馈到电网，既不要配置储能元件，又不要配置吸收电阻，因此对环境温度影响小，在大功率室内安装的情况下多采用此方案。
3 技术方案的研究与比较
3.1 有关系统的仿真模拟计算
      仿真模拟是较为先进的研究方法之一，事实证明，这样的研究方法是可取的、科学的、可靠的。许多重大项目都要经过各种仿真模拟计算后才能够进入实施阶段，开发研究阶段的有关模拟分析参数的选择和确定将有可能影响到整个工程的方案决策、运行效果以及工程投资和系统的经济合理性。因此，在项目的设计阶段进行大量的、准确的仿真模拟是非常必要的。多年来中铁电气化勘测设计研究院已经在各条城市轨道交通的供电系统设计中多次运用这种方法。因此， 为了得到更为准确可靠的研究结果，在本课题的研究过程中对相关的系统进行了大量的模拟分析与比较。所应用到的主要模拟技术和分析流程见图1。
 

3.1.1 列车运行模拟
      列车运行的模拟仿真是整个方案研究最基础的数据平台和依据，它的正确性和科学性将直接影响后续模拟计算的准确性和方案的可靠性。因此必须对与此相关的各个系统进行充分调查、分析与研究。主要包括车辆特性、车辆阻力、车辆运行工况的分析与研究，线路资料和有关运营资料的分析与整理，从而获得准确的全线列车运行数据。
3.1.2 不同运行图模拟
      一般来说，在固定的列车追踪间隔运行状态下，列车的牵引用电负荷反映到牵引变电所是相对持续稳定的，不会因运行图上下行铺画的时间交错产生较大的波动变化。因此， 中铁电气化勘测设计研究院一般在设计牵引供电系统方案和容量的时候，只需对典型的高峰小时运行图进行模拟就可以满足要求。而再生能量回馈电流则是短时的、不稳定的，由于其他列车的运行状态直接影响到再生电流的吸收比例，所以在作回馈电流的模拟分析时，应该充分考虑运行图上下行铺画的不同时间交错情况下的回馈电流特性。在进行运行图模拟时，增加了以追踪间隔为周期，以2 s 为步长的多图模拟模型，为下一步的供电系统模拟提供更具广泛性的数据基础。

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