城轨交通再生制动能馈回馈技术应用探讨课件

1、GLOBALBUSINESSSUCCESS城轨交通列车再生制动能量回馈技术应用探讨2015年5月1 背景及发展现状2解决方案3效益分析4应用情况介绍内容摘要contents工作建议51 背景及发展现状 当前，我国城市轨道交通正在蓬勃发展，开通运营里程已超过3000公里，总规划里程超过8000公里。 作为一种大运量、高密度的交通工具，轨道交通列车运行具有站间运行距离短、运行速度较高、起动及制动频繁等特点。 节能降耗是轨道交通可持续发展的必由之路。 牵引供电系统是能耗大户，也是节能关注重点。1 背景及发展现状车载再生制动能量吸收地面再生制动能量吸收传统的再生制动能量处理方案制动电阻10kV/33k

2、V/35kV中压交流电网低压400V动力电网电阻吸收制动能量带来的后果一是能源浪费，背离低碳、环保理念。二是热量积聚，使得隧道温度上升。三是增加通风设备，消耗额外能量，形成新热污染源。以重庆、北京、广州、成都及长沙、昆明、宁波、成都等为代表的城市均将列车再生制动能量的二次利用作为新线建设、旧线改造的重要课题，并在一些线路上付诸实施。1 背景及发展现状 电阻消耗型 保证列车电制动实施 列车间互相吸收储能型 飞轮 超级电容 电池 回馈型 低压混合型 中压型 独立支路 非独立支路列车再生制动能量利用方案1 背景及发展现状 ABB、西门子，东芝、明电舍等国外企业已有相关产品在地铁工程中成功应用。 国内

3、时代电气、湖南恒信、许继、千四驭、南瑞继保等企业跟进研发，也提出了相应解决方案，其中重庆地铁2、3号线低压混合型，北京地铁14号线中压型再生制动能量回馈系统已正线运营18个月，效果显著。1 背景及发展现状1 背景及发展现状2解决方案3效益分析4应用情况介绍内容摘要contents工作建议5与原系统的兼容性电网兼容性基于成熟车载平台的二次开发1再生能量解决方案不得影响牵引整流机组及其他设备的正常运行。再生能量解决方案反馈的电能质量不得影响到电网质量（交流电网、直流牵引电网、400V动力母线）。再生能量回馈系统须是基于成熟车载平台的二次开发的产品，须具备深度国产化水平。23再生能量利用解决方案所遵

4、循的准则2解决方案独立支路型10kV/35kV中高压交流供电网非独立支路型解决方案特点非独立支路中压型回馈功率较大，但原整流机组与回馈装置间兼容性不好，故障工况下会易相互影响独立支路中压型回馈功率大，与原系统兼容性好，但与非独立支路方案相比需要增加部分投资中压型2解决方案10kV/35kV中高压交流供电网解决方案特点低压+能耗回收功率受限，仍存在较大能量消耗低压+储能回收功率大，不存在能量消耗部分，但投资较大低压混合型10kV/33kV中高压交流供电网低压400V动力电网回馈+消耗电阻10kV/33kV中高压交流供电网低压400V动力电网回馈+储能超级电容低压能量回馈+电阻消耗型低压能量回馈+

5、储能型2解决方案解决方案特点电容储能兼容性好，但回收能量受电容器安装容量限制，全生命周期成本高。超级电容储能型超级电容储能型2解决方案超级电容10kV/35kV中高压交流供电网 无传统二极管整流回路，牵引、回馈一体化； 谐波小，网侧功率因数高； 成本很高全功率四象限地面牵引供电装置正在发展的技术2解决方案 基础技术要求很高，目前核心部件和技术需进口； 全生命周期成本高昂，国内尚处于技术研究阶段。飞轮储能型再生能量储存装置正在发展的技术2解决方案 基于技术经济性和成熟度考量，目前采用较多的采用单设支路的中压型列车再生制动能量回馈系统，同时有能力实现并乐于满足用户选择的其他解决方案。与现有的二极管

