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1、湖南师范大学本科毕业论文考籍号：XXXXXXXXX姓名：XXX专业：工学交通运输论文题目：地铁列车能耗分析指导老师：XXX二〇一一年十二月十日摘要:通过对广州地铁一号线列车在正常运营时牵引系统能量消耗的分析,表明:目前地铁列车再生反馈制动的节能效果明显,在运营行车密度足够大的情况下,通过制动电阻消耗的能量是很有限的。关键词:地铁列车;能耗;反馈制动;制动电阻;节能0引言近年来,随着我国经济水平的迅猛发展,各主要城市地铁事业正在迅速发展,在未来的几年我国将会有更多的地铁线路和更多的地铁列车投入运营。便利的城市轨道交通为市民的出行带来了极大便利的同时,也带来了电能消耗的迅
2、速增加。众所周知,现代经济的迅速发展必须依靠能源,而我国又是一个能源相对比较缺乏的国家。因此,研究地铁列车的能源消耗情况,分析并研究地铁列车节能途径是一件迫在眉睫的工作。1地铁列车反馈制动的使用城市轨道交通列车的特点就是线路的站间距短,列车运行时频繁地起动、制动,就广州地铁而言,现有线路基本上在列车达到最高速时很快就会制动。同时,为了让列车能够准确地按照运行图来运行,城市轨道车辆在ATO(自动驾驶)模式下都是采用巡航方式来运行。目前,我国地铁列车大都采用接触网/轨直流供电,牵引系统大都是变压变频的交流传动系统。列车牵引时从电网吸收能量,制动时采用反馈制动把制动能量反馈
3、回电网,当电网电压升高到一定程度(1800V)时采用电阻制动。基于地铁车辆快速起动、快速制动、全线以精确的预设速度运行的特点,列车在起动时会消耗大量的电能,在制动时就必然要产生相当大的制动能量。反馈制动把动能转化为电能送入电网供其它列车使用,这极大地降低了列车的实际能量损耗。但是,由于列车运行图及整个线路多种因素的影响,列车配置了制动电阻来消耗列车制动时线路其它列车不能吸收的制动能量。广州地铁现有4条地铁线路,制动电阻的使用情况如表1所示。而制动电阻的使用有以下弊端:1)制动电阻消耗电能,制动能量被浪费;2)有强迫风冷的制动电阻,列车必须提供强迫风,这也是一种电能的浪
4、费;3)车载的制动电阻增加了列车重量,同时增加了列车的造价;4)制动电阻发热对列车其它设备和隧道内其它设备造成影响。基于以上使用制动电阻弊端的考虑,近年来有人提出了采用超级电容的方案来代替制动电阻。而且超级电容也分车载和地面放置两种方案来考虑。对于地铁列车有没有必要采用超级电容,笔者认为需要从节能效果和制造维修成本等方面来考虑。为了能够得到比较准确的列车能量消耗的数据,我们对广州地铁一号线列车在正常运营时的能量消耗情况进行了测量。通过对测量数据的分析,明确了广州地铁一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依据。2数据的采集2.1数据采集的时间(见表2)
5、由于城轨列车在运营的不同时段列车间隔是不同的,而不同间隔下列车制动时反馈电能被其它列车吸收的情况也可能不同。因此,我们测量了列车分别在高峰和低峰运行下的能量消耗。广州地铁一号线列车牵引控制单元(DCU)信号处理板上有相应信号测量的接口,这为我们此次测量带来了极大的方便,表3中A327指的是DCU的一块信号处理板,PB115指的是测量接口。由于我们所采集的这些信号最终是用来进行列车控制矢量计算的信号,此处取得的信号值是非常准确的。因此不考虑测量误差。3计算采用的概念鉴于此前我们并没有看到完全针对地铁列车能量消耗进行的测量、计算和分析,因此,本文定义以下几个概念,主要目的
6、是为了能够完全清晰地描述列车能量的消耗情况。1)列车牵引系统输入能量:列车在区间运行时牵引系统从电网取得的总电能,其值是运行时间内对电容电压和正向线电流乘积的积分。2)再生制动馈入电网电能:列车在区间运行时通过再生制动反馈进电网的能量,其值是制动时间内对电容电压和反向线电流乘积的积分。3)制动电阻能耗:制动斩波相开通时在制动电阻上消耗的能量,其值是制动时间内对电容电压和斩波相电流乘积的积分。4)列车实际牵引电能:列车在区间运行时牵引系统实际消耗的电能。列车实际牵引电能=列车牵引系统输入能量-再生制动馈入电网电能。简要地说,在列车牵引期间,列车从电网吸收了能量,这就是“
7、列车牵引系统输入能量”;列车在进行制动时,在电制动满足列车制动要求的情况之下,列车向电网反馈了电能,这部分电能就是“再生制动馈入电网电能”;在列车制动期间,当电网电压由于列车反馈制动的原因升高到1800V以上时,列车不能再继续进行反馈制动,此时,列车制动电阻投入使用,在制动电阻上消耗的电能就是“制动电阻能耗”;列车在正线运营期间,不管电能是列车加速时消耗的,还是制动期间消耗在了制动电阻上,对电网而言,都是对电能的消耗,因此我们定义一个“列车实际牵引电能”的概念。从电网对列车的能耗输出这一角度来看“,列车实际牵引电能”包括了“制动电阻能耗”。为了能够对
