1 引言

軌道交通有著運(yùn)量大、速度快、安全可靠、準(zhǔn)點(diǎn)舒適的技術(shù)優(yōu)勢(shì)正逐步成為主要城市的交通工具，同時(shí)也被視為城市交通體系的骨干力量。城市軌道交通工程中，普遍采用直交變壓變頻的傳動(dòng)方式，車輛的制動(dòng)方式為“電制動(dòng)（再生制動(dòng)）+機(jī)械制動(dòng)”，運(yùn)行中以電制動(dòng)為主，機(jī)械制動(dòng)為輔。列車在運(yùn)行過(guò)程中，由于站間距較短，列車啟動(dòng)、制動(dòng)頻繁，制動(dòng)能量相當(dāng)可觀。目前國(guó)內(nèi)城市軌道交通在地面采用電阻能耗吸收裝置處理列車運(yùn)行過(guò)程中的再生能量，這不僅浪費(fèi)能量，而且也增加了站內(nèi)空調(diào)通風(fēng)裝置的負(fù)擔(dān)，并使城軌建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用增加。如能將這部分能量?jī)?chǔ)存再利用，這些問(wèn)題將迎刃而解。

目前，吸收裝置所采用的吸收方案主要有電阻耗能型、電容儲(chǔ)能型、飛輪儲(chǔ)能型和逆變回饋型等四種。而重慶軌道交通所采用的吸收裝置主要有電阻耗能型和逆變回饋型，逆變回饋型時(shí)將車輛制動(dòng)時(shí)的直流電逆變成工頻交流電與車站內(nèi)380V電網(wǎng)并網(wǎng)，將電能消耗在站內(nèi)電梯、照明、通風(fēng)等用電設(shè)施上，該吸收方案有利于能源的綜合利用，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。
2 重慶軌道交通（集團(tuán)）有限公司改造現(xiàn)場(chǎng)
2.1 公司簡(jiǎn)介

重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司創(chuàng)建于1992年，是重慶市唯一承擔(dān)城市軌道交通建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和沿線資源開(kāi)發(fā)一體化的大型國(guó)有控股軌道交通客運(yùn)企業(yè)。軌道集團(tuán)現(xiàn)有資產(chǎn)700多億元，職工上萬(wàn)人，具有甲級(jí)軌道交通設(shè)計(jì)資質(zhì)，甲級(jí)工程管理資質(zhì)，甲級(jí)設(shè)備監(jiān)理資質(zhì)，甲級(jí)工程咨詢資質(zhì)，二級(jí)房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)資質(zhì)；擁有一批長(zhǎng)期從事軌道交通技術(shù)研究與工程建設(shè)管理的技術(shù)骨干，以及接受過(guò)國(guó)內(nèi)外大型地鐵公司系統(tǒng)培訓(xùn)的軌道交通專業(yè)技術(shù)人才和運(yùn)營(yíng)管理隊(duì)伍；具有承擔(dān)城市軌道交通規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理以及軌道交通技術(shù)咨詢的能力，為實(shí)現(xiàn)重慶軌道交通的規(guī)劃目標(biāo)提供了技術(shù)和人才保障。

軌道集團(tuán)成功建成并運(yùn)營(yíng)了國(guó)內(nèi)首條跨座式單軌交通線路——重慶市軌道交通2號(hào)線。目前運(yùn)營(yíng)線路已有4條，運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到170公里。到2015年，將建成208公里軌道交通線路；2020年，將建成軌道交通線網(wǎng)300多公里，日客運(yùn)量達(dá)到600萬(wàn)人次。
2.2 牽引供電系統(tǒng)概況

重慶某線路牽引供電系統(tǒng)主要分為直流牽引網(wǎng)和交流配電網(wǎng)兩部分。主變電所將三相35kV高壓交流送至各牽引所，經(jīng)整流變壓器、整流器變成適合軌道車輛應(yīng)用的1500V直流母線，饋電線再將直流電送到接觸網(wǎng)上，接觸網(wǎng)是沿車輛走行軌架設(shè)的特殊供電線路，軌道車輛通過(guò)其受流器與接觸網(wǎng)的直接接觸而獲得電能。

牽引變電所一般設(shè)兩臺(tái)牽引整流機(jī)組。目前采用兩臺(tái)整流機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行構(gòu)成等效24脈波整流方式。其容量按遠(yuǎn)期運(yùn)量設(shè)計(jì)，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB／T 10411-2005《城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)》規(guī)定，牽引整流機(jī)組的負(fù)載能力應(yīng)滿足：100％額定輸出連續(xù)；150％額定輸出2h；300％額定輸出lmin。允許電壓波動(dòng)范圍為1000V～1800V。走行軌構(gòu)成牽引供電回路的一部分。回流線將軌道回流引向牽引變電所。