6、整流器牵引供电系统并联运行，保证与原系统的兼容性；优秀的电能质量品质，保证与35kV/10kV电网系统具有良好的兼容性。2解决方案35kV/10kV交流供电网1500V/750V直流牵引供电网能量回馈系统动力系统及照明功能回馈功能当列车制动时产生的能量回馈到直流牵引网上，多余的电能通过该回馈装置回馈到中压交流电网中，可以供其他负荷使用。辅助牵引功能列车取流会造成牵引网电压下降，能馈装置与二极管整流器共同向列车提供能量，从而维持一定的母线电压水平。2解决方案无功补偿功能城轨供电系统线路负荷率低时，如夜间收车后，中压环网电缆容性无功造成系统功率因数非常低，本系统可作为无功发生器使用，提高系统功率因

7、数。系统组成再生能量回馈系统主要由高压开关柜、能馈变压器、能馈变流器、能馈直流柜以及直流开关柜五部分组成。2解决方案功率模块采用在干线车辆、城轨车辆上已成熟应用大功率平台化变流器模块。变压器采用重载机车、和谐动车车载轴向多分裂高漏抗高解耦率变压器技术。控制器采用在机车、城轨车辆、石油钻井平台、轧钢机等多行业多领域成熟应用的控制平台及控制算法。系统组成再生能量回馈系统主要由高压开关柜、能馈变压器、能馈变流器、能馈直流柜以及直流开关柜五部分组成。DC750V/1500VAC 35kV/10kV2解决方案关键技术参数关键技术参数交流网压AC 35kV/ AC10kV/AC 380V直流网压DC 75

8、0V / DC 1500V额定功率300kW2000kW间歇工作功率600kW3600kW（30s/120s工作制）馈入点功率因数 0.99效率 95%系统动作电压 DC 1700V/850V（可手动/自动调节）尺寸（宽深高)100012002300(mm)能馈变流柜100012002300(mm)能馈直流柜300018003000(mm)能馈变压器注：1.设备尺寸、容量可根据用户需求进行调整； 2.变压器具体根据电压等级和容量调整。2解决方案系统型谱系列产品型号额定功率（kW）间歇峰值功率（kW）能馈变流柜能馈直流柜能馈变压器10kV系列tPower-RF2.1800.75010001800

9、111tPower-RF2.3600.75020003600211tPower-RF1.1800.150010001800111tPower-RF1.3600.15002000360021135kV系列tPower-RF2.1800.75010001800111tPower-RF2.3600.75020003600211tPower-RF1.1800.150010001800111tPower-RF1.3600.150020003600211备注：1. 表中体现的是本公司再生能量回馈产品的基本配置，具体系统容量可根据用户需求变化。 2.系统中变压器部分的尺寸根据容量、电压等级及现场条件确定。2

10、解决方案产品应具备的性能高可靠性： 采用城轨车辆成熟应用的功率模块及控制技术产品平台。优良的负荷适应性： 针对列车再生制动能量的特点，装置提供高达近2倍额定功率的间歇工作过负荷能力，更好的满足列车电制动需要，同时再生制动能量转移率更高。兼容性： 与原二极管牵引整流机组兼容性好，与电网兼容性好。占地小：设备外形紧凑、占地小方便扩展： 装置采用模块化设计，可满足额定功率300kW2000kW，间歇工作功率600kW3600kW等多个容量等级；可配置辅助牵引供电功能，与二极管整流器协同供电。2解决方案1 背景及发展现状2南车技术平台及解决方案效益分析43应用情况介绍内容摘要contents工作建议5

11、3应用情况介绍目前已实施及在建的项目线路设备规格数量投运时间备注重庆轨道交通各线DC1500V，电阻性低压混合型，中压型多套2004已运行多年郑州地铁1号线DC1500V，中压型额定1MW2套2013已运行两年广州地铁4、5、6号线DC1500V，电阻性中压型，储能型1套2005已运行多年北京地铁14号线（园博园站、大井站）DC1500V，中压型间歇3.6MW2套2013.5已运营18个月长沙地铁2号线DC1500V，中压型额定2MW，间歇3.6MW8套执行中 首套已下线北京地铁8号线3期工程DC750V，中压型额定1.25MW10套执行中昆明3号线DC750V，中压型额定1.25MW，间歇3

