超级电容在地铁制动能量回收中的应用研究

张秋瑞，葛宝明，毕大强

0 引言

随着城市人口的膨胀，城市轨道交通显得越来越重要。在城市轨道交通中，直-交变压变频的传动方式已经普遍采用，再生制动成为列车常用制动时的主要制动方式，制动时可以实现将机械能转化为电能，使得一部分能量能够回馈给电网，而列车在运行过程中，由于站间距较短，列车启动、制动频繁，从能量互换的角度看，制动能量相当可观[1]。由于轨道交通存在线路阻抗，列车加速，启动电流较大，导致牵引网电压下降；制动时，再生制动能量会反馈牵引网，使电压抬升，造成直流母线电压波动，为防止再生制动失效，这些再生能量除了按一定比例被其他相邻车吸收利用外，剩余部分主要被列车或者线路上的吸收电阻以发热的方式消耗吸收掉，这必将带来隧道和站台内的温升问题，同时也会增大站内环境控制装置的负担，造成大量的能源浪费，并使地铁的建设费用和运行费用增加。为了解决上述问题，可以在地铁直流供电系统中加入储能装置，它在机车再生制动时吸收能量，避免能量浪费；在机车启动或加速时提供部分功率支持，减少牵引网电压波动。

目前，制动能量吸收方案主要有电阻耗能型、蓄电池储能型、电容储能型、飞轮储能型和超导储能型等5种[1，2]。电阻耗能只能将电能转化为热能排掉，造成能源浪费；蓄电池储能系统的电池使用寿命不够长，大量使用电池对环境造成污染；飞轮储能质量很大，摩擦耗能问题严重，飞轮工作寿命短；……