城市轨道交通车辆制动能量回收技术现状及研究进展_杨俭

1、第33卷第2期2011年2月铁 道 学 报JOU R NA L OF T H E CH IN A RA ILW A Y SO CI ET Y Vo l 133 No 12F ebr uar y 2011收稿日期:2009-08-20;修回日期:2009-10-09基金项目:国家自然科学基金(51075255;上海市教育委员会重点学科(J51401作者简介:杨 俭(1962,男,黑龙江哈尔滨人,教授,博士。E -mail:yang2580sues 1edu 1cn文章编号:1001-8360(201102-0026-08城市轨道交通车辆制动能量回收技术现状及研究进展杨 俭1, 李发扬2, 宋瑞刚

2、1, 方 宇1(11上海工程技术大学城市轨道交通学院,上海 201620;21纽约大学理工分校电气与计算机工程系,布鲁克林纽约美国 11201摘 要:在分析城市轨道交通车辆制动能量回收的可行性与潜力的基础上,介绍国内外各种制动能量回收技术,分析不同制动能量回收技术的特点,指出制动能量回收技术存在的问题、拟采取的解决方案和国内外对此问题研究的热点方向,并对该领域的发展趋势进行讨论,对了解国内外该领域的技术现状和发展趋势提供可靠资料,有助于推动城市轨道交通车辆制动能量回收技术的发展。关键词:城市轨道交通车辆;制动能量;制动能量回收中图分类号:U 260 文献标志码:A do i:1013969/j

3、 1issn 11001-8360120111021005Review of the Utilization of Vehicular Braking Energyin Urban Railway TransportationYANG Jian 1,LI Fa -y ang 2,SONG Ru-i gang 1,FANG Yu1(11C ollege of U rban Railw ay T rans portation,Shanghai U niver sity of En gineering and Science,Shanghai 201620,C hina;21Departm ent

4、of Electrical an d Compu ter Engineering,Polytech nic Institute of New York University,Brooklyn,NY,11201,U SAAbstract:The feasibility and potentiality o f vehicular braking energy utilization in ur ban r ailw ay transpo rtation netw orks ar e discussed 1Existing techniques in this field are introduc

5、ed w ith their features analy zed and prob -lem s pointed out 1Resolv ing metho ds of these problems are proposed and current researching concerns on vehic -ular braking energ y utilization are investigated 1A prev iew of possible developm ents is presented finally 1These w ork w ill prov ide useful

6、 information for vehicular braking energy utilization in urban railw ay transpo rtation netw orks and co ntribute to the developm ent o f the urban railw ay vehicles 1Key words:urban railw ay transportation v ehicle;braking energ y;braking energy utilization 城市轨道交通具有运输量大、行车速度快、舒适性好等优点,加之城市轨道交通车辆采用电能

7、驱动,直接污染排放小,因此成为大都市优先选择的城市交通工具。城市轨道交通不仅在发达国家的大都市得到广泛的应用,而且在新兴的发展中国家如中国、印度和巴西的大都市得到快速的应用,并凸显出城市轨道交通独具魅力的优势。中国目前已在北京、上海、天津、广州、深圳、大连、南京等城市进行商业化运行,并且有越来越多的城市拟采用城市轨道交通作为提升城市运输能力的有效措施。随着城市轨道交通网络的快速发展及轨道交通运输相关技术的日趋成熟,城市交通运输系统中的车辆本体制造技术、车辆和车站的自动化控制技术、城市轨道交通车辆调度和运行管理系统的技术水平都得到了大幅度提升。人们在关注城市轨道交通车辆舒适性和自动化程度的同时,

8、也逐渐意识到轨道车辆的环境效益和节能问题的重要性。城市轨道交通车辆具有站间距离短、车辆运行密度高等特点,在频繁起动与制动的过程中会产生数量可观的制动能量。当车辆发生再生制动时,产生的制动能量通过牵引机车转换为电能,并通过牵引整流逆变单元传输到接触网中,其中大部分能量通过接触网被其他列车所吸收,很小的一部分用于自身的供能。在网压较低、电流较大、无再生变电所的直流牵引网中,一般仅有30%50%的制动能量得到利用。提高第2期城市轨道交通车辆制动能量回收技术现状及研究进展制动能量的利用率不仅能够有效地减少能源消耗,也有利于车辆平稳运行。因此,高效回收制动能量具有重要的环境效益和社会效益,对广阔的城市轨

