地鐵列車能耗分析

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1、地鐵列車能耗分析摘要:通過對廣州地鐵一號線列車在正常運營時牽引系統(tǒng)能量消耗的分析,表明:目前地鐵羌列車再生反饋制動的節(jié)能效果明顯,在運閃營行車密度足夠大的情況下,通過制動電阻消耗的能量是很有限的。關鍵詞:地ㄢ鐵列車;能耗;反饋制動;制動電阻;節(jié)羲能?0引言近年來,隨著我國經濟簽水平的迅猛發(fā)展,各主要城市地鐵事業(yè)正尉在迅速發(fā)展,在未來的幾年我國將會有更呵多的地鐵線路和更多的地鐵列車投入運營⒙。便利的城市軌道交通為市民的出行帶來好了極大便利的同時,也帶來了電能消耗的迅速增加。眾所周知,現(xiàn)代經濟的迅速發(fā)惴展必須依靠能

2、源,而我國又是一個能源相縑對比較缺乏的國家。因此,研究地鐵列車緩的能源消耗情況,分析并研究地鐵列車節(jié)央能途徑是一件迫在眉睫的工作。1地鐵列車反饋制動的使用城市軌道交通列車穡的特點就是線路的站間距短,列車運行時廒頻繁地起動、制動,就廣州地鐵而言,現(xiàn)ш有線路基本上在列車達到最高速時很快就10/10會制動。同時,為了讓列車能夠準確地按照運行圖來運行,城市軌道車輛在ATO椴(自動駕駛)模式下都是采用巡航方式來搌運行。目前,我國地鐵列車大都采用接觸芐網/軌直流供電,牽引系統(tǒng)大都是變壓變蠐頻的交流傳動系統(tǒng)。列車牽引時從電

3、網吸舷收能量,制動時采用反饋制動把制動能量硅反饋回電網,當電網電壓升高到一定程度于(1800V)時采用電阻制動?；诘乜磋F車輛快速起動、快速制動、全線以精確淑的預設速度運行的特點,列車在起動時會糾消耗大量的電能,在制動時就必然要產生相當大的制動能量。反饋制動把動能轉化滑為電能送入電網供其它列車使用,這極大赭地降低了列車的實際能量損耗。但是,⑻由于列車運行圖及整個線路多種因素的影浞響,列車配置了制動電阻來消耗列車制動閫時線路其它列車不能吸收的制動能量。廣移州地鐵現(xiàn)有4條地鐵線路,制動電阻的使孿用情況如表1所示。而制

4、動電阻的使用麟有以下弊端:1)制動電阻消耗電能,制動能量被浪費;2)有強迫風冷的制動電銪阻,列車必須提供強迫風,這也是一種電禽能的浪費;3)車載的制動電阻增加了列車重量,同時增加了列車的造價;4)制荮動電阻發(fā)熱對列車其它設備和隧道內其它戰(zhàn)設備造成影響?；谝陨鲜褂弥苿与娮栝斜锥说目紤],近年來有人提出了采用超級電容的方案來代替制動電阻。而且超級電茄10/10容也分車載和地面放置兩種方案來考慮。茸對于地鐵列車有沒有必要采用超級電容,筆者認為需要從節(jié)能效果和制造維修成本蠱等方面來考慮。為了能夠得到比較準確的觀列車

5、能量消耗的數(shù)據,我們對廣州地鐵一癉號線列車在正常運營時的能量消耗情況進毅行了測量。通過對測量數(shù)據的分析,明確坐了廣州地鐵一號線列車能耗的實際情況,為綜合考慮地鐵列車節(jié)能方案提供依據。2數(shù)據的采集數(shù)據采集的時間(見表2)由于城軌列車在運營的不同時段列車間隔是不同的,而不同間隔下列車制動郄時反饋電能被其它列車吸收的情況也可能不同。因此,我們測量了列車分別在高峰瞧和低峰運行下的能量消耗。廣州地鐵一砥號線列車牽引控制單元(DCU)信號處撩理板上有相應信號測量的接口,這為我們搓此次測量帶來了極大的方便,表3中A3妨

6、27指的是DCU的一塊信號處理板,PB115指的是測量接口。由于我們所采泉集的這些信號最終是用來進行列車控制矢渙量計算的信號,此處取得的信號值是非常櫻準確的。因此不考慮測量誤差。3計算采用的概念10/10鑒于此前我們并沒有看到完艷全針對地鐵列車能量消耗進行的測量、計算和分析,因此,本文定義以下幾個概念羨,主要目的是為了能夠完全清晰地描述列龐車能量的消耗情況。1)列車牽引系統(tǒng)啷輸入能量:列車在區(qū)間運行時牽引系統(tǒng)從ャ電網取得的總電能,其值是運行時間內對嬋電容電壓和正向線電流乘積的積分。2)再生制動饋入電網電能:

7、列車在區(qū)間運ブ行時通過再生制動反饋進電網的能量,其蝗值是制動時間內對電容電壓和反向線電流同乘積的積分。3)制動電阻能耗:制動冶斬波相開通時在制動電阻上消耗的能量,篇其值是制動時間內對電容電壓和斬波相電呂流乘積的積分。4)列車實際牽引電能伲:列車在區(qū)間運行時牽引系統(tǒng)實際消耗的碼電能。列車實際牽引電能=列車牽引系統(tǒng)輸入能量-再生制動饋入電網電能。簡縮要地說,在列車牽引期間,列車從電網吸螃收了能量,這就是“列車牽引系統(tǒng)輸入能誑量”;列車在進行制動時,在電制動滿足衤列車制動要求的情況之下,列車向電網反蜃饋了電能,這部分電

8、能就是“再生制動饋ü入電網電能”;在列車制動期間,當電網電壓由于列車反饋制動的原因升高到18竅00V以上時,列車不能再繼續(xù)進行反饋逝10/10制動,此時,列車制動電阻投入使用,在痼制動電阻上消耗的電能就是“制動電阻能瀛耗”;列車在正線運營期間,不管電能是輜列車加速時消耗的,還是制動期間消耗在驥了制動電阻上,對電網而言,都是對電能吊的消耗,因此我們定義一個“