12、.6MW15套执行中3应用情况介绍 在北京地铁14号线采用DC1500V制式，车辆为6列编组4M2T A型列车，车上不设制动电阻，列车电制动通过地面再生制动能量处理装置实现。车辆运行间隔为5分钟。 北京地铁14号线3应用情况介绍 电网兼容性回馈功率及功率因数注入PCC电流谐波PCC处电压谐波3应用情况介绍 系统兼容性 装置在回馈过程中，外电源突然失电 母联备自投应该正常投入3应用情况介绍 功率曲线3应用情况介绍注（某）变电所采用能馈装置后的能量转换率=变电所总回馈电能/变电所总牵引电能*100%。 园博园变电所周平均能量转换率46.6%。北京地铁14号线园博园（周回馈电能）时间总牵引电能/kw

13、h总回馈电/kwh日能量转换率6月20日6467224634.7%6月21日5423244945.1%6月22日3425172750.4%6月23日5545307955.5%6月24日4056217753.6%6月25日3937200751%6月26日5186219142.2%一周累计值340391587646.6% 回馈电能情况3应用情况介绍注（某）变电所采用能馈装置后的能量转换率=变电所总回馈电能/变电所总牵引电能*100%。 园博园变电所周平均能量转换率46.6%。北京地铁14号线园博园（周回馈电能）时间总牵引电能/kwh总回馈电/kwh日能量转换率6月20日6467224634.7%6

14、月21日5423244945.1%6月22日3425172750.4%6月23日5545307955.5%6月24日4056217753.6%6月25日3937200751%6月26日5186219142.2%一周累计值340391587646.6%3应用情况介绍注（某）变电所采用能馈装置后的能量转换率=变电所总回馈电能/变电所总牵引电能*100%。 大井变电所周平均能量转换率34.3%。北京地铁14号线大井（周回馈电能）时间总牵引电能/kwh总回馈电/kwh日能量转换率6月202%6月21日4961164533.2%6月225%6月23日5

15、427187534.5%6月24日9874387739.3%6月25日12640450035.6%6月26日10755220620.5%一周累计值709922432634.3%3应用情况介绍北京地铁14号线园博园及大井（月回馈电能）园博园大井站名日平均回馈电度（kwh）日平均牵引电（kwh）单站回馈电度占牵引电度比例两站日平均回馈电度（kwh）两站日平均牵引电（kwh）两站日平均回馈电度占日平均牵引电度百分比每站月平均回馈电度（kwh）园博园站2127523140.66%2737718338.1%82110大井站3347913536.64%3应用情况介绍 广州地铁4号线庆盛站项目 在广州地铁4

16、号线庆盛站挂网试运行，采用DC1500V制式，车辆为4列编组B型车，采用单车往返方式测量数据，车辆发车间隔为6分钟。 共进行了12次跑车试验，车辆为空载运行，单次试验间隔为6分钟，在33kV侧测量单次最大回馈功率值为1.49MW，单次平均回馈电能为4.1kWh。1 背景及发展现状2解决方案效益分析43应用情况介绍内容摘要contents工作建议54效益分析配置能馈装置后综合经济效益分析减少车辆在车载制动电阻方面的购置成本 整车减重减少制动电阻辅助散热风机能耗减少车辆投资及能耗减少通风空调系统运营成本 减少车载通风空调运营成本 减少车站通风空调运营成本对牵引供电系统 实现列车再生电能的二次利用取得直接节能效益 根据北京地铁14号线实际运营试数据，每个牵引所每天平均回馈电能为2737kw/h，则每站一年将节约100万度电，若按每度电0.8元钱，则每个变电所每年节能产生的直接经济效益可达80余万元，节能效果显著。 其他的边际效益： 减少通风空