9、道交通市场也具有潜在的经济价值。近年来电力电子技术的快速发展和电力电子装置技术水平的普及与提高,尤其是新一代储能装置超级电容的出现,为城市轨道交通车辆制动能量的回收提供了新的技术途径。城市轨道交通车辆制动能量的回收已成为国内外车辆节能的研究热点,目前已有许多研究机构针对这个问题开展相关的研究,并取得了实质性的进展和有可能进入商业化应用的研究成果。因此,了解国内外当前城市轨道交通车辆制动能量回收的研究现状、不同的回收技术途径、回收过程中存在的问题,并对其未来的发展趋势和可能存在的难点进行探讨,对推动城市轨道交通车辆制动能量的回收进入商业化推广应用具有实际意义。1城市轨道交通车辆制动能量回收的可行

10、性111城市轨道交通车辆的制动方式和制动过程城市轨道交通车辆的供电牵引变电所大多每隔一个车站设置一个,如图1所示。车辆的制动分为再生制动、电阻制动和机械制动3种情况。以上海轨道交通2号线为例,接触网额定电压为1500V,车辆最大运行速度为80km/h,实际运行过程中制动初速度约为70km/h。当列车进站前开始制动时,列车停止从接触网受电,电动机改为发电机工况,将列车运行的动能转换为电能,产生制动力,使列车减速。设接触网额定电压为U,当满足以下两个条件时,列车可以进行再生制动并向接触网反馈电能:一是接触网电压在1 112U(理论值,对应于上海轨道交通2号线为1500 1800V范围内;二是再生电

11、能必须要由一定距离内的其他列车吸收。如图1所示,当车辆2距离车辆1足够近且接触网电压在15001800V之间时,车辆2可以吸收车辆1所产生的反馈电能,从而使车辆1产生再生制动。当接触网电压过压、欠压或一定距离内无其他车辆吸收反馈能量时,通过车辆的牵引控制单元(TCU切断向接触网反馈的电能,再生制动不能实现,此时列车会自动切断反馈电路,实施电阻制动。当列车速度小于8km/h时1,利用压缩空气作为动力源,对车辆实施机械制动,直至列车停止。在城市轨道交通车辆制动过程中,优先采用再生制动,当不能实施再生制动时采用电阻制动。再生制动和电阻制动统称为电制动, 其制动能量具有回收价值。图1城市轨道车辆制动原

12、理示意图112城市轨道交通车辆再生制动和电阻制动能量计算城市轨道交通车辆制动能量是否具有回收的可行性,需要对制动能量进行合理计算,并根据其大小确定制动能量是否具有实际回收价值。现以一列上海轨道交通2号线6节车辆编组为例(4节动车,2节拖车,设轨道车辆的制动初速度为70km/h(V1,制动末速度为8km/h(V2,M为车辆和载客质量,利用式(1计算电制动能量。E=12M V21-12M V22(1根据中国目前一些城市轨道交通车辆的统计数据,车辆平均约每2min制动一次,如果车辆每天的运行时间平均为16h,则每天制动次数为480次,全年运行天数按照340天计算,每年制动次数为163200次。表1为

13、车辆轻载(AW1、满载(AW2和超载(AW3 3种工况下电制动能量的计算结果。因为电制动包括再生制动和电阻制动,根据上海轨道交通2号线测试结果统计分析,电阻制动占电制动的比例大约为40%,如果将电阻制动能量的80%进行回收,按照工业用电每度为112元计算,则电阻制动能量及节约的费用见表2。表1电制动能量工况车辆及载客质量/103k g一次电制动能量/106J一次电制动电量/(kW#h一年总的制动次数一年电制动电量/(kW#h AW125312471213111632002137920AW229014541215111632002464320AW3327166111171016320027744