交流配電網(wǎng)主要是提供站內(nèi)的照明、通風(fēng)、排水、電梯等基礎(chǔ)設(shè)施。
3 新風(fēng)光再生制動(dòng)能量吸收逆變裝置
3.1新風(fēng)光再生制動(dòng)能量吸收逆變裝置簡(jiǎn)介

新風(fēng)光再生制動(dòng)逆變裝置（以下簡(jiǎn)稱逆變裝置）即為逆變回饋型，其回饋能量將用于400V負(fù)載。逆變裝置（逆變+電阻）根據(jù)各個(gè)傳感器檢測(cè)信號(hào)，綜合判斷直流電網(wǎng)上是否有列車處于再生電制動(dòng)狀態(tài)，一旦確認(rèn)列車處于再生制動(dòng)狀態(tài)并需要吸收能量時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)吸收過(guò)程。在控制系統(tǒng)中設(shè)置二級(jí)判斷基準(zhǔn)值，當(dāng)電網(wǎng)電壓升至到第一級(jí)判斷電壓時(shí)，系統(tǒng)首先投入逆變裝置，逆變裝置把機(jī)車剎車制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成AC380V電壓，自動(dòng)跟蹤AC380V母線電壓，并向負(fù)載供電，將再生能量消耗在用電設(shè)備上；一旦逆變吸收消耗不了該能量，將引起電網(wǎng)電壓進(jìn)一步上升，當(dāng)電網(wǎng)電壓升到第二級(jí)判斷電壓時(shí)，電阻斬波器立即投入工作，電阻吸收裝置將再生制動(dòng)能量消耗，穩(wěn)定電壓不再上升，確保機(jī)車充分有效利用電制動(dòng)。在直流牽引供電系統(tǒng)中，再生制動(dòng)能量吸收裝置作為一個(gè)子系統(tǒng)工程，其作用關(guān)乎系統(tǒng)的安全。
3.2 逆變裝置的主回路系統(tǒng)

逆變裝置的一次主回路主要有直流接觸器、逆變單元、濾波電抗器、交流接觸器等部分組成。整機(jī)主回路圖如圖1所示。

圖1 逆變裝置整機(jī)主回路圖

3.3電氣原理
逆變?cè)O(shè)備單元采取單元并聯(lián)結(jié)構(gòu)。由于該逆變?cè)O(shè)備回饋功率較大，且電網(wǎng)電壓低，所以總的輸出電流大，采用多單元并聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)起來(lái)更為容易。單元并聯(lián)主回路圖如圖2所示。

圖2 單元并聯(lián)主回路圖

逆變裝置的單元采用三電平拓?fù)潆娐?，如圖3所示。逆變輸出電壓波形、輸出電流波形分別如圖4、5所示。

 
                                         圖3  功率單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.4工作原理

        本設(shè)備在接收到總控裝置啟動(dòng)信號(hào)，即啟動(dòng)/退出信號(hào)的無(wú)源常開(kāi)結(jié)點(diǎn)閉合后，經(jīng)過(guò)控制回路動(dòng)作，送出啟動(dòng)完畢確認(rèn)信號(hào)，即此無(wú)源常開(kāi)結(jié)點(diǎn)閉合。總控裝置檢測(cè)到啟動(dòng)完畢確認(rèn)信號(hào)后，根據(jù)母線電壓幅值給出開(kāi)機(jī)結(jié)點(diǎn)信號(hào)。結(jié)點(diǎn)閉合逆變裝置IGBT瞬間開(kāi)通，進(jìn)行能量回饋。逆變?cè)O(shè)備工作過(guò)程中，時(shí)刻接受總控裝置的控制信號(hào)并及時(shí)回復(fù)設(shè)備內(nèi)接觸器、各個(gè)單元的工作狀態(tài)信號(hào)。圖6為整機(jī)的控制原理圖。

圖6 整機(jī)控制原理圖

4 運(yùn)行效果分析
再生制動(dòng)能量吸收逆變裝置，顯著節(jié)電效果統(tǒng)計(jì)（重慶某線路）

據(jù)數(shù)據(jù)分析，以歇臺(tái)子站逆變裝置日均回饋電能1444度計(jì)，一天節(jié)省1444元，（工業(yè)用電1元/度），年節(jié)約52萬(wàn)余元。對(duì)隧道內(nèi)通風(fēng)散熱需求降低，運(yùn)行成本也相應(yīng)降低，設(shè)備運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益顯著。
5 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)城市軌道交通建設(shè)已步入了快速發(fā)展時(shí)期。城市軌道交通雖然已是綠色交通工具，但是市場(chǎng)調(diào)研顯示，軌道交通現(xiàn)在已經(jīng)成為各城市的用電大戶，能源消耗過(guò)大現(xiàn)象也非常嚴(yán)重。而再生制動(dòng)能量吸收逆變裝置在重慶軌道交通中的應(yīng)用有著良好的節(jié)能效果，目前主要在地鐵一號(hào)線、三號(hào)線、六號(hào)線穩(wěn)定運(yùn)行，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，適應(yīng)了國(guó)家建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的潮流。