城市建设论文发表期刊推荐核心期刊《现代城市研究》，《现代城市研究》创刊于1986年，本刊为双月刊，南京市建设委员会主管，南京城市科学研究会主办。国内统一刊号：CN：32-1612/TU，国际刊号：ISSN：1009-6000。《现代城市研究》以城市为研究对象的综合性学术期刊。本刊追求学术性、前沿性和前瞻性，注重理论联系实际，反映学术界和实际部门的新动态，刊载有创见的现代城市研究成果、述评、实例分析、文摘等。深受高校、研究机构、设计院所的广大读者的好评。本刊内容充实、版式清新、装饰精美。
[摘要]：文章中对再生制动能量吸收装置在城市轨道交通中的重要作用做了简明的阐述，对其工作原理做了详细的分析；并结合运营过程中出现的问题，对再生制动能量吸收装置在城市轨道交通中的应用做了进一步的分析研究；最后通过对各类再生制动系统的对比分析，对未来轨道交通再生制动系统的发展进行了展望。
[关键词]：城市轨道交通,再生制动能量,吸收装置,电网电压
一、城市轨道交通中设置再生能吸收装置的必要性
牵引变电站再生能量吸收装置是城市轨道交通供电控制系统的重要组成部分，对抑制地铁洞内温升、减少车载设备、减小车辆维修量带来了较大的便利。原地铁、轻轨车辆电制动采用再生制动或再生—电阻制动模式，对于车流密度不大的线路，再生电制动功能得不到充分发挥，造成气制动投入频繁，使得洞内或沿线闸瓦灰尘较多，严重污染环境，且造成地铁隧道内温度不断升高。为了减少电阻制动逸散在洞内的温度，工程中不得不加大洞内排、通风量或增大空调功率，造成工程建设费用及运营费用增加。再生制动吸收就是在牵引变电站设置集中吸收设备，使车辆再生能量消耗在地面空间。
二、再生制动能量吸收装置工作原理
（一）原理概要
通常当车辆处于再生电制动时，若电网具备吸收能力，即此时另有其他车辆正处于牵引状况，列车能稳定的再生制动（如图一）。而当单列车运行时，此时电网不具备吸收能力，列车只能采用空气或其它机械制动。因此，解决此状况的方法是在供电站附近设置再生制动吸收装置。
当处于再生制动状况的列车回馈出去的电流不能完全被其他车辆和本车的用电设备所吸收时，能量吸收装置立即投入工作，吸收掉多余的回馈电流，使车辆再生电流持续稳定，最大限度的发挥电制动功能（如图二）。
图二
（二）城市轨道交通中再生能吸收装置原理介绍
再生能量吸收装置在接收到“快开合闸”信号后，根据电网电压及“快开闭合确认”信号，进入正常启动程序。微机控制系统首先合上预充接触器，给滤波电容充电，然后合上线路接触器，此时完成能量吸收装置投入工作前的准备。
此后微机控制系统将自动测定线网空载电压值和吸收电压值，根据各个传感器检测信号综合判断线网上是否有列车处于再生电制动状态。一旦确认有列车处于再生制动状态并需要吸收能量时，斩波器立即投入工作，微机控制系统进行快速的电流跟踪和恒压控制运算。当车辆制动级位较低时，即回馈电流较小，经控制单元运算后，调节斩波器导通比，使斩波器处于低开通状态。随着制动级位增加，控制系统经PID实时运算，快速调节斩波器导通比，以维持电网电压的相对恒定，确保列车充分有效利用电制动，直至线网电压值低于设定的吸收电压值后，关闭斩波器，等待下次车辆的再生吸收。整个制动过程，可以根据线网电压变化及再生功率大小，实现实时控制。
三、在运行过程中问题分析及解决方法
（一）问题分析
地铁某线运行过程中，在没有列车跑途的情况下，再生能吸收装置一直处于吸收运行状态。根据设计要求，再生能吸收装置的基准电压为770V，直流牵引系统的理论电压应为750V。但由于10kV供电系统实际电压约为10.4kV，由公式（N1/N2=U1/U2）计算得：
通过上述分析计算，可见正常送电情况下，电网电压达到了再生能吸收装置启动运行的基准电压。只要再生能吸收装置投入运行，就开始吸收“多余”能量。
（二）解决方法
由于整流器的硬件是不能调整的，要想降低电网电压，只有调节整流器的交流输入电压。由公式N1/N2=U1/U2得U2=（N2/N1）ΧU1，可见在U1不变的情况下，要想降低U2值，需改变整流变压器的匝数比，即调整整流变压器的档位。根据设计要求，整流变压器在正常运行时的档位应在三档，参考整流变压器的技术参数：1600KVA，10±2Χ0.25%/0.59kV，应将变压器档位调为一档，由公试计算可得：UDC=742V。在没有车辆进行电制动时，电网电压小于再生能吸收装置的基准电压，装置将不会频繁启动。
四、优、缺点对比分析与展望
为了减少制动能量在列车制动电阻上的耗散，抑制地铁隧道内温度的升高和减少车载设备，国外一般在牵引变电所的直流母线上设置再生制动能量吸收装置，所采用的吸收方案主要包括电阻耗能型、电容储能型、飞轮储能型和逆变回馈型四种方式。
电阻耗能型再生制动能量吸收装置主要采用多相IGBT斩波器和吸收电阻配合的恒压吸收方式，根据再生制动时直流母线电压的变化状态调节斩波器的导通比，从而改变吸收功率，将直流电压恒定在某一设定值的范围内，并将制动能量消耗在吸收电阻上。该装置的优点是控制简单，其主要缺点是再生制动能量消耗在吸收电阻上，未加以利用；而且电阻散热也导致环境温度上升，因此当该装置设置在地下变电所内时，电阻柜需单独放置，而且该房间需采取措施保证有足够的通风量，需要相应的通风动力装置，也增加了相应的电能消耗。
电容储能型或飞轮储能型再生制动能量吸收装置主要采用IGBT逆变器将列车的再生制动能量吸收到大容量电容器组或飞轮电机中，当供电区间内有列车起动或加速需要取流时，该装置将所储存的电能释放出去并进行再利用。该装置充分利用了列车再生制动能量，节能效果好，并可减少列车制动电阻的容量。其主要缺点是要设置体积庞大的电容器组和转动机械飞轮装置作为储能部件。
逆变回馈型再生制动能量吸收装置主要采用电力电子器件构成大功率晶闸管三相逆变器，该逆变器的直流侧与牵引变电所中的整流器直流母线相联，其交流进线接到交流电网上。当再生制动使直流电压超过规定值时，逆变器启动并从直流母线吸收电流，将再生直流电能逆变成工频交流电回馈至交流电网。该装置充分利用了列车再生制动能量，提高了再生能量的利用率，节能效果好，并可减少列车制动电阻的容量。其能量直接回馈到电网，既不要配置储能元件，又不要配置吸收电阻，因此对环境温度影响小，在大功率室内安装的情况下多采用此方案。
通过对以上方案的对比分析，可见逆变回馈型再生制动能量吸收装置是未来城市轨道交通发展的主要方向。
