科创中国

从各国城市化发展的实践来看，轨道交通以其运量大、速度快、安全可靠、准点舒适的技术优势在世界各国和地区已经成为主要的城市交通工具。城市轨道交通地铁是解决城市交通拥挤问题的重要途径，关乎国计民生，对于整个国家的社会经济发展具有重要现实意义。

城市轨道交通供电系统是轨道交通工程中重要机电设备系统之一，它担负着为电动列车和各种运营设备提供电能的重要任务。目前城轨供电系统的主流方案是12脉波或24脉波二极管不控整流机组，电力只能单向流动。由于车站间距短，列车启停非常频繁，车辆制动时产生的再生制动电流通过车载制动电阻消耗，白白浪费了大量的能量，另外，增加了隧道温升和额外环控设备投入。与国家大力提倡的节能环保、高效低碳运行的国家战略背道而驰。

为此，对于列车再生制动能量的处理方式，国内外大学、科研院所、企业进行了大量研究，处理制动能量除了电阻消耗方式(传统处理方式)，还有以下方式：

电容储能方式。电容储能吸收装置是用超级电容将列车制动能量存储起来，并在列车牵引时释放。这种方式缺点时电容体积大，因充放电频繁电容寿命有限，价格高，技术有待完善和提高，限制了市场的推广。一旦电容价格大幅下降，或者电容技术取得突破后，也是该产品未来的一个发展方向。

飞轮储能吸收方式。飞轮储能吸收装置是利用高速旋转的飞轮，将列车制动能量存储起来，并在列车牵引时释放，起到节能和稳定网压的作用。飞轮储能吸收装置技术有待完善和提高，建设成本高，限制了市场的推广。

逆变吸收方式。其主要原理：利用电力电子变流器，将列车制动能量逆变为交流电能回馈到交流电网，供其他设备再利用。该方式为目前轨交列车再生制动能量回收的主流方式。也是新风光公司轨道交通再生制动能量吸收逆变装置采用的技术路线。

轨道交通列车再生电能的产生及存储使用，需解决以下难点：

城市轨道交通节能产品为满足轨道交通机车绿色环保运行的市场需求，研发的新一代机车制动再生能量处理装备。

该产品通过了铁科院的型式试验及欧盟CE认证，主持制定了国家标准《城市轨道交通再生制动能量吸收逆变装置》(GB/T37423-2019)，产品广泛应用在重庆、北京、南京、青岛、成都、济南、郑州等城市的地铁线路上。

该产品的主要作用是，在地铁列车停车制动时，稳定供电系统直流电网的电压，保证直流电网的电压不会由于地铁列车制动能量反送电网而引起直流电网电压大幅升高，导致连接直流电网的用电设备损坏。因此装置投入运行的最佳时机不是在地铁制动开始时，而是在制动能量不能被直流电网上的其他设备利用而造成直流电网电压明显抬升时投入。

制动能量首先由直流电网上的其他设备(相邻站的列车)利用，其他用电设备不能完全将制动能量吸收造成直流电网电压明显抬升时，逆变投入运行，将制动能量反馈至交流电网，供交流用电设备重新使用。

该装置主回路系统主要由直流开关柜、隔离开关柜、逆变柜、能馈变压器和交流柜构成，如图1所示，其中直流开关柜和交流开关柜部分可以借用现场已有的柜体，因此系统中最少要包含隔离开关柜、逆变柜和隔离变压器这三部分。

      图1中，直流开关柜内部主要是直流断路器，用于将逆变装置连接至直流牵引网;隔离开关柜内部主要是隔离开关以及控制核心部分，其中隔离开关用于设备安装维护时与电网脱开，控制核心部分用于控制整套装置逻辑动作;逆变柜内部主要是功率单元，主要用于直流、交流电能的转换;交流低压断路器安装在逆变柜内，其用于连接逆变柜与能馈变压器;能馈变压器根据交流电网的电压等级设置，用于将逆变器输出的电压逆变成与其相连的交流电网相同的电压;交流开关柜用于将逆变装置连接至交流电网，此处的交流电网可以是400V、10kV或者35kV，可以根据现场的需求变换。

逆变设备单元采取单元并联结构。由于该逆变设备回馈功率较大，且电网电压低，所以总的输出电流大，采用多单元并联的拓扑结构实现更大功率的拓展。

逆变单元采用三电平拓扑电路，如图2所示。逆变输出电压波形、输出电流波形分别如图3和图4所示。逆变单元主电路三电平拓扑结构，既能满足器件耐压要求，又能获得良好的输出波形。逆变单元之间相互并联，其控制采用载波移相控制方法，进一步提高了系统的可靠性，降低了输出谐波。

1.再生电能转化率达到65-75%

2.列车安全运行不受相关设备变更影响

3.能够有效将再生电能用于轨道交通列车及车站设备使用

4.节能降耗指标：单月电能费用支出节省≥20%