基于储能技术的城轨交通再生制动能量利用方案研究

随着我国城市规模的扩大和人口的迅速增长，对交通的需求日益提升。城市轨道交通作为大型现代化交通工具的代表，在我国得到了飞速的发展和应用。如何提高城市轨道交通建设水平，提高能源的利用率，降低运营成本，以符合国家节能环保和低碳经济的政策要求，是城市轨道交通建设发展中所要解决的几个关键问题。 目前，城市轨道列车一般采用再生制动技术。若再生制动能量未被及时吸收，会引起牵引网电压升高，影响电网和列车的安全运行。本文围绕如何提高再生制动能量的利用率，保证列车的安全运行，对城轨交通再生制动能量特点进行了分析，对各种列车再生制动能量吸收利用方案进行了研究，重点研究了电阻能耗式和储能式再生制动能量吸收方案，在此基础上对储能式再生制动能量吸收方案进行了改进。 首先，对城轨交通再生制动能量产生的机理进行了分析，对再生制动能量的特性及城市轨道列车目前采用最多的SVPWM调速控制方法进行了介绍，并应用此控制方法，根据列车运行的特性曲线建立了城轨列车牵引过程的仿真模型，对再生制动的能量特点和不同的发车密度对牵引网电压的影响进行了仿真分析。 其次，分析比较了电阻能耗式、储能式和逆变回馈式等几种再生制动技术的特点，指出储能式再生制动技术在能量利用率、技术成熟度等方面具有较大优势，同时对电网无影响，选择合适的储能器件其寿命也能够达到使用要求，能够代表城市轨道交通再生制动能量吸收利用的发展方向。建立了电阻能耗式再生制动技术的仿真模型，对制动电阻在不同的开启电压下对节能效果的影响进行了仿真分析。分析比较了常用储能方式的特点，以超级电容作为储能器件，利用MATLAB/Simulink建立了城市轨道交通储能式再生制动节能方案的模型，并对仿真结果进行了分析。 最后，对储能式再生制动节能方案进行了改进，提出了基于储能的城轨交通再生制动能量综合吸收利用方案，并利用MATLAB/Simulink仿真软件，对该方案进行了建模和仿真。仿真结果表明基于储能的城轨交通再生制动能量综合吸收利用方案能够稳定直流牵引网电压，提高供电质量，同时还能够实现节能和无功补偿的功能。