交流电气化铁路再生制动能量高效协同利用技术

加强再生制动能量利用技术研究及应用，是推进交流电气化铁路低碳发展的重要举措。为进一步提高再生制动能量利用率，有效解决电力负荷消纳能力不足问题，兼顾成本控制，提出一种转移和存储协同利用技术。首先，阐述协同利用装置的构成及其工作原理，研究基于主从控制的分层控制架构。然后，基于转移利用优先和最大化利用原则，制定计及再生制动功率、电力负荷需求功率和装置额定功率等多重条件共同约束的控制策略。其次，依据现场实测数据，对控制策略的正确性和有效性进行仿真验证，并分析节能效果。最后，综合考虑循环寿命、安全性和可靠性等多方面因素，确定选用钛酸锂电池作为储能介质，并在此基础上，测算投资成本与全生命周期收益。研究结果表明，协同利用技术能够实现再生制动能量高效利用，节能节支效果良好，具有较高的工程应用价值。     

基于列车运行图的高速铁路动态牵引负荷建模方法

在分析动车组运行中的受力、基本运行工况和牵引控制策略的基础上,考虑功率因数在动车组牵引、惰行和制动3种运行工况下的动态特性和谐波间交互影响,建立由动态有功功率计算模型、动态无功功率计算模型和谐波耦合诺顿等效计算模型组成的单列动车组动态负荷计算模型,再结合列车运行图、线路资料中可提供的信息,给出整条高速铁路的动态牵引负荷建模方法。采用该计算方法对某高速铁路牵引供电系统的动态电能质量以及系统负荷进行评估,并校核了牵引变压器的容量。结果表明:与采用固定功率因数和非耦合谐波诺顿等效模型相比,该计算方法具有更高的精度,可为高速铁路牵引供电系统的动态电能质量评估提供准确的动车组数量、动车组位置、视在功率、谐波输出含量等实时负荷信息,可准确评估整条高速铁路有功功率、无功功率的分布以及不同供电方式下牵引变压器容量的利用情况,为制定分布式无功补偿方案、再生制动能量利用方案提供科学依据。     

朔黄铁路再生制动能量利用及节能分析

为研究朔黄铁路神池南至定州西段再生制动能量利用情况,本文根据实际运行的两种车型分析了再生制动能量产生原理和流向,利用OpenTrack和OpenPowerNet软件建立牵引供电系统模型,以50％ HXD1机车上线比例作为初始值,对6种工况进行仿真,得到HXD1、SS4B机车实际运行功率曲线以及6种工况下牵引变电所总功率曲线和能耗,分析得出再生制动能量利用率和节能情况,并针对优化再生制动能量技术方案提出明确建议.     

基于变电所间能量调度的电气化铁路再生制动能量利用系统

加强再生制动能量利用技术研究及应用,有助于铁路节能、节支和绿色发展.为实现再生制动能量直接与高效利用,基于变电所间再生制动能量调度互用原理,设计了一种由能量管理装置和能量调度装置构成的电气化铁路再生制动能量利用系统,提出了基于牵引负荷需求、再生制动能量、系统额定功率和预设调度阈值等多约束条件的最优控制策略,并通过示范工...     

地铁列车模块化再生制动能量回馈变流器的研制

分析了地铁再生制动能量逆变回馈系统的工作原理,给出了基于多模块并联的地铁再生制动回馈变流器主回路设计及控制策略设计方法,并完成了样机的研制和试验。试验结果表明:该装置满足地铁列车再生制动能量的吸收利用及稳定牵引网电压的要求,可以实现交直流侧直接并联,其均流精度高、高频环流小、冗余度高。     

储能型再生制动能量并网技术的研究

目前城市轨道交通再生制动能量大部分由电阻消耗,利用率较低.设计了储能型再生制动能量并网系统,研究了再生制动能量在并网系统与储能系统之间的分配关系.阐述了系统的组成及设计方法,给出储能优先和并网优先2种控制策略,并通过仿真进行对比分析.仿真结果验证了储能优先策略可行、有效,能够减小再生制动功率对交流电网的冲击,实现再生制动能量的循环利用.分别建立了逆变回馈系统和储能系统的试验模拟装置,通过试验结果验证了控制策略的可行、有效.     

