列车再生制动研讨.ppt

列车再生制动能量回收的方法及分析 一、什么是再生制动 再生制动和动力制动(D yn am icBraki ng)原理接近，较为简单的动力制动是把电动机转成发电机使用，把车辆的动能转换成电能。动力制动通常只会把产生的电，经过电阻转成无用的热放走。而再生制动则会把制动时的动能转变为电能，回馈接触网，这样电力将被储存起来或透过电网送走，从而实现制动，而转移的能量可以再生循环使用。使用再生制动的车辆仍然会有传统的摩擦制动，以提供快速、强力的制动。一般的再生制动只会把约百分之三十的动能再生使用，其余的动能还是成为热。具体效率要根据不同的使用环境而有所不同。  再生制动在电气化铁路列车，及电力或电、油混合动力汽车上应用较为广泛。电动列车通常是把产生的电力输回电网，而道路车辆则可能把电力存储在飞轮、电池或电容器之内。 二、几种再生制动方式 1. 常规再生制动 将牵引电机产生的电能通过变流器变成直流电反馈给直流电网， 供给其他列车使用。所以这种再生制动也叫做反馈制动。 经过调研，在目前国内外的城市轨道车辆中， 绝大多数都是采用这种再生制动方式。 这种方式不需要在额外的增加设备，因为目前的城市轨道车辆的主变流器大都采用技术十分成熟的逆变器， 这种变流器可以在四个象限运行，即正向牵引，正向制动，逆向牵引，逆向制动。其工况间转换十分的简单、可靠。所以，这种再生制动方式在绝大多数城市轨道车辆上得到广泛的应用。但是这种制动方式也有其致命的弱点，那就是其利用率很低。 2.能馈式牵引供电变流技术 城市轨道交通车辆再生动能量具有幅值高、时间短的特点,功率冲击较大。再生制动能量处理问题产生的根本原因是城市轨道交通供电系统采用了不可逆的整流电路,利用一种新型能馈式轨道交通牵引供电变流方案,采用双向阶梯波合成变流器实现城市轨道交通系统的供电与再生制动能量回馈。 阶梯波合成变流器具有开关频率低、开关损耗小、电磁兼容性好、输入谐波少、总谐波含量低、滤波器体积小等优点,特别适合城市轨道交通系统的大功率能馈供电。 3. 超级电容储能再生制动技术 其次随着储能装置技术的不断发展,大能量密和功率密度的储能装置不断涌现,这就为解决再生制动问题开辟了一条蹊径。可将新型储能装置——超级电容器应用在城市轨道车辆电器制动系统中,以超级电容器为储能元件,实现能再生制动的方法应用于实际。采用 IGBT 为开关元件设计了超级电容储能再生制动的主电路,以 80C196 单片机为核心,设计储能再生制动系统的控制电路、保护电路构,对储能再生 制动的控制可以达到很高的精度,可以使得城市轨道车辆在常用工况下均能实现再生制动。 再生制动的原理 以已经投入运行的北京地铁5号线为例简单说明超级电容储能的应用。 当具有再生制动能力的车辆在变电站能量存储系统附近释放能量时，牵引网网压上升，能量存储系统的调节器可探测到这种情况，并将牵引网系统中暂时多余的能量存储到电容器中，使牵引网网压保持在限定范围内。若车辆在变电站能量存储系统附近起动或加速，牵引网网压下降，此时，能量存储系统的调节器将能量从存储系统输送回牵引网系统中，保持牵引网网压稳定。在直流牵引网的空载状态下，能量存储系统从牵引系统吸收一部分能量，通过这种方式可以帮助车辆起动。 储能系统的基本工作原理如下：+SlAl—Sl为隔离开关，维护设备时，可将系统从干线牵引网隔离开来。并可使用+SlA2—Q0断路器隔离系统。+SlA2—QO断路器发生故障导致短路时，熔断器+S1Fl将熔断。充电时，与+SlA2—QO断路器并联的预充电路(+S 1 A 1—F l、+S1Al—K1和+S1A1—Rl和)将对间接电容器(Czk)进行“软”预充，避免充电冲击电流太大损坏设备。间接电容器为一组直流滤波电容器。牵引网产生瞬变电压时，+S3—L 1滤波电抗器将保护能量存储系统。此外，该电抗器将牵引网和变流单元的谐波电流有效地分隔开来。+S3—G l、+S3—G2是变流单元的2个变流器模块(图2)，每个变流器模块分别包括2条变流器分路，共4条变流器分路对能量的总量及流向进行调节控制。+S 3—Fl、+S3—F2、+S3—F3，+S3—F4为带熔断器的手动隔离开关，+S 4—L1、+S4—L2、+S4—L3、+S4—L4为平波电抗器。进行设备维修时将系统从牵引网隔离出来以后，使用由+S3—V1和S9—R1组成的放电支路对能量存储系统进行放电。+S5—E1……+S8—E8为储能双层电容器。双层电容器特点：高动态充电容量，具有频繁充放电能力，免维护，高效率，可分级控制储能容量。 该系统的应用具有明显优势：能量存储系统先进、高性能的控制回路，在实时检测到牵引网