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摘 要：目前，我国城市轨道交通牵引供电系统普遍采用二极管整流机组供电方式。该供电方式存在着直流牵引网电压波动范围大、能量只能单向流动等缺点。为解决这一问题，再生能馈装置应运而生。现阶段，此装置共分为电阻消耗型、电容储能型、飞轮储能型、逆变回馈型四类，本文对此四类能馈装置的工作原理、运行现状等进行了简要的介绍，从稳定性、实用性等方面分析，逆变回馈型能馈装置为现我国市场现阶段的主流产品。
关键词：再生能馈;逆变回馈;飞轮储能;超级电容
一、研究背景
目前，我国城市轨道交通牵引供电系统普遍采用二极管整流机组供电方式。该供电方式存在着直流牵引网电压波动范围大、能量只能单向流动等缺点。当列车刹车制动时，产生的制动能量如不能被附近列车吸收，便会使得牵引网电压飙升，导致列车再生制动能力降低甚至列车制动失效。
多年来，较为传统的作法是将这一部分制动能量通过车载电阻的方式消耗掉，如图1所示。
由于城市轨道交通列车的特殊性，具有列车行进站间距离短、起动及制动频繁等特点，列车安装车载制动电阻不但会将这部分能量白白消耗掉，造成能源的浪费;还会增加列车重量，从而影响载客量;与此同时，还会造成隧道的温升，增加环控风机负荷量，造成能量的二次消耗。
二、现市场主要再生能馈装置分类
随着技术的进步及市场的扩大，目前，世界各地所广泛使用的再生能馈装置主要分为四大类，分别是：电容储能型、飞轮储能型、电阻能耗型及逆变回馈型。
（一）电阻能耗型
电阻能耗型吸收装置是用电阻将多余的再生制动产生的能量消耗掉，从而达到稳定牵引网电压的作用。但其实此型能馈装置的本质就是将从前列上上的车载电阻替换为站内的能馈电阻，不过也将从前车载电阻产生的热量集中在了变电站内，虽隧道不至于升温，但变电站内仍需安装专门的通风设备，将这部分热量带走，以保证其他设备的正常运行。
此型设备为能馈设备的第一代产品，虽有减轻列车重量，防止隧道升温，控制简单，减少闸瓦制动对闸瓦的损耗等优点，但不具备能量反馈功能，将列车制动能量白白消耗掉。此型装置在国内重庆、天津、广州、北京等地早已成熟应用
（二）电容储能型
电容储能型吸收装置顾名思义是经列车制动能量通过超级电容实现将此部分能量的吸收及利用，组成原理图如图2所示，其主要元器件由超级电容及双向DC/DC变流器两大部分组成。在列车制动工况下，产生的电能未被此供电臂内其他车辆消耗的情况下，由双向DC/DC变流器加以控制，为超级电容充电，将此部分电能储存于超级电容内，当次供电臂内有车辆处于牵引状态，导致牵引网网压下降时，超级电容放电，将此部分电能通过双向DC/DC变流器放出，共牵引车辆使用，从而减少牵引机组输出功率，从而达到稳定牵引网网压的作用。
此型装置优点明显，控制较为简单，无能馈变压器等设备，可以降低能馈过程中的铜损等无谓损耗，将牵引网能量直接反馈至牵引网，充分利用了列车制动能量，节能效果好，并可取代车载制动电阻，在北京、青岛等地已有了实际的应用。但缺点也尤为明显，由于用于储能的超级电容体积庞大、工况噪音较大、价格高昂，如需满足吸收列车全部制动再生能耗的需求，需在并接大量超级电容才能得以实现，故需要较大占地面积。因此，并不适用于老线改造，等空闲面积并不充裕的变电站，实际应用较少。
（三）飞轮储能型
飞轮储能型再生利用装置是利用高速旋转的飞轮将列车制动的电能装换为飞轮转动的动能的装置，组成原理图如图3所示。此型装置由储能器及双向变流器两部分组成。其原理与电容储能型类似，仅将储能电容变为了储能器。其中储能器由飞轮及同步电机构成。当列车制动时，牵引网网压升高，电机受双向变流器控制，带动飞轮高速旋转，将列车制动产生的动能转换成飞轮飞速转动的动能储存起来。当同一供电臂内列车处于牵引工况时，牵引网网压下降，飞轮内部的动能将会通过控制重新转变为电能，被送至牵引网，供此供电臂内列车使用，可以降低牵引机组功率输出，稳定牵引网网压。
