城市建設論文發表期刊推薦核心期刊《現代城市研究》，《現代城市研究》創刊于1986年，本刊為雙月刊，南京市建設委員會主管，南京城市科學研究會主辦。國內統一刊號：CN：32-1612/TU，國際刊號：ISSN：1009-6000。《現代城市研究》以城市為研究對象的綜合性學術期刊。本刊追求學術性、前沿性和前瞻性，注重理論聯系實際，反映學術界和實際部門的新動態，刊載有創見的現代城市研究成果、述評、實例分析、文摘等。深受高校、研究機構、設計院所的廣大讀者的好評。本刊內容充實、版式清新、裝飾精美。

　　[摘要]：文章中對再生制動能量吸收裝置在城市軌道交通中的重要作用做了簡明的闡述，對其工作原理做了詳細的分析；并結合運營過程中出現的問題，對再生制動能量吸收裝置在城市軌道交通中的應用做了進一步的分析研究；最后通過對各類再生制動系統的對比分析，對未來軌道交通再生制動系統的發展進行了展望。

　　[關鍵詞]：城市軌道交通,再生制動能量,吸收裝置,電網電壓

　　一、城市軌道交通中設置再生能吸收裝置的必要性

　　牽引變電站再生能量吸收裝置是城市軌道交通供電控制系統的重要組成部分，對抑制地鐵洞內溫升、減少車載設備、減小車輛維修量帶來了較大的便利。原地鐵、輕軌車輛電制動采用再生制動或再生—電阻制動模式，對于車流密度不大的線路，再生電制動功能得不到充分發揮，造成氣制動投入頻繁，使得洞內或沿線閘瓦灰塵較多，嚴重污染環境，且造成地鐵隧道內溫度不斷升高。為了減少電阻制動逸散在洞內的溫度，工程中不得不加大洞內排、通風量或增大空調功率，造成工程建設費用及運營費用增加。再生制動吸收就是在牽引變電站設置集中吸收設備，使車輛再生能量消耗在地面空間。

　　二、再生制動能量吸收裝置工作原理

　　（一）原理概要

　　通常當車輛處于再生電制動時，若電網具備吸收能力，即此時另有其他車輛正處于牽引狀況，列車能穩定的再生制動（如圖一）。而當單列車運行時，此時電網不具備吸收能力，列車只能采用空氣或其它機械制動。因此，解決此狀況的方法是在供電站附近設置再生制動吸收裝置。

　　當處于再生制動狀況的列車回饋出去的電流不能完全被其他車輛和本車的用電設備所吸收時，能量吸收裝置立即投入工作，吸收掉多余的回饋電流，使車輛再生電流持續穩定，最大限度的發揮電制動功能（如圖二）。

　　圖二

　　（二）城市軌道交通中再生能吸收裝置原理介紹

　　再生能量吸收裝置在接收到“快開合閘”信號后，根據電網電壓及“快開閉合確認”信號，進入正常啟動程序。微機控制系統首先合上預充接觸器，給濾波電容充電，然后合上線路接觸器，此時完成能量吸收裝置投入工作前的準備。

　　此后微機控制系統將自動測定線網空載電壓值和吸收電壓值，根據各個傳感器檢測信號綜合判斷線網上是否有列車處于再生電制動狀態。一旦確認有列車處于再生制動狀態并需要吸收能量時，斬波器立即投入工作，微機控制系統進行快速的電流跟蹤和恒壓控制運算。當車輛制動級位較低時，即回饋電流較小，經控制單元運算后，調節斬波器導通比，使斬波器處于低開通狀態。隨著制動級位增加，控制系統經PID實時運算，快速調節斬波器導通比，以維持電網電壓的相對恒定，確保列車充分有效利用電制動，直至線網電壓值低于設定的吸收電壓值后，關閉斬波器，等待下次車輛的再生吸收。整個制動過程，可以根據線網電壓變化及再生功率大小，實現實時控制。

　　三、在運行過程中問題分析及解決方法

　　（一）問題分析

　　地鐵某線運行過程中，在沒有列車跑途的情況下，再生能吸收裝置一直處于吸收運行狀態。根據設計要求，再生能吸收裝置的基準電壓為770V，直流牽引系統的理論電壓應為750V。但由于10kV供電系統實際電壓約為10.4kV，由公式（N1/N2=U1/U2）計算得：

　　通過上述分析計算，可見正常送電情況下，電網電壓達到了再生能吸收裝置啟動運行的基準電壓。只要再生能吸收裝置投入運行，就開始吸收“多余”能量。

　　（二）解決方法

　　由于整流器的硬件是不能調整的，要想降低電網電壓，只有調節整流器的交流輸入電壓。由公式N1/N2=U1/U2得U2=（N2/N1）ΧU1，可見在U1不變的情況下，要想降低U2值，需改變整流變壓器的匝數比，即調整整流變壓器的檔位。根據設計要求，整流變壓器在正常運行時的檔位應在三檔，參考整流變壓器的技術參數：1600KVA，10±2Χ0.25%/0.59kV，應將變壓器檔位調為一檔，由公試計算可得：UDC=742V。在沒有車輛進行電制動時，電網電壓小于再生能吸收裝置的基準電壓，裝置將不會頻繁啟動。

　　四、優、缺點對比分析與展望

　　為了減少制動能量在列車制動電阻上的耗散，抑制地鐵隧道內溫度的升高和減少車載設備，國外一般在牽引變電所的直流母線上設置再生制動能量吸收裝置，所采用的吸收方案主要包括電阻耗能型、電容儲能型、飛輪儲能型和逆變回饋型四種方式。

　　電阻耗能型再生制動能量吸收裝置主要采用多相IGBT斬波器和吸收電阻配合的恒壓吸收方式，根據再生制動時直流母線電壓的變化狀態調節斬波器的導通比，從而改變吸收功率，將直流電壓恒定在某一設定值的范圍內，并將制動能量消耗在吸收電阻上。該裝置的優點是控制簡單，其主要缺點是再生制動能量消耗在吸收電阻上，未加以利用；而且電阻散熱也導致環境溫度上升，因此當該裝置設置在地下變電所內時，電阻柜需單獨放置，而且該房間需采取措施保證有足夠的通風量，需要相應的通風動力裝置，也增加了相應的電能消耗。

　　電容儲能型或飛輪儲能型再生制動能量吸收裝置主要采用IGBT逆變器將列車的再生制動能量吸收到大容量電容器組或飛輪電機中，當供電區間內有列車起動或加速需要取流時，該裝置將所儲存的電能釋放出去并進行再利用。該裝置充分利用了列車再生制動能量，節能效果好，并可減少列車制動電阻的容量。其主要缺點是要設置體積龐大的電容器組和轉動機械飛輪裝置作為儲能部件。

　　逆變回饋型再生制動能量吸收裝置主要采用電力電子器件構成大功率晶閘管三相逆變器，該逆變器的直流側與牽引變電所中的整流器直流母線相聯，其交流進線接到交流電網上。當再生制動使直流電壓超過規定值時，逆變器啟動并從直流母線吸收電流，將再生直流電能逆變成工頻交流電回饋至交流電網。該裝置充分利用了列車再生制動能量，提高了再生能量的利用率，節能效果好，并可減少列車制動電阻的容量。其能量直接回饋到電網，既不要配置儲能元件，又不要配置吸收電阻，因此對環境溫度影響小，在大功率室內安裝的情況下多采用此方案。

　　通過對以上方案的對比分析，可見逆變回饋型再生制動能量吸收裝置是未來城市軌道交通發展的主要方向。