14、00表2电阻制动能量及回收情况工况一年电阻制动次数一年电阻制动电量/(kW#h一年回收电量/(kW#h一年节约的费用/万元AW165280855168684134148211AW265280985728788582149416 27铁 道 学 报第33卷如果按照目前现代化燃煤电厂的供电效率40%计算,1kg 标准煤完全燃烧可产生2193107J(即7000kCal热量,一年可节约的标准煤量和相应减少CO 2的排放量见表3。表3 回收电阻制动能量相应节约标准煤数量和减少的CO 2排放量工况一年电阻制动回收能量/1012J一年节约标准煤/t一年减少的CO 2排放量/tAW1214621010770

15、10AW221842411588515AW3312027310100110 因此,有效回收城市轨道交通车辆的制动能量,不仅可以产生显著的经济效益,而且可以显著的改善环境,这就使最大化回收城市轨道交通车辆制动能量逐渐成为当今城市轨道交通节能技术的研究热点。2 城市轨道交通车辆制动能量回收技术发展现状及存在问题211 城市轨道交通车辆再生制动能量回收技术发展现状目前,国内外比较流行的再生制动方案主要有器件储能型和逆变供能型两种。这两种方案各有自己的独特优势,因此在国际上都有应用实例,但也同样都存在一些不足之处,需要进一步改进和完善。21111 器件储能型 器件储能型制动能量回收原理图如图2所示。器

16、件储能型在使用电阻耗能型装置作为备用系统的同时,主要采用双向DC/DC 变换器将车辆的再生制动能量吸收到储能器件中,当供电区间出现用电需求时,再将储存的能量释放出去。储能元件近年来发展很快,其小型化和多元化的趋势为器件储能型制动能量回收技术提供了可靠的技术保障,并为未来该技术的应用指明了发展方向。根据储能元件类型的不同,器件储能型又可分为蓄电池储能、飞轮储能和电容储能3种常见的类型。 图2 器件储能型制动能量回收原理示意图(1蓄电池储能蓄电池储能型制动能量回收原理图如图3所示。其以蓄电池为储能媒介,通过蓄电池的充放电实现再生制动能量的回收与二次利用。这种技术在电动汽车与混合动力车体上应用较为成

17、熟,在城市轨道交通制动能量回收方面尚缺乏综合应用。蓄电池储能的主要缺点是实现成本较高,控制复杂2和使用寿命有限,该技术目前在日本有小规模应用3。图3 蓄电池储能型制动能量回收原理示意图(2飞轮储能飞轮储能型制动能量回收原理图如图4所示。飞轮储能所用的飞轮分为高速飞轮与低速飞轮2种。其工作原理是在列车发生再生制动时,电动机驱动转子旋转进行能量储存,直至达到允许的最大转速;当列车需求能量时,电动机切换到发电机工况,释放飞轮中储存的能量直至达到最低工作转速并转变为变电所供电。飞轮储能的储能密度和效率都较高,安装地点也十分灵活,但其寿命容易受到机械部件磨损的影响而大幅度降低。另外,飞轮储能的投资与维护

18、费用均较高,目前已在DC 750V 网络中有应用实例,并有一定的市场占有率4。图4 飞轮储能型制动能量回收原理示意图(3电容储能电容储能型制动能量回收原理图如图5所示。与蓄电池储能和飞轮储能相比,电容作为储能元件具有体积更小、容量更大、寿命更长以及充放电速度更快等特点,使电容储能迅速成为器件储能型中最具市场应用竞争力的制动能量回收技术。根据电容选择的不同,电容储能可分为小电压大容量的超级电容技术和大电压小容量的物理电容技术。ESH SP 系列超级电28第2期城市轨道交通车辆制动能量回收技术现状及研究进展 容额定容量可达5000F,额定电压217V,在可提供2547A 的最大放电电流情况下可以充

19、放电约500000次。这种电容由于电压较小,需要采用大量电容串并联技术以提高其耐压能力。同时,EM H SR 系列物理电容额定电压可达90V,额定容量218F,在可提供57A 的最大放电电流情况下,可以充放电约500000次。这类电容进入市场较晚,其特点是放电电流及能量密度均较小,重量较大且成本较高。 图5 电容储能型制动能量回收原理示意图 21112 逆变供能型在逆变供能型方案中,采用大功率晶闸管三相逆变器连接直流母线和交流电网。当轨道车辆实现再生制动时,根据电流逆变后的流向和用途又可分为逆变回馈型和逆变负载型2种类型。(1逆变回馈型逆变回馈型制动系统原理图如图6所示。对于逆变回馈型制动能量

