第24卷第1期
2016年3月
北京石油化工学院学报
Journal of Beijing Institute of Petro-chemical Technology
Vol.24No.1 Mar.2016
地铁再生制动储能装置参数设计
杨莹1，李夏青？
（1.北京化工大学，北京100029；2.北京石油化工学院，北京102617）
摘要：为了利用地铁列车制动过程产生的再生能量，维持牵引网电压的稳定，设计一种基于列车制动的超级电容型储能装置。根据北京地铁5号线的电动列车实际参数，通过对列车制动动力学和制动特性的对比和分析，更准确地计算出列车制动过程反馈到牵引网的再生能量；分析了储能装置的物理模型，根据限制条件确定了储能装置的主要参数和阵列配置；验证分析表明，该储能装置能满足地铁制动过程中各物理量的要求
关键词：动力学；制动特性；再生能量计算；超级电容储能；参数设计
中图分类号：U270
文献标志码：A
地铁作为轨道交通的主导交通工具，其优
势主要表现在客运量大，速度快，污染少，安全性高，城市占地少等。当地铁列车处于制动工况时，列车牵引电机工作于发电状态，将列车动能转化为电能，向牵引网反馈能量，被称为列车的再生制动过程。但是，地铁所设站台间隔小，列车不断进行牵弓和制动的更替交换，形成的能量波动很大，制动过程占10%80%L1]，再生可利用能量反馈到牵引网，部分被同一供电网其他列车与辅助用电配置使用，其余可再利用能量却通过电阻发热消耗掉，造成能量的浪费。在列车运营密度较小的情况下，被重复使用的能量很少，会有大量的再生能量被浪费，同时也使隧道及站台内温度大幅提高，需要增加通风和温控装置，导致成本上升。依照国际公共运输联盟的报告表明，列车制动过程中峰值功率振幅很大，所消耗掉能量的价值是地铁总消耗能量价值的25%[2]。
在大力倡导节能减排的今天，列车制动能量的循环再利用值得特别关注。笔者从超级电容的特点人手，参照北京地铁5号线单列车制动过程反馈到牵引网的物理量，对大功率超级电容储能装置的阵列配置与具体参数进行设计
收稿日期：2015-12-03
作者简介：杨莹（1990—），女，硕士生，E-mail：18813067406@ 163.com,
和分析。在设计地铁再生制动储能装置时，需要先确定装置的储能容量，通过对地铁列车制动动力学和制动特性的分析，确定再生能量大小等参数，并进一步确定储能阵列主要参数值。利用制动特性曲线和5号线列车具体参数更准确地计算出列车制动时回馈于电网的能量大小；综合考虑超级电容单体的各方面影响因素，经对比分析，选择国产电容量更大、等效内阻更小、漏电流更小、体积更小的超级电容（SC)单体，使得设计出的储能装置SC单体用量更少，占用空间更小，耗能更少，节约成本，在节能环保的同时有利于实现中国制造。
牵引供电与储能系统概述 1.1牵引供电系统结构
地铁牵引供电系统具体可分为牵引变电所、牵引网和电动列车3部分，其构成如图1所示。牵引网由接触网、馈电线、走行轨、回流线组成，主要负责将电能传送给列车；地铁列车一股是由牵引变电所的中压电源（35kV/10kV 交流电）通过降压整流得到750V（或1500V）直流并对直流牵引电网进行供电
地铁牵引变电所的主要作用是将中压交流电经过整流、变压转换为需要的直流低压电能，为列车供电。直流低压电传输至直流母线，再通过馈电线传送至接触网（第3轨），列车通过