地铁车辆再生制动飞轮储能回收装置研究

针对地铁运行站间距短、启动加速和制动减速频繁等特点,尤其是再生制动所产生的巨大能量,可通过飞轮储能装置吸收贮存。基于飞轮储能的再生制动能量回收控制策略,通过飞轮储能充电吸收地铁车辆再生制动所产生的巨大能量,在地铁车辆启动时,经飞轮储能装置放电又回送储存的能量;分析了飞轮储能的充放电控制策略,给出了电流、电压以及速度调节器的参数整定公式,并通过仿真验证了飞轮储能装置能够满足运用所需,有效控制了地铁牵引供电系统中的电压波动。     

一种考虑列车运行图的高速铁路牵引供电系统再生能量评估方法

基于动车组的负荷特性和再生制动特性,定量分析牵引供电系统再生能量的传输规律;在建立牵引供电系统动态数学模型的基础上,通过初始化参数考虑列车运行图、辨识各个设备消耗的再生功率、计算再生能量消耗情况,提出高速铁路牵引供电系统再生能量的评估方法,并以某高速铁路区段实例进行验证。结果表明:提出的方法能定量评估牵引供电系统各类供电设备以及系统全线24h内的再生能量消耗情况,从而验证了动态数学模型和评估方法的有效性。     

轨道交通牵引系统再生能量利用方案研究

研究目的:城市轨道交通普遍采用VVVF动车组列车,在列车制动时,将再生大量能量,如果能够对这部分能量加以有效利用,则对于整个轨道交通的节能降耗将意义重大。目前工程上有几种再生电能利用方案,但不同方案的节能效果相差较大,部分方案甚至浪费能量。因此,有必要将理论计算和工程实际测量相结合,对现有再生电能利用方案的节能效果进行综合分析。研究结论:本文通过构建轨道交通牵引供电系统模型,并将计算结果与工程实际测量结果进行比较分析,结果表明:(1)当牵引变电所不设置再生制动装置时,车辆间的再生能量相互利用率很高;(2)传统的将再生制动电阻置于牵引变电所不但不会节省能量,相反会浪费能量;(3)当再生电能利用装置的容量达到一定值时,再增加容量,对于节能效果影响已经很小;(4)该研究结果可应用于轨道交通牵引供电系统的设计中。     

城市轨道交通列车再生制动能量利用系统方案对比分析

城市轨道交通列车再生制动能量利用系统包括再生制动能量回馈系统、再生制动能量储存系统和混合型再生制动能量利用系统。回馈型系统可实现交流电网与直流母线的能量双向流动;储能型系统是将列车多余制动能量存储到储能单元中,起动时再将能量释放出来供列车使用,储能元件有超级电容、蓄电池及飞轮;混合型系统是回馈型和储能型的组合,其功能及性能兼具2种系统的特点。3种系统方案各有特点,均可实现列车制动能量回馈利用,减少电网能耗,不仅在节能环保方面有重要意义,对于整个城市轨道交通行业降低运营成本将具有重大影响。     

高速列车负荷特征及其对牵引供电系统的影响

本文结合高速列车控制方式及传动方式对高速列车的负荷特征进行了较为详细的分析和研究，并结合我围高速铁路行车组织的具体特点对高速铁路牵引供电系统的牵引网载流能力、电压水平以及再生制动对供电系统的影响等进行了探讨。     

地铁再生制动能量回馈装置框架保护配置研究

对逆变型地铁再生制动能量回馈装置并网方案进行了介绍。通过分析牵引供电系统既有框架保护配置,提出了逆变型地铁再生制动能量回馈装置框架保护的独立配置方案,对该方案下框架保护动作影响范围和框架保护与轨电位限值装置的配合进行了详细分析。     

地铁供电系统逆变回馈型再生能量吸收装置应用方案研究

地铁车辆依靠牵引供电系统提供电能作为动力,由于车辆频繁的制动,产生的再生制动能量十分可观,最大限度的利用再生制动能量成为地体牵引供电系统节能的重要课题。以逆变型再生能量吸收装置为例,在分析其工作原理的基础上,对其各种并网方式、安装容量、系统影响等方面进行系统分析研究。     