20、回收系统,当车辆再生制动使直流电压超过规定值时,交流电网将从DC 1500V/750V/600V 直流母线吸收直流电能并通过逆变器、变压器将其转换为AC 69kV/35kV/33kV 工频交流电回馈至电网。这种方式主要局限于集中供电方式的城市轨道交通线路。对于存在分布式发电系统的线路,由于电网和分布式系统间电流双向流动,倒送回电网的电能会造成电网电压波动并增大电网的短路电流,这无疑为轨道车辆的运行埋下了安全隐患。逆变回馈型系统的另一个主要缺点是在信号的频域分析中会产生较多的谐波,需要采取相应的滤波装置治理谐波。该技术目前在欧洲及日本均已作为成熟技术推广应用。(2逆变负载型逆变负载型制动系统原理

21、图如图7所示。与逆变回馈型不同,逆变负载型将吸收的直流电能转换为AC 380V 直接供站内和车载用电设备使用。这种方式实现较为简单,但由于列车制动是间断式的,负载用电的稳定性是一大难题。该技术目前仅在日本有少量应用实例。212 城市轨道交通车辆再生制动能量回收过程中存在的问题在城市轨道交通车辆实际运行过程中,由于以下图6 逆变回馈型制动系统原理示意图图7 逆变负载型制动系统原理示意图一些因素的制约,使得目前再生制动能量回收效率不高,仍然存在较大的技术拓展空间。(1由于储能装置体积较为庞大,对于器件储能型制动能量回收技术,需要在车辆上或变电所安装储能设备。然而城市轨道交通系统空间有限,对于已有线

22、路的车辆或变电所的基础设施改造工作很困难。(2列车再生制动时系统的非线性,无论对于列车本体而言,还是对于其再生制动产生的能量分布,系统的非线性使得制动过程的建模变得非常复杂,可应用于线性系统简化分析的工具如传递函数及频域分析、卡曼分解等都不再适用。(3再生制动能量回收优化方案的经济效益有待于通过工程应用的实践来评估。在现有能量回收设备效率不高的基础上,已提出一系列优化方案。然而,由于在线测试费用十分昂贵,这些优化方案的全面性和实际可操作性仍有待验证。(4技术研究领域对于再生制动能量回收的潜力和意义重视程度不够。目前关于城市轨道交通再生制29铁 道 学 报第33卷动能量回收技术的文献,相比于同一

23、领域其他研究课题而言仍然较少,业界对再生制动能量回收技术的投入仍亟待增加。213 城市轨道交通车辆电阻制动能量分析与存在的问题电阻制动是将电制动能量通过电阻吸收以热能形式耗散的制动方式,该方案的原理图如图8所示。它是目前国内外应用比较广泛的方案,该方案根据再生制动时直流母线的电压变化状况即时调节IGBT 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范围内。常见的制动能量消耗有两种方式:一是分散消耗在车载制动电阻或地面制动电阻上,以热能的形式排放至环境中;二是通过安装在地面上的制动能量吸收装置5-6吸收该能量,并将该能量传输至牵引变电所集中以热能形式消耗。电阻耗能型具有控制简单、价

24、格低廉、工作稳定可靠等优点。然而消耗在电阻上的热能,不仅形成了热污染,导致周围环境温度升高,从而增加了车站空调系统或变电所空调系统的耗电量,而且相比再生制动能量回收,该部分制动能量没有得到回收利用,极大地降低了能量综合使用效率。 图8 电阻制动原理示意图3 城市轨道交通车辆制动能量回收技术研究现状311 城市轨道交通车辆再生制动能量回收技术研究现状尽管在实际应用的过程中存在诸多困难,然而城市轨道交通车辆制动能量回收技术却受到越来越多的关注,尤其是再生制动能量的回收潜力、回收途径及回收经济效益和环境效益有效评价等得到了很多研究机构的青睐。在分析制动能量回收技术之前,需要对不同地域制动能量的回收潜

