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飞轮储能制动能量回收装置在地铁行业的应用

储能网讯:前言

近年来,地铁作为大容量、高效率的城市客运系统,因其便捷准时、安全可靠、节能环保的优势,在我国发展十分迅速,那么问题也随之而来,巨大的电力消耗不容忽视。

地铁再生制动能量回收的意义

地铁车辆运行需要依靠电力牵引,列车牵引动力占地铁总电力成本的45-60%,其中17%为可回收的再生制动能量,如果将这部分能量回收利用,可节省地铁总运营成本的3%,具有很大的节能空间。通过采用在牵引变电所的直流母线上设置再生能量吸收装置以提升再生制动能量利用率,符合城市轨道交通发展的方向,对节能减排、提高能量利用率和可持续发展具有重要的意义。

再生制动能量吸收装置类型

目前,再生制动能量吸收装置主要分为电阻耗能型、逆变回馈型(能馈型)和储能型。电阻耗能型通过制动电阻来消耗列车减速或制动时的再生能量,由于列车制动能量仍以热能形式消耗,并没有做到回收利用,因此电阻耗能型不再是制动能量回收的发展方向。逆变回馈型采用大功率三相逆变器,当列车再生制动导致直流母线电压超过规定值时,通过逆变器将列车再生制动能量从直流母线逆变成工频交流电,回馈至10 kV(中压逆变)中压电网或者0.4 kV(低压逆变)交流电网。储能型主要是利用储能装置,当列车制动能量引起牵引网电压升高超过阈值时,装置采用IGBT将制动能量吸收到储能元件中,当牵引网内有列车启动、加速需要取电时,装置将存储在储能元件中的能量通过IGBT释放到牵引网中,实现节能和稳定牵引网电压的作用。目前主要的储能型再生制动能量回收装置包括超级电容及飞轮。其中飞轮储能型制动能量回收装置凭借其高功率密度、高可靠性、使用寿命长、绿色环保等特点,在提升地铁再生制动能量利用率、降低运营成本、改善直流供电系统质量等方面具有独特的优势。

飞轮储能型制动能量回收的工作原理

飞轮储能系统是以飞轮本体高速旋转的形式存储动能,并通过与飞轮本体同轴的电动/发电机完成动能与电能之间的转换。

当列车制动时,制动过程中产生的制动电流驱动飞轮转子由低速旋转到高速旋转,将列车制动产生的电能转化为飞轮转动的动能存储起来,当列车启动或加速时,飞轮系统的电动机转变为发电机模式,利用飞轮转速下降的惯性将动能转化为电能输出,从而实现了再生制动能量的回收再利用。

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