复杂艰险山区列车再生制动对牵引网电压影响及相关抑制措施研究

复杂艰险山区修建高标准铁路的需求日益紧迫。这些铁路技术标准高、长大坡道多、列车再生制动功率大。当再生制动能量反送回电网时将引起牵引网电压高,易引起列车车顶间隙放电、导致列车制动失效,严重时将影响铁路的正常运行。以国内某典型牵引变电所负荷数据为例,定量评估了长大坡区段的列车日再生制动能量特性,分析再生制动功率引起的牵引网电压抬升情况;然后建立相应的仿真模型,并利用实测数据进行验证;基于所建仿真模型,模拟分析客货列车在不同制动条件下进行再生制动时对牵引网电压抬升的影响;最后研究了抑制再生制动对牵引网电压抬升的工程措施。     

高速列车负荷特征及其对牵引供电系统的影响

结合高速列车控制方式及传动方式对高速列车的负荷特征进行了较为详细的分析和研究,并结合我国高速铁路行车组织的具体特点对高速铁路牵引供电系统的牵引网载流能力、电压水平以及再生制动对供电系统的影响等进行了探讨。     

地铁列车再生制动能量利用分析与时刻表优化方法研究

城市轨道交通站间距较短、列车启停多,能够频繁地利用再生制动能量,使得对再生制动能量利用方法的研究愈加迫切。既有研究存在能量利用率因素考虑不全和模型精确度较低的问题,基于大量仿真实验分析得出与再生能量利用相关的两项因素:前后车牵引制动重叠时间分布以及前后车距离,指出重叠时间与再生制动能量利用呈现非线性关系和前后车距离对再生制动能量利用的影响存在规律性。在此基础上,提出以多车协同运行总能耗最低为目标的列车时刻表优化模型,使用遗传算法求解。最后,以北京某地铁线为例验证了本文模型与算法的准确性和优化效果,发现使用该方法较现行时刻表,高峰小时与平峰小时能耗分别降低5.28%和5.42%,节能效果更佳。     

逆变型再生制动能量利用系统的建模与供电计算

针对逆变型再生制动能量利用方案的供电计算问题,详细给出含逆变回馈装置的、精确考虑换相电阻的牵引变电所交直流变换数学模型和逆变型再生制动能量利用装置交流侧有功功率、无功功率、直流电压和直流电流的详细表达式。采用牛顿-拉夫逊法进行城市轨道交通供电计算,推导Jacobian矩阵,通过10节点直流牵引供电系统案例验证算法的有效性和准确性。     

1500V城市轨道交通锂电池储能系统的应用

针对现阶段城市轨道交通车辆采用电阻消耗再生制动电能带来的隧道温升、车体质量增加、能量浪费等问题,对城市轨道交通用再生制动锂电池储能系统进行研究,分析其工作原理、结构及功能,并提出锂电池储能系统充放电控制策略。以广州地铁4号线为例进行了仿真,仿真结果表明,锂电池储能系统可以有效抑制牵引供电网的电压波动。     

超级电容在地铁制动能量回收中的应用研究

针对机车启动、制动对直流母线电压的影响,提出一种基于超级电容的储能装置,该装置通过双向DC-DC变换器为列车提供牵引或者吸收再生制动过程的暂态能量,分析了超级电容储能系统充放电控制策略,搭建了一个750V直流电气化铁路仿真平台,仿真结果验证了超级电容储能系统能够维持直流母线电压稳定,有效地防止城市轨道交通供电系统中电力负荷波动和避免再生制动能量的浪费。     

城轨供电双线圈接入式中压能馈系统研究

城市轨道交通车辆再生制动能量的有效吸收利用是牵引供电技术发展的一个重要课题。本文提出了一种新型城轨供电双线圈接入式中压能馈系统,逆变回馈装置从整流变压器1 180 V侧双线圈接入供电系统,制动能量通过整流变压器回馈到35 k V中压电网,从而实现节能效果。本文主要从能馈型再生制动装置方案设计出发,着重介绍了系统的数学模型、控制策略及控制逻辑等内容。为验证方案可靠有效,利用Matlab/Simulink仿真平台搭建仿真模型,重点对共用整流变压器方案时1.8 MW间歇循环峰值时直流母线电压波形,整流支路电流波形,能馈系统回馈效率,交流侧AC 35 k V相电压、相电流、功率因数及谐波这几个方面进行分析。仿真结果表明:该方案能可靠稳定的实现能量回馈功能,能馈过程中各性能指标良好,对整流机组的正常运行没有影响。