地铁牵引系统供电的节能优化分析

王垚 吕井利

摘要：随着我国社会经济的不断发展，城市化脚步在不断的加快，城市人口也得到了大幅度的增加，导致城市交通拥堵，为了解决城市交通堵塞问题，地铁成为了目前各大城市重点开发的交通方式，地铁能够有效的缓解城市交通问题。但是地铁在运行的过程中牵引供电系统由于工作时间较长效率低，从而增加了能源的消耗。为了响应我国节能减排的号召，要对地铁牵引系统共建节能进行相关的优化措施。本文将针对地铁牵引系统中供电节能优化，进行简单的讨论分析。

关键词：地铁;牵引系统;供电;节能优化;

牵引系统是地铁交通系统中的基础能源设备，能够为地铁提供建立资源，保障地铁的稳定运行。目前地铁牵引系统中使用的供电方式是集中供电，由于地铁在运行过程中，相邻站台距离较短，需要频繁的启动和停止，在这个过程中会产生巨大的能量，从而导致电能的浪费。在地铁牵引系统中使用储能装置能够对制动能量进行再生处理，同时可以储存大量的动能，从而减少不必要能源的浪费，同时能够保证牵引系统供电的稳定，改善牵引系统供电质量，提高地铁运行的稳定性【1】。如图1所示。

一.地铁牵引系统供电现状

1.对再生能源利用率低

传统的地铁牵引系统共建中对于再生能源的利用率极低，由于传統牵引系统中消耗自动能量的方法是通过电阻进行，通过电阻将自动能量吸收，并以热能的形式进行储存并再次利用，但是在再次利用的过程中，由于电阻器的分散和消耗，从而将大部分的热量直接释放到周围环境中，无法保证热能再利用的效率，在再利用的过程中再生能量会产生大量的浪费，从而出现能源再利用率低的情况。

2.投资过大

在传统的地铁线供电系统中，通常使用的是补丁式的解决方案，导致牵引供电系统的组成越来越复杂，设备种类在不断的增加，需要的安装空间和设备的投资也随之增加。在牵引供电系统中，以无功补偿设备为例，每条线路的无功补偿设备投资金额需要达到千万元，导致成本资金投入过大。

二.地铁牵引系统供电节能优化

1.并网回馈型吸收装置

并网回馈型吸收装置主要有大功率的晶闸管和三相逆变器组成，其中逆变电流的流向能够决定逆变的模式，逆变模式可以分为逆变回馈型和逆变负载性。首先是逆变回馈型通过逆变器反馈再生制动技术，将列车制动时产生的能源经过逆变器转化为交流电，能再将所收集的交流电能，通过升压整流器反馈到牵引系统中的变电所回馈的这部分技能能够对于地铁牵引系统中的设备进行使用，这样一来就能节省电网，对于这部分设备的电力输入，从而达到节能的效果，同时逆变回馈再生制动技术能够对牵引系统的电压进行稳定，从而保障牵引系统更加稳定运行。其次就是逆变负载型逆变负载型，将电能逆变后供给负载使用将吸收的直流电能，经过逆变器转化为交流电，地铁中的相关用电设备，可以用这部分交流电作为负载使用，从而达到节约能源的目的，但是由于地铁频繁的开停，会出现间歇性的制动，从而导致负载功率出现波动无法为系统提供稳定的电流【2】。如图2所示。

2.储能吸收装置

储能吸收装置，能够利用车辆产生的再生能量，地铁在加速行驶的过程中，牵引系统中的网压会产生下降，这时如果储能装置能够提供能量，可以有效的提高网压，实现节能目的。较为常见的储能吸收装置，包括飞轮储能装置和超级电容储能装置【3】。首先是飞轮储能系统飞来储能系统主要由飞轮转子轴承发电机变化器和真空室组成。飞轮储能系统通过旋转体的动能进行储存，在牵引系统中，飞轮储能装置以集装箱的形式安装在轨道上，通过电机旋转带动飞轮旋转将电机中的电能转化为动能，当使用飞轮储存中的能量使飞轮会减慢旋转速度将动能输出为电能。最后就是超级电容储能超级电容储能是一种最新的储能系统，由于自身性能优良，并且能够储存大容量的能源，再加上充放电速度快，使用寿命长，体积重量小，产生的物质对环境不会造成污染，在地铁牵引系统中被广泛应用。超级电容储能具有高功率，能够满足大规模的电流充放电需求，通过串联和并联的方式将单体连接到一起，能够实现大功率，需要同时能够有效的吸收地铁产生的再生制动能量。将超级电容器连接到牵引系统中，在地铁制动的过程中产生再生制动能量，从而将直流电网中的电压进行升高，超级电容储能系统可以吸收多余的能量维持电网电压的稳定，当列车在加速行驶或启动时，超级电容储能系统便将储存能量提供给列车使用，降低牵引系统中的供电压力【4】。超级电容储能装置可以将牵引系统电压控制在合理的范围内，通过利用超级电容储存装置，对地铁线系统中产生的能源进行收集，在需要能源时进行提供，能够有效达到地铁牵引系统供电节能优化效果。

结语：综上所述，地铁牵引系统对于能源的需求极大，通过使用储能吸收装置来利用地铁运行中产生的能量，在切系统需要能量时，将储存的能量进行释放，能够有效的达到节能目的。

参考文献：

[1]杨静.地铁牵引系统供电的节能优化[J].大众标准化，2019（18）：55-56.

[2]许昕. 地铁牵引供电系统节能优化设计研究[D].北京建筑大学，2019.

[3]刘良杰，陈文光，刘雄，何涛.地铁永磁同步牵引系统节能技术研究[J].机车电传动，2018（06）：23-25+41.

[4]王贵久. 地铁列车牵引系统节能新技术应用研究[D].北京交通大学，2018.