城市轨道交通再生电能回收技术方案的研究(3)

3.1.3 供电系统模拟
      供电系统模拟是基于全线牵引供电网络数学模型之上，根据有限元分析的基本思想对全线网络模型进行一定间隔的切割，并对各个切割断面进行数据抽象，同时根据运行图数据对全线列车的运行状态扫描后进行全线的牵引供电网络分析，从而计算出供电网络各个切割断面的瞬态电气参数，并进行统计输出。本文在原有的模拟模型基础上， 加入了电能回馈吸收装置的简化数学模型（见图2）， 使模拟的数据结果更加准确，为回馈吸收系统方案的建立和容量的选择提供可靠的依据。由于在进行系统模拟分析的过程中，主要研究目标为能量的流动过程， 因此为了简化算法，提高运行速度，将回馈装置在数学模型上简化为可调电阻，设定回馈装置的电压投入条件，通过调节可调电阻的大小来适应回馈功率的变化。通过各种运营状态下的模拟分析、统计，获得回馈功率的变化特点。

 
图2 回馈吸收装置的简化模型示意图
3.2 仿真模拟结果分析
      考虑到再生回馈电能的负荷特点（短时性和随机性），对不同运行阶段的列车运行、不同运行图和供电网络进行大量的模拟分析和比较。以某牵引变电所为例的图3 可以看出，在相同的列车运行追踪密度下，再生回馈功率因不同的运行图铺画而差异很大。而在未来的实际运行中， 运行图可能会出现各种随机性变化。

图3 某变电所远期高峰小时-平均回馈功率曲线
3.3 再生吸收装置的分布方案与容量选择
      因为当前没有相应设计原则可依照，根据再生回馈负荷的特点、大量模拟计算和数据分析并考虑到大部分再生电流回馈冲击都在20 s 以内，所以可认为各变电所回馈装置的容量是按照以下原则确定：（1）按照不同运营条件、不同运行图下的20 s 平均最大负荷确定；（2） 用不同运营条件、不同运行图下的短时最大负荷进行容量校核。
3.4 再生回馈／吸收电能的统计分析
      通过对某地铁线路的模拟计算和统计分析，在不同追踪间隔条件下，全线的不同运行图平均回馈功率统计。在各种追踪间隔条件下的不同运行图平均回馈功率波动曲线见图4。在不同追踪间隔的条件下， 不同运行图的平均回馈功率波动不大， 回馈功率的大小与追踪间隔没有直接的关系。因此认为可以对各种运行条件下的回馈功率进行平均并作为全线全天回馈能量统计的基础。

 

图4 不同追踪间隔下的回馈功率波动曲线
      按照每年365 天，每天运营时间18 h 计算，某地铁全线全年回馈吸收电能总量为ERe。ERe=365×18×1 331=8 744 670（kW·h）。
4 经济技术效果
      通过以上对某地铁线路的技术分析，按照每度电价0.5 元计算，每年仅节省电费就达到470 万元。全线牵引所的回收装置设备费暂按照飞轮储能装置估计约4 000 万元。这样仅从供电系统的角度考虑，预计8～10 年就能够收回全部设备费用。另外，再生能量回收装置的安装将对地铁其他系统带来巨大的社会和经济效益，比如：大大降低隧道温升，从而降低隧道通风设备容量和相关投资；减少列车制动电阻容量， 从而使车体更轻、更节能、成本更低。由于篇幅所限， 本文不再对其他系统进行详细分析比较。

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