南京地铁运营有限责任公司 江苏 南京 210012
【摘 要】基于分析城市轨道交通再生能馈系统启动控制电压阀值，首先阐述再生能馈系统的使用背景，描述该系统的运用情况，在此基础上通过理论研究，重点分析对节能效果影响较大的系统启动控制电压阀值。
【关键词】城市轨道交通；再生能馈系统；刹车制动
一、引言
再生能馈系统的节能效果取决于很多因素，如设备的最大回馈功率、能量转换效率、设备启动控制电压阀值、列车运行间隔、车重、列车刹车速及频次度等等。其中系统启动逆变装置的控制电压阀值是设备运行后唯一可以方便改变的因素，且其对设备的节能效果影响较大，因此有必要对该参数进行合理设置。
电压阀值的设置原则，一方面应大于二极管整流器的空载电压避免出现环流，另一方便应小于车载电阻的启动电压保证优先吸收再生能量，因此该参数有一定的允许设置范围，如何在这一范围内更合理设置是本文想探讨的话题。
二、不同阀值下设备运行情况
为了验证启动阀值对节能效果的影响，南京地铁宁天城际长芦站再生能馈系统在不同启动阀值条件下，进行24小时运行试验，并记录了回馈电能数据，如表1所示：
由上表可见随着启动阀值的降低，能馈系统的回馈电量有了明显增加。可以看出：启动电压阀值每降低20V，回馈电能增长约30%左右。
三、理论研究
我们可以建立一个等效的电路模型来分析启动电压阀值对节能效果的影响。如图1所示在刹车回馈过程中再生电流从车辆流向能馈系统，能馈系统的控制电压为Udc，架空线上阻抗为Ra，回流钢轨上阻抗为Rb，回馈电流为Icl，车辆所在牵引网电压为Ucl。
由此可见，可以回馈的最大电流受两个因素影响，一个是回馈控制直流电压，另一个是线路上的阻抗（即列车刹车的位置和能馈系统之间距离）。因此有效降低启动控制电压阀值：一方面，在相同距离下，可以吸收最大电流；另一方面，在相同电流下，可以吸收的刹车位置距离最远。
如图2所示为宁天城际长芦站及其相邻站的距离示意图。由单回路接触网的阻抗率为0.0331Ω/kM，单回路回流导轨阻抗率为0.0175Ω/kM，通过距离可以计算得到线路阻抗进而可以得到某个刹车位置可以吸收回馈的最大电流。
算例一：以上行列车在葛塘站进站刹车为例，列车到长芦站之间距离约为4.9kM（估计在距离葛塘1000米左右刹车），该位置到长芦的线路阻抗可得为0.12397Ω（上下行回路并联），设启动电压阀值为1720V，可得从该车回馈吸收的最大电流为645A，最大回馈功率1100kW。在长芦站监测到的直流母线电压、回馈电流波形，根据表2，可见再生电流的最大值约在650A左右，与计算结果基本相符合。
算例二：以下行列车在长芦站进站刹车为例（列车距离长芦站距离约为600米）该位置到长芦站的线路阻抗可得为0.0251Ω，设回馈电流为额定1500A，可得此长芦站与车辆化工园站母线电压差约在37V左右。分别用示波器在长芦站和化工园监测直流母线电压波形，从两个波形的对比图可见，在回馈电流最大时刻（约1500A电流），长芦站的母线电压约在1720V，而化工园站的母线电压约在1758V，之间的电压差在38V，与计算值基本符合。
测试结果验证了之前的等效电路模型，可以用之来分析解释能馈系统启动控制电压阀值对于节能效果的影响，我们可以计算出能馈系统可以2500kW额定功率吸收的最大距离（以每公里阻抗0.0253Ω/kM计），如下表所示：
从上述理论计算及实际数据可以看出：再生能馈装置的节能效果与启动控制电压阀值相关：在允许的范围内启动控制电压越低，能吸收的刹车位置距离越远，吸收功率越大，节能效果越好。
参考文献：
[1]马瑜冰，地铁再生制动能量利用方案的研究.西南交通大学，2015.
[2]苏祥伟，可并网新型能量再生回馈装置的研制.浙江大学，2011.
论文作者:唐韬
论文发表刊物:《低碳地产》2016年10月第20期
论文发表时间:2016/11/25
标签：电压论文; 电流论文; 阻抗论文; 刹车论文; 距离论文; 母线论文; 系统论文; 《低碳地产》2016年10月第20期论文;