25、力有所了解。L 1Latkovsis 和L 1Gr ig ans 7根据联合概率分布的基本原理,对里加市城市轨道交通系统的11个变电所未回收的再生制动能量进行了估算。计算结果表明,各个变电所每年均有115M W #h 到12517M W #h 不等的再生制动能量可以得到进一步的回收利用。刘宝林8则通过对广州地铁1号线拖车牵引系统的数据采集发现,1号线车辆的再生制动能量中约48%反馈给电网被其他列车吸收,而消耗在制动电阻上的热量仅有219%,其余部分均在列车运行过程中通过运行阻力耗散。由此认为,广州地铁1号线是否需要设置储能器件进行储能,仍需要在综合评定节能效果和制造维修成本的基础上进行合理决策

26、。在回收潜力明晰的基础上,制动能量回收系统的建模工作,将对制动能量回收技术的优化改进起到决定性作用。M 1Chy mera 9等通过仿真城市轨道交通电气化系统的动态响应对该系统进行了分块建模,特别是变电所及超级电容储能装置的电力模型,对于分析系统的电力特性具有指导性意义。A 1Rufer10等针对存在超级电容储能装置的变电所,建立了电力电子模型并提出了优化问题及约束条件,使得系统优化理论得以在制动能量回收系统中得到应用。另外,M 1N ankyo 等11,S 1H illmansen 和C 1Ro berts 12以及F 1Am po fo 等13也分别对再生制动能量回收系统进行了不同角度的建

27、模研究工作,包括反馈闭环控制器设计、运行过程的动力学分析和环境热能数据统计等。另一方面,A 1H ammar 14等对超级电容建立了更详细的电热模型,尤其是对超级电容的电热指标进行了在线测试,并计算得出了不同类型超级电容在-25e 55e 温度范围内的损耗与效率。池耀田4对于当前市面上流行的一些储能器如飞轮储能器、静止电容储能器及车载电容储能器15的优缺点进行了分析比较,辅之以车载仿真结果对各类储能系统进行图解说明。T 1Ise 16等则通过模糊控制的方法对超导磁储能器件在混合动力车辆上的应用进行了可行性分析。这些工作无疑为储能器件在器件储能型制动能量回收系统的实际应用过程中的合理选取提供了科

28、学依据。在目前城市轨道交通车辆再生制动能量回收系统已得到初步商业化应用的前提下,赵立峰17等详细介绍了中国首批电容储能型回收系统应用于北京地铁5号线的德国西门子公司SIT RAS SES 电容储能式再生电能吸收装置。而对于其他车体上已有的再生制动能量回收系统,Jun H uang18等和P 1Bar rade 19等分别为电力汽车和柴油动力机车的再生制动能量回收提出了不同的优化方案,包括无源无损缓冲器的设置、超级电容储能器容量与尺寸的二次设计等。这些均对再生制动能量回收系统应用于城市轨道交通车辆具有借鉴意义。张雷20等与T 1Konishi21等则对制30第2期 城市轨道交通车辆制动 能量回收

29、技术现状及研究进展 31 动能量回收系统进行 了 SIM UL INK 建模及仿 真, 得 到了制动过程中的电压、 电流、 功率及能量曲线并进行 了数值分析, 从仿真角度模拟了能量回收系统在实际 运行过程中各项指标的变化趋势。 3 2 1 城市轨道交通车辆电阻制动能量回收技术研究 现状 由于电阻制动占电制动比例约为 40% , 因此城市 轨道交通车辆的电阻制动能量回收是非常必要的。然 而, 从当前国内外电阻制动研究状况来看, 大部分制动 能量回收研究均针对车辆的再生制动过程展开, 较少 涉及车辆的电阻制动过程。因此, 作为对再生制动能 量回收技术的有效补充, 作者 22 通过建立城市轨道交 通

