地铁列车能耗分析
来源:宣传处 发布时间:2019-05-22 10:10 浏览次数:

关键词:地铁列车;能源消耗;反馈制动;制动电阻;节能

0前言

近年来,随着中国经济水平的快速发展,各大城市的地铁产业发展迅速。在未来几年,中国将有更多的地铁线路和更多的地铁列车投入运营。便捷的城市轨道交通为市民的出行带来了极大的便利,也带来了电力消费的快速增长。众所周知,现代经济的快速发展必须依靠能源,中国是一个能源相对缺乏的国家。因此,研究地铁列车的能耗,分析研究地铁列车的节能途径是当务之急。

1地铁列车反馈制动使用

城市轨道交通列车的特点是线路的车站间距较短,列车运行期间列车频繁启动和制动。就广州地铁而言,现有线路基本上会在列车达到最高速度时刹车。同时,为了允许列车根据操作地图准确地操作,城市轨道车辆在ato(自动驾驶)模式下以巡航模式操作。目前,我国大部分地铁列车采用接触网/轨道直流电源,牵引系统多为交流驱动系统,可变电压变频。当列车被牵引时,能量从电网吸收。制动时,反馈制动用于将制动能量反馈回电网。当电网电压上升到某一水平(1800v)时,使用电阻制动。基于地铁快速启动,快速制动和全线运行的特点,列车启动时会消耗大量的电能,制动时不可避免地会产生相当大的制动能量。反馈制动器将动能转换成电能供其他列车使用,这大大减少了列车的实际能量损失。

然而,由于列车运行图和各种因素对整条线路的影响,列车配备了制动电阻,以消耗列车制动时其他列车无法吸收的制动能量。广州地铁有4条地铁线路,表1列出了制动电阻的使用情况。

制动电阻的使用有以下缺点:: 1)制动电阻消耗电能,制动能量浪费; 2)制动电阻采用强制风冷,列车必须提供强制风,这也是浪费电能;车载制动电阻增加了列车的重量并增加了列车的成本。 4)制动电阻热量影响列车中的其他设备和隧道中的其他设备。

基于上述制动电阻器的使用考虑,近年来,已提出一种超级电容器来代替制动电阻器。超级电容器也被认为是汽车和地面安置选项。对于地铁列车,必须使用超级电容器。作者认为有必要考虑节能效果和制造维护成本。为了获得更准确的列车能耗数据,我们测量了广州地铁1号线列车正常运行时的能耗。通过对实测数据的分析,阐明了广州地铁1号线列车能耗的实际情况,为综合考虑地铁列车节能方案提供了依据。2数据收集

2.1数据收集时间(见表2)

由于城市轨道列车的列车间隔在不同的操作时间是不同的,因此反馈能量可以由后续制动器的不同间隔的其他列车吸收。因此,我们测量了在高峰和低峰值运行下列车的能耗。

广州地铁1号线列车牵引控制单元(dcu)信号处理板具有相应的信号测量接口,为我们的测量带来了极大的便利。在表3中,a327指的是dcu的信号处理板。 ,pb115是指测量界面。由于我们收集的信号最终用于计算列车控制矢量,因此这里获得的信号值非常准确。因此,不考虑测量误差。

3计算采用概念

鉴于我们没有完全看到地铁列车能耗的测量,计算和分析,本文定义了以下概念,主要目的是充分描述列车的能耗。

1)列车牵引系统输入能量:牵引系统在列车运行期间从电网汲取的总能量。该值是运行时电容器电压和正向线电流乘积的积分。

2)再生制动输入电网能量:当列车在间隔运行时,通过再生制动将能量反馈回电网。该值是制动时间内电容器电压和反向线电流乘积的积分。

3)制动电阻器能耗:制动斩波器相位打开时制动电阻消耗的能量。该值是制动时间内电容器电压和斩波相电流乘积的积分。

地铁列车能耗分析

4)列车的实际牵引能量:列车在间隔运行时牵引系统消耗的实际能量。列车的实际牵引能量=列车牵引系统的输入能量 - 再生制动器馈入电网能量。

简而言之,在列车牵引过程中,列车从电网吸收能量,这是“列车牵引系统的输入能量”;当列车正在制动时,当电动制动器满足列车制动需求时,列车将进入电网。电能被反馈。这部分电能是“再生制动送入电网能量”;在列车制动期间,当由于列车的反馈制动而使电网电压升高到1800v以上时,列车不能再继续执行反馈制动。此时,列车制动电阻器投入使用,制动电阻器消耗的电能为“制动电阻器能耗”;在列车运行期间,当列车加速或在制动期间消耗时是否消耗电能。在制动电阻上,对于电网而言,它是电能的消耗,因此我们定义了“列车的实际牵引能量”的概念。从列车的功率输出到列车的观点来看,“列车的实际牵引能量”包括“制动电阻器能量消耗”。

为了能够在列车运行时了解列车运行时的电能方向,我们使用以下两个概念进行分析。1)再生制动进料到电网的比率与列车牵引系统的输入能量

地铁列车能耗分析

其表达式如下:

再生制动馈入电网以考虑列车牵引系统的输入能量

当地铁列车加速牵引时,牵引系统将大量电能转换为列车动能。制动时,列车的相当一部分动能将通过牵引逆变器的转换以电能的形式反馈到电网。通过定量比较两个“再生制动器进给电网功率”和“列车牵引系统输入能量”,我们可以直观地认识到牵引系统将电网功率吸收到列车动能中,然后在列车牵引时制动。在将列车动能转换成电能的过程中能量的转移和消耗。

对于电网而言,“从列车牵引系统输入的输入能量”并未真正消耗掉。列车的实际牵引能量是电网功率的实际消耗,也就是说,“:列车牵引系统输入能量”消除了“再生制动器馈入电网”。在这部分电能中,是列车牵引系统对电网的实际消耗,即“列车的实际牵引能量”。

2)制动电阻能耗与列车实际牵引能量之比,

其表达式如下:

制动电阻能耗与列车实际牵引能量之比=

列车牵引系统在加速牵引阶段期间从电网吸收大量电能,并且在反馈制动阶段期间将一些电能反馈到电网。此外,从电网的角度来看,列车不会吸收可以反馈到电网的电能。这部分是上述“列车实际牵引能量”。然而,对于列车本身而言,大部分电能用于列车的整个系统消耗,例如牵引力,怠速,制动等,例如轨道阻力,风阻,整个牵引系统(牵引逆变器,牵引力)电动机和线路的能量消耗,能量转换过程中的能量损失等。这些能量的消耗与列车的运行线路和整个线路网络的运行状态有关,并且与列车牵引系统的效率有关。详细分析。

“列车实际牵引能量”的一小部分是当电网电压升至1800v以上时,列车制动电阻器投入使用。此时,“制动电阻能耗”有助于我们定量分析列车制动阻力。价值在于,因此我们通过“制动电阻器能量与列车实际牵引能量之比”定量讨论“制动电阻器能耗”。

4能量测试数据

广州地铁1号线为6段,共有4列火车和2辆拖车。考虑到列车的四列列车的牵引系统完全相同,该测量仅收集一列机动车的牵引系统的信号。

通过计算测量数据,我们获得了高峰期间列车的能耗。汇总表如表4和表5所示。表中的间隔号是从始发站排序的。在高峰期,当列车上升时,馈入电网的再生制动功率与列车牵引系统的输入能量之比为0.524,制动电阻能量与列车实际牵引能量之比是0.0834;当列车停机时,再生制动进入电网。列车牵引系统的电能与输入能量之比为0.496,制动电阻能耗与列车实际牵引能之比为0.0008。2)目前,广州地铁1号线的“列车牵引系统输入能量”反馈回电网,用于制动期间的其他列车消耗。制动电阻消耗了大约2.9%的“列车实际牵引能量”。 。由于在制动期间增加了线路阻力,风阻和空气制动,在列车运行期间消耗了97.1%的“列车实际牵引能量”。因此,无论以何种方式节约能源,理论上的节能量都不能超过目前“列车实际牵引能量”的2.9%。

3)高峰期达到8.34%时,“制动电阻能耗与列车实际牵引能量”之比最高。在高峰期和低峰期期间,制动斩波阶段未打开,并且峰值时段较低。在不利方面,“制动电阻器能耗与列车实际牵引能量之比为3.12%。两次往返的“制动电阻能耗与实际列车牵引能量”的总比率为2.9%。

图3显示了在高峰期间列车第13段的牵引制动器的信号。可以看出,当斩波阶段打开时,制动电阻器的电流非常大,但这很少发生。在列车制动期间反馈的电能大约是实际电能的48%。虽然在主线上启动和制动列车的时间受到许多因素的影响,但我们可以进行简化。如果在主线上运行的列车总数是m并且制动列车的数量是n,则制动列车的制动能量的等式可以由牵引列车如下吸收。:

n×0.48=(m-n)×1

结果是: n/m=0.67

也就是说,只有全系列制动系列的数量不超过运行列车数量的67%。在不考虑线路损耗的情况下,制动系统反馈的能量可以被现在处于加速状态的列车完全吸收。反馈制动不会导致电网电压增加,并且列车制动电阻器不会投入使用。

在实际操作中,极少数情况下超过67%的列车同时制动,因此需要阻力制动的情况较少。当然,这里的分析并没有考虑列车在空转,停止等状态,只是为了简化分析。

4)由于高峰载客量明显大于低峰期,因此载客量对牵引能耗有影响。低峰时段的乘客间隔增加了乘客流量,但制动电阻的使用没有增加,即仅列车运行地图组织良好,行驶密度足够大,间隔均匀,时间安排在相同的电源间隔内,每列火车的起动加速和制动都是正确匹配的,反馈制动总能发挥良好的效果。

六,结论

目前,地铁列车反馈制动的节能效果明显,制动电阻消耗的能量有限,这就是日本一些城市轨道系统没有制动电阻的原因。当然,地铁交付系统是一个非常复杂的项目。制动电阻的功耗有限并不意味着制动电阻的影响很小,也不意味着可以取消制动电阻。是否使用制动电阻以及列车上是否安装了制动电阻,在地铁系统的设计中必须考虑上述所有问题。在分析地铁列车电能消耗的基础上,阐明了广州地铁1号线列车能耗的实际情况,对综合考虑地铁列车制动能量吸收装置具有参考意义。 。参考文献:

[1]西门子公司。广州地铁1号线车辆描述[m]。柏林:西门子,1998年。