飞轮储能型再生利用装置可以充分利用列车制动过程中所产生的能量，具有可观的节能性，同时，可以实时追踪牵引网网压，根据控制列出运行不同工况时，实时吸收或释放能量，可以良好的稳定牵引网网压。但储能器中的飞轮属于高速转动设备，需采用密闭环境及特殊制造技术，使用寿命及维护成本都有待确认，且现只有少数国外厂商能够生产，由于特殊原因并未在中国市场推广使用，故国内仍没有相关产品使用的先例。
（四）逆变回馈型
逆变回馈型再生制动装置是电力电子元件组成的三相逆变器将直流牵引网因列车制动产生的多余电能，重新反馈回直流牵引网的装置，设备的原理图如图4所示，其主要包括隔离变压器、电抗器及逆变器三部分。
逆变回馈型再生制动装置可以较为充分的实现列车制动能量的再利用，具有良好的节能性，可以完全取代车载电阻，但与此前两种能馈形式略有不同的是，此型能馈装置并非将直流牵引网能量直接回馈至牵引网系统，而是将此部分能量通过逆变的方式直接回馈至牵引系统的上级交流电网，或配电网，不需要配备其他的储能设备，因此也较好的解决了设备发热的问题，不会对环网产生谐波等危害，易于维护，与此同时，由于电力电子元件的可控性较强，此型设备还可提供牵引能量，无功补偿，线路融雪等功能。因此，市场前景较为广阔，也是现在市场的主流选型设备。现在全国北京、新疆、云南等绝大部分地区多有使用。
参考文献
[1]张刚.城市轨道交通能馈式牵引供电变流系统关键技术研究[博士学位论文].北京交通大学 2017
[2]王彦峥，苏鹏程.城市轨道交通再生电能的吸收与利用分析.城市轨道交通研究，2007，10（6）：42-45.
[3]沈茂盛，刘志刚，张钢等.采用三电平电压型PWM整流器的地铁牵引供电系统.电工技术学报，2007，22（7）：74-77.
作者简介：
韩伦（1988-），男，北京，中级职称，本科学历，研究方向：电力系统在市轨道交通中的应用，及城市軌道交通行业中交、直流系统继电保护的配置。
关键词：再生能馈;逆变回馈;飞轮储能;超级电容
一、研究背景
目前，我国城市轨道交通牵引供电系统普遍采用二极管整流机组供电方式。该供电方式存在着直流牵引网电压波动范围大、能量只能单向流动等缺点。当列车刹车制动时，产生的制动能量如不能被附近列车吸收，便会使得牵引网电压飙升，导致列车再生制动能力降低甚至列车制动失效。
多年来，较为传统的作法是将这一部分制动能量通过车载电阻的方式消耗掉，如图1所示。
由于城市轨道交通列车的特殊性，具有列车行进站间距离短、起动及制动频繁等特点，列车安装车载制动电阻不但会将这部分能量白白消耗掉，造成能源的浪费;还会增加列车重量，从而影响载客量;与此同时，还会造成隧道的温升，增加环控风机负荷量，造成能量的二次消耗。
二、现市场主要再生能馈装置分类
随着技术的进步及市场的扩大，目前，世界各地所广泛使用的再生能馈装置主要分为四大类，分别是：电容储能型、飞轮储能型、电阻能耗型及逆变回馈型。
（一）电阻能耗型
电阻能耗型吸收装置是用电阻将多余的再生制动产生的能量消耗掉，从而达到稳定牵引网电压的作用。但其实此型能馈装置的本质就是将从前列上上的车载电阻替换为站内的能馈电阻，不过也将从前车载电阻产生的热量集中在了变电站内，虽隧道不至于升温，但变电站内仍需安装专门的通风设备，将这部分热量带走，以保证其他设备的正常运行。
此型设备为能馈设备的第一代产品，虽有减轻列车重量，防止隧道升温，控制简单，减少闸瓦制动对闸瓦的损耗等优点，但不具备能量反馈功能，将列车制动能量白白消耗掉。此型装置在国内重庆、天津、广州、北京等地早已成熟应用