30、车辆电阻制动能量回收实验系统, 进行了基于车载 的城市轨道交通车辆电阻制动能量回收方法的研究, 这里的/ 电阻制动能量回收技术0定义为制动能量在没 有通过电阻吸收以前就被制动能量回收装置回收的技 术。 效率如表 4 所示。城市轨道交通车辆电阻制动能量回 收方案在电阻制动原有特点的基础上, 综合了器件储 能型和逆变供能型 2 种回收方式的优点, 具有较强的 市场应用潜力。 表 4 各种工况下实验系统的电阻制 动能量回收效率 工况 A W1 A W2 A W3 制动能量/ ( W # h 储存能量/ ( W # h 23 10 1 33 50 1 37 20 1 18 70 1 27 64 1 3

31、1 05 1 回收效率/ % 80 94 1 82 50 1 83 47 1 4 制动能量回收技术研究发展趋势及可能的 难点 在全球关注于节能减排以及大力推广新能源技术 的 21 世纪, 制动能量的回收不仅用于城市轨道交通车 辆, 而且用于电动提升机、 电梯、 电动汽车和高速电牵 引列车, 并已经进入商业化应用推广阶段。这无疑促 进了城市轨道交通车辆制动能量回收技术在中国的快 速发展。近年来, 城市轨道交通工程理论的成熟与车 辆部件生产精度的提高, 使得关于城市轨道交通车辆 制动能量回收方面的研究和应用取得了显著的成就, 并具有良好的研究和市场发展前景。未来在轨道车辆 制动能量回收技术方面的研

32、究, 可以更关注于以下几 个方向: ( 1 优化列车运行方案, 提高再生能量利用率。由 于产生再生制动需要附近列车吸收部 分再生制动能 图9 城市轨道交通车辆电阻制动能量回收方案原理图 该系统通过机械控制方式来改变三级飞轮的档次 以实现车辆惯量加载 3 种工况, 即车辆轻载、 满载和超 载等工况, 并基于 NI 实验系统软件 L abVIEW 对车辆 牵引和制动的各种参数进行设定和测量。图 9 所示为 城市轨道交通车辆电阻制 动能量回收方案 框图。其 中, M CU 为主控制单元, 对大功率切换开关进行控制 以实现超级电容充电与制动电阻释放 多余能量的切 换; A CU 为辅助控制单元, 对小

33、功率切换开关进行控 制以实现超级电容供电与车载交流电源供电的切换。 总体来说, 该方案以超级电容为储能媒介, 对电阻制动 能量进行储存, 并通过 DC/ AC 将该部分能量逆变为 工频交流电供车载交流用电器使用。当电阻制动能量 过大时, 超级电容不能再吸收能量, 此时通过大功率切 换开关使得多余能量耗散在制动电阻上; 而当超级电 容内能量不足时, 小功率切换开关将切换至车载交流 电源通路, 由车载交流电源向交流用电器供电。目前 电阻制动能量回收实验系统的电阻制动能量回收率已 超过 80% , 各种工况下实验系统的电阻制动能量回收 量, 如何优化列车编排, 使再生制动能量更高效地得到 回收是非常

34、值得研究的一个问题, 可行的节能列车运 行图能够极大地提高再生能量利用率。 ( 2 轨道车辆再生制动与电阻制动能量的综合利 用。由于电阻制动能量在电制动能量中占据着较大的 比例, 仅仅考虑再生制动能量回收不能满足进一步节 能的要求。因此, 开展电阻制动能量的回收是潜力巨 大的一个热点研究方向。 ( 3 以城市轨道交通车辆制动能量回收系统作为 电网中的分布式供能系统。由于轨道车辆制动能量回 收系统能够使制动能量自产自销, 因此满足分布式供 能系统的基本概念, 有可能在不远的将来, 城市轨道交 通车辆与轨道周边居民区或工业区的电源耦合, 发展 为一个组合式的分布式供能系统, 提高供能系统的安 全性

35、和经济性。 ( 4 制动能量回收系统的研发机构应与车辆制造 厂家进行更加有效的沟通和技术合作, 使制动能量回 收系统与整车进行整体优化, 在整车技术性能和空间 布局方面完美结合, 实现整车技术最优化。 32 铁 道 学 报 第 33 卷 然而, 在针对这些方向开展研究并付诸实际应用 的过程中, 还存在着诸多困难需要克服, 其中包括: ( 1 列车数量与轨道运行环境的限制。对于每一 条特定的线路, 其轨道车辆数量都是有限的, 多购进列 车就增加了运营成本; 另外, 轨道建设的硬件设施也对 列车运行密度有一定的限制。因此, 在编制最优的列 车运行图的过程中, 往往需要在最节能方案与最低成 本之间做

