 “2016第三届轨道交通供电系统技术大会”演讲报告图文版已在“电气技术”微信（微信号：dianqijishu）上陆续发布，请感兴趣的读者扫描下方二维码，进行关注阅读。 演讲人周菁，系北京城建设计发展集团公司总工
（本文根据“2016第三届轨道交通供电系统技术大会”演讲PPT编辑而成） 一、概述 （1）2013年北京地铁全年共计电能消耗10.8亿度，其中牵引电耗为6.1亿度，牵引能耗约占总能耗的56.2%；2015年为12.7亿度，牵引能耗约占总能耗的57%； （2）目前存在几种再生制动能量回收技术，这些方法各具特点，已经可以将城轨列车的再生制动能量充分有效的回收利用； （3）分析再生制动装置对供电系统的影响，对它们进行科学评估和合理设置。 北京2013年的牵引能耗已经超过10亿度电，去年已经达到12.7亿度，其中由于牵引的能耗约占60%。大家都认为如果能够把列车制动的能量进行吸收并有效利用，对节能起到很好的效果。目前已经有多种形式的回收利用技术，它们各具特点。因此分析这些技术对供电系统的影响，可以使我们后续的应用更加合理。 二、再生制动能量利用装置的沿革
国外设备的应用情况与国内相比，还有飞轮型和电池储能型的设备应用，基本上是相似的。
从2006年开始投入运营开始，从纯电阻到电阻+逆变，再到中压能馈型，到今年超级电容型已经在北京八通线挂网，并安装在青岛地铁3号线，短短10年间国内的设备类型已经多种多样。未来可能还会有其它类型装置投入使用。 三、再生制动能量利用装置技术比较 下面对国内使用的设备情况作一个对比分析，由于纯电阻型设备是消耗型设备，并不能节能，后续就不再做介绍了。 首先先分析一下逆变型设备，逆变至低压时，由于瞬时能量较大，而低压系统不能够完全吸收，一般这种类型的设备的容量都不会太大，因此需要同时配备电阻。
而逆变至中压系统，能量在中压网络上传递，能量的利用率较高，因此设备容量的选择主要考虑最佳吸收和分布率。
储能型设备最大的优点是能量传递只在直流系统内部，因此对其它系统的影响较小。因此对于超级电容储能型设备，还需要考虑储能设备的容量，尽量提高设备寿命。
飞轮储能型式目前在国内尚未应用，但其与超级电容相似。
总的来说，储能型设备与城市电网没有关系，与外部接口比较简单；而逆变型设备存在对城市电网返送电情况，外部接口较复杂；都具有对直流系统的稳压作用，有节能效果；但电阻发热对环境影响较大。 从目前应用情况看，低压逆变+电阻的方式只是过渡产品，不是未来的发展方向，后续不再讨论。而飞轮储能型设备在国内尚未应用，因此下面将主要讨论中压能馈装置以及电容型装置对供电系统的影响。 四、再生制动能量利用装置对供电系统的影响
上面是中压能馈装置的电气原理图，下图是超级电容的电气原理图，中间部分都是基于IGBT器件的变流技术。因此对于直流系统来说两种装置都具有吸收能量和提供能量的能力。
首先来分析一下车辆和变电所的距离与吸收功率之间的关系，主要取决于再生装置的启动阈值，以及列车制动的位置。
这个表格是中压逆变型装置在北京地铁10号线调试时的记录数据，十里河站装配了1套2MW的再生装置，十里河到宋家庄站的距离约4.5km。
可以看出能量在牵引网上的传递效果，它是随着距离逐渐减少的。那么再生装置应该如何布置呢？是每个牵引变电所都设置，还是隔站设置呢？
红色部分为每个牵引变电所均设置再生装置，其再生装置的间距约为2.1km；橙色部分为隔站设置，再生装置的间距约为4.2km。经过比较可以看出，每站均设置的吸收率较高。
本图为北京地铁10号线一期的模拟分析，上图为列车7min运行间隔不投入中压能馈装时的牵引网最高电压曲线，下图为加入中压能馈装置后的牵引网最高电压曲线。
总体来看采用中压能馈型装置其改善网压的效果比较明显，但是他不能提高直流的最低电压。
本图为超级电容型装置在北京地铁八通线挂网的波形图，可以清楚看到蓝色线条的波动幅度小于红色线条。其稳压效果还是比较明显的。
从目前北京地铁中压能馈设备的运行情况看，吸收的能量依然会返回至电网，上图是北京地铁10号线二期中压能馈装置现场运行的波形。黑色图像是空载和100%负载时母线电压谐波分布。 无论是逆变型还是储能型装置都可以吸收列车制动能量，同时为列车提供牵引电能，可以作为第三机组参与直流供电，从而对直流系统的运行方式带来新的变化。 由于IGBT没有过负荷能力，当中压能馈装置按照六类重载牵引变压器要求时，其设备的容量必须大幅度提高，其技术经济性会降低。
本表以北京地铁10号线一期工程为例，线路全长25km，共设置13座牵引变电所，按照每个牵引变电所均设置再生装置进行比较。 设备的维护费用SC包括能源消耗、维修、操作、管理和报废等，在此按照设备为免维护，其它维修、操作、管理等费用为日常变电所的维护费用，不计入本设备的维护费。 因再生制动吸收装置具有节能效果，在运行过程中可节约电能，这里是将设备费用与节能费用进行加成后比较。 五、展望
以上是我对再生制动装置的一个简单的分析，再生制动装置在我国真正的应用才刚开始，后续还有很多值得探索。  |
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