（二）电容储能型
电容储能型吸收装置顾名思义是经列车制动能量通过超级电容实现将此部分能量的吸收及利用，组成原理图如图2所示，其主要元器件由超级电容及双向DC/DC变流器两大部分组成。在列车制动工况下，产生的电能未被此供电臂内其他车辆消耗的情况下，由双向DC/DC变流器加以控制，为超级电容充电，将此部分电能储存于超级电容内，当次供电臂内有车辆处于牵引状态，导致牵引网网压下降时，超级电容放电，将此部分电能通过双向DC/DC变流器放出，共牵引车辆使用，从而减少牵引机组输出功率，从而达到稳定牵引网网压的作用。
此型装置优点明显，控制较为简单，无能馈变压器等设备，可以降低能馈过程中的铜损等无谓损耗，将牵引网能量直接反馈至牵引网，充分利用了列车制动能量，节能效果好，并可取代车载制动电阻，在北京、青岛等地已有了实际的应用。但缺点也尤为明显，由于用于储能的超级电容体积庞大、工况噪音较大、价格高昂，如需满足吸收列车全部制动再生能耗的需求，需在并接大量超级电容才能得以实现，故需要较大占地面积。因此，并不适用于老线改造，等空闲面积并不充裕的变电站，实际应用较少。
（三）飞轮储能型
飞轮储能型再生利用装置是利用高速旋转的飞轮将列车制动的电能装换为飞轮转动的动能的装置，组成原理图如图3所示。此型装置由储能器及双向变流器两部分组成。其原理与电容储能型类似，仅将储能电容变为了储能器。其中储能器由飞轮及同步电机构成。当列车制动时，牵引网网压升高，电机受双向变流器控制，带动飞轮高速旋转，将列车制动产生的动能转换成飞轮飞速转动的动能储存起来。当同一供电臂内列车处于牵引工况时，牵引网网压下降，飞轮内部的动能将会通过控制重新转变为电能，被送至牵引网，供此供电臂内列车使用，可以降低牵引机组功率输出，稳定牵引网网压。
飞轮储能型再生利用装置可以充分利用列车制动过程中所产生的能量，具有可观的节能性，同时，可以实时追踪牵引网网压，根据控制列出运行不同工况时，实时吸收或释放能量，可以良好的稳定牵引网网压。但储能器中的飞轮属于高速转动设备，需采用密闭环境及特殊制造技术，使用寿命及维护成本都有待确认，且现只有少数国外厂商能够生产，由于特殊原因并未在中国市场推广使用，故国内仍没有相关产品使用的先例。
（四）逆变回馈型
逆变回馈型再生制动装置是电力电子元件组成的三相逆变器将直流牵引网因列车制动产生的多余电能，重新反馈回直流牵引网的装置，设备的原理图如图4所示，其主要包括隔离变压器、电抗器及逆变器三部分。
逆变回馈型再生制动装置可以较为充分的实现列车制动能量的再利用，具有良好的节能性，可以完全取代车载电阻，但与此前两种能馈形式略有不同的是，此型能馈装置并非将直流牵引网能量直接回馈至牵引网系统，而是将此部分能量通过逆变的方式直接回馈至牵引系统的上级交流电网，或配电网，不需要配备其他的储能设备，因此也较好的解决了设备发热的问题，不会对环网产生谐波等危害，易于维护，与此同时，由于电力电子元件的可控性较强，此型设备还可提供牵引能量，无功补偿，线路融雪等功能。因此，市场前景较为广阔，也是现在市场的主流选型设备。现在全国北京、新疆、云南等绝大部分地区多有使用。
参考文献
[1]张刚.城市轨道交通能馈式牵引供电变流系统关键技术研究[博士学位论文].北京交通大学 2017
[2]王彦峥，苏鹏程.城市轨道交通再生电能的吸收与利用分析.城市轨道交通研究，2007，10（6）：42-45.
[3]沈茂盛，刘志刚，张钢等.采用三电平电压型PWM整流器的地铁牵引供电系统.电工技术学报，2007，22（7）：74-77.
作者简介：
韩伦（1988-），男，北京，中级职称，本科学历，研究方向：电力系统在市轨道交通中的应用，及城市軌道交通行业中交、直流系统继电保护的配置。