36、出权衡。 ( 2 解决强大电流对系统中电力电子器件的冲击 问题。上海轨道交通 2 号线的在线测试数据表明, 在 电阻制动过程中电阻制动瞬时电流会超过 900 A, 最 高可达 1 100 A 22 ; 而且在电阻制动能量回收方案中, 大、 小功率开关的频繁切换会对系统中的电力电子器 件产生极大的电流冲击, 严重影响器件的使 用寿命。 因此如何设计大容量耐冲击的电力电子系统是目前较 难解决的问题。 ( 3 分布式供能系统理论尚需完善, 实际可操作性 有待于验证。分布式供能系统是近些年才逐渐得到重 视的概念, 目前仅有待修订的 IEEE 1547 标准 23 对该 类系统进行了相关规定; 关于分布

37、式供能系统的相关 研究目前大多还仅限于模糊控制和神经网络控制等抽 象模型, 建立一套完整的理论系统尚需时日。另一方 面, 城市轨道交通车辆制动能量回收系统中的电压、 电 流均较大, 对电网的冲击也很大, 而且往往需要整流逆 变装置对其进行处理, 如何安全可靠地在电网中以分 布式发电系统形式运行仍需进行控制 理论的相关研 究。 ( 4 车辆制造厂家在空间布局、 设备布置、 子系统 控制与整车系统控制之间的连接与匹配等方面, 能否 与制动能量回收系统的研发机构进行良好的合作, 是 最大限度发挥制动能量回收系统节能 效果的关键问 题, 而市场实际应用效果是检验车辆制造厂家和制动 能量回收系统研发机构

38、合作成败的具体体现。 广, 制动能量回收技术逐渐会显现出显著的经济效益 和环境效益, 逐步在不同类型的轨道交通车辆上推广 应用, 实现制动能量回收的良好经济效益和社会效益。 参考文献: 1 周剑斌, 苏浚, 何泳斌1 地铁列车运行再生能量 利用的研究 J1 城市轨道交通研究, 2004, 7( 4 : 33 35 - 1 ZHOU Jian bin, SU Jun, H E Yong bin Utilization of Trains - 1 Reg ener ativ e Ener gy in M etro Sy st em J 1 U r ban M etro T ransit, 2004

39、, 7( 4 : 33 351 2 Barcag lioni M Battery Sto rag e Plant to Impro ve Ener gy 1 Sav ing and Securit y o f Subw ay Elect ric Supply C / / Pr o ceeding s o f t he IEE Internatio nal Co nfer ence o n Electr ic Railway in a U nited Euro pe, 1995: 87 91 - 1 3 Sameshima H , O gasa M , Y amamoto T1 On bo ar

40、 d Charac ter istics of Recha rg eable L ithium Ion Batter ies fo r Im pr o ving Energ y Regenerativ e Efficiency R 1 Q uarter ly Re po rt of R ailw ay T echnical Research Institute, 2004, 45 ( 2 : 45 52 - 1 4 池耀田1 城轨交通系统储 能器的发展 J1 都市快 轨交通, 2005, 18( 3 : 1 6 -1 CH I Yao tian Development of Ener gy S

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42、shan T est L ine of M id to low Speed M ag lev V ehicle J 1 Electr ic - Dr iv e fo r L oco motiv es, 2008, ( 2 : 38 431 6 李珞1 重庆 单轨 交通再 生制 动 能量 地面 吸收 装置 的应 用 J1 现代城市轨道交通, 2005, ( 4 : 18 21 - 1 L I L uo A pplicatio n of T rackside A bsor bing Device of Re 1 generated Br ake Energ y fo r M o norail T

43、ransit in Chong qing J1 M o der n U rban T ransit, 2005, ( 4 : 18 21 - 1 7 L A T K OV SKI S L, GR IGA N S L Estimatio n of the U n1 tapped Regenerat ive Br aking Ener gy in U r ban Electr ic T ranspor tatio n Netw or k C / / Pro ceedings of 13th Inter nat ional Po wer Electr onics and M o tio n Co n

44、tr ol Confer ence, 2008: 2066 2070 1 8 刘宝林 1 地 铁列 车能 耗 分析 J1 电 力机 车 与城 轨 车辆, 2007, 30( 4 : 65 70 - 1 L IU Bao lin A na lysis o n Ener gy Co nsumption of M etro - 1 T ain J1 Elect ric L ocomo tiv es and M ass T ransit Vehicles, 2007, 30( 4 : 65 70 - 1 9 CH YM ER A M , REN FREW A , BA RN ES M1 Ener gy

45、 Sto r ag e Devices in Ra ilw ay Systems C / / Seminar o n Inno va tion in the R ailw ay s: Evolut ion or Revo lutio n Birming ham, 1 5 结束语 随着城市轨道交通系统的日趋普及和逐渐完善, 城市轨道车辆制动能量的回收利用逐渐成为人们关注 的焦点。城市轨道交通车辆在制动过程中会产生数量 可观的制动能量, 具有回收价值。电力电子器件制造 工艺的飞速发展使得制动能量回收系统越来越多样化 和集成化, 为研发过程提供了可选择性。城市轨道交 通车辆制动能量回收技术拥有非常可

46、喜的研究现状和 广阔的应用前景。在制动能量回收系统研发和应用过 程当中还存在一些技术因素的制约与认识上的障碍, 但随着制动能量回收技术的完善和商 业化应用的推 第2期 U K: A ustin Court, 2006 1 城市轨道交通车辆制动 能量回收技术现状及研究进展 33 ZHA O L- feng, ZHA N G F a ming Regenerative Ener gy i 1 Absor pt ion Dev ices in Beijing M etro L ine 5 J1 M odern U rban T ransit, 2008, ( 1 : 6 8 -1 18 HU AN

47、G J1 Resear ch o n Impr oving Ener gy Regeneration Efficiency of Super Capacitor s Electric Bus C / / Pr o ceedings of I EEE V ehicle Po wer and Pr opulsion Confer ence, 2008: 1 5 -1 19 BA RR ADE P , DEST RA Z B, R U FER A1 H y br id Vehicle in Railw ays A pplications: Supercapacit ive Ener gy Sto r

48、ag e for D iese- electr ic L ocomot ives C / / P roceeding s o f the l V ehicular Po wer and P ropulsio n Sy mpo sium, 2004: 1 6 -1 20 张雷, 薛小军, 张桢琦, 等1 一种新型制动能量回收系统 的 仿真研究 J1 电力机车与城轨车辆, 2007, 30( 2 : 23 25 - 1 ZHA N G L ei, X U E X iao jun, ZH A N G Zhen qi, et al1 Re search on the Simulat ion o f a

49、 No vel Breaking Energ y Re cov ery System J1 Elect ric L ocomot ives and M ass T r ansit Vehicles, 2007, 30( 2 : 23 25 - 1 21 K ON ISH I T , H ASE S, NA K A M ICH Y Ver ification 1 T ests of Energ y Sto rag e Sy stem for DC Electr ified Rail way s U sing EDL C R 1 Quart erly Repo rt o f Railway T e

50、chnical Research Inst itute, 2007, 48 ( 2 : 71 771 22 杨俭, 黄厚明, 方宇1 上海 轨道交 通 2 号 线列车 运行能 耗 分析 J1 内燃机车, 2009, ( 4 : 23 25 - 1 YA N G Jian, HU AN G Ho u ming , F A NG Y u Ener gy 1 Co nsumptions of T ra ins on Shanghai M etro L ine 2 J 1 Diesel Lo comotives, 2009, ( 4 : 23 25 - 1 23 IEEE Std 1547 2003 IEEE Standar d fo r Inter connecting 1 Distr ibuted Resources wit h Elect ric P ower Systems 1 10 RU FER A, BARR AD E P, HO T EL LI ER D P ow er Elec 1 t ronic Int