如何对列车再生制动所产生的剩余能量进行有效利用，比较传统的方式是使用相关的储能模块或是使用电阻，这会产生不必要的热量，且提升了设施的成本，基于此种状况，本文主要提出了一种基于现有技术的再生制动能量馈能的方式，通过相关理论发现此种方法具有可行性，值得推广。
1影响列车能耗的主要因素
列车的能耗主要分为牵引能耗和辅助能耗两大部分。列车牵引能耗指列车运行过程中消耗的电能，主要受基础设施和运输组织模式影响，如图1所示。基础设施主要包括列车属性、线路属性和供电系统。运输组织模式主要包括列车技术速度、停站方案及运行方案等。列车辅助能耗指列车辅助电源系统在列车运行过程中消耗的电能，辅助电源系统各设备为列车空调、采暖、列车照明等提供电源。其中空调与照明由于技术的发展可采取适当的措施节省电能的消耗。电网电能才是列车牵引系统对电网电能的真正消耗。车辆的最高限速与线路情况、车辆情况和运营要求密切相关，直接影响到列车牵引能耗和运行时间，可采取修改车载信号或牵引系统软件设置的方式进行限速。经过研究地铁某项目车辆既有运行曲线，发现车辆运行在70～80km/h速度的情况仅占整个运行区间的不到5%，限速对运营效率产生的影响很小，因此，将通过在运营时采用限速70km/h模式运行，测试牵引能耗和运营效率变化情况。此外，由于电力电子技术的进步与发展，新一代性能优良的绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的电压、电流等级有突破性的提高。此外，IGBT模块在性能上比GTO器件有多项优点:开关损耗小，开关频率较高;可结合层压低感母线实现无吸收电路;属电压型驱动，电路功耗较低;具有抗短路自保护能力;改进了材料与工艺使其满足牵引对热交变负载工况的要求;绝缘式模块也简化了散热器与变流装置的结构等。因此，采用IGBT构成的变流装置比GTO的体积小、重量轻、效率高，并且性能也好，所以在城市轨道电动车辆牵引领域中所应用的GTO已在不断地被IGBT模块取代，高压IGBT模块(或HVIGBT)已成为轨道车辆上选用的主流产品。
2既有地铁车辆节能方案
2.1系统节能的创新手段
众所周知在整个地铁线路运营过程中，电费成本是其中最大的成本，基本上会消耗掉运营当中一半的费用，比如在地铁运营过程中能量消耗达到60%。在此种状况下迫切需要对相关耗能进行有效的分析，然后根据实际状况制定节能措施。在地铁牵引的过程中，如果地铁进行高速行驶之后，列车匀速巡航，这时可以用低功率达到牵引目的。
2.2变频空调节能
当空调制冷负荷小于空调机组额定制冷量时，定频空调机组由于不能适应制冷负荷需求，会造成客室温度波动，因此只能靠不断的开停压缩机来维持客室温度。而变频空调机组可以通过低频低功率运行来维持客室温度，因此制冷量输出能更接近车辆实际制冷需求。变频空调起动电流小(小于20A)，辅助电源逆变器容量可节省一半，较低的起动电流与运行电流，使得系统可靠性提高;变频压缩机在低频运行时，冷媒流量减小，换热器的面积相对增大，导致蒸发温度提高，同时冷凝温度下降，因此压缩机的压缩比降低，理论能效比提高;低频下压比降低，系统容积效率提高，能效比增加。
2.3无功补偿策略
在地铁牵引系统当中无偿补偿是当前需要重点研究的内容，其研究的主要目的是依据整个系统的概况以及特点来对牵引系统进行简化，从而有效实现数据采集的功能以及指令传输的功能，对无功补偿当中存在的不足进行有效的改进。由于通过高压网络中的无功功率能够看到相应的规律，地电容在比较大的状况下需要根据状况进行无功补偿动作。
2.4照明系统节能分析
LED技术在过去的几年里取得到了巨大进步。目前LED商业化产品光效可以达到110lm/W，而轨道交通客车上普遍使用的T8荧光灯只有80lm/W;另外，荧光灯是全方向发光的，在进行照明灯具设计时，只有部分光线是直接通过灯罩落在照明区域的，大部分光线都需要通过在指定位置放置一个反射镜或者光学装置来进行重新定向。而光线的每次反射，都将带来一定损失，再加上灯罩的损失，总体损失值通常会占光源光通输出的30%～50%，最终只有50%～70%的光通输出被利用起来。而LED发光具有方向性，通常其发光角度为120°，无需增加其他附件即可满足室内照明要求，同时，其光通输出损失环节只有灯罩，就整体灯具而言，使用LED作光源将带来更大的光效优势，如图1所示(LED驱动器及镇流器效率均按85%纳入计算)，LED灯具较荧光灯灯具节能30%以上。
图1 LED灯具与T8荧光灯灯具光效对比
2.5能馈式牵引供电系统原理
1）供电系统的构成对于供电系统来讲，其系统结构中主要包括主变电站、牵引变电站、接触网等，主变电站主要起到降压作用，传统的牵引变电站通过将主变电站提供的交流电转换为直流电来提供牵引。而对于能馈式牵引系统来讲，其中主要包含二极管整流单元以及PWM能馈变流器，只要是使用并联的方式与其连接。在进行设计过程中主要的设计结构有以下几点：变电站通过电网连接，牵引变电站由整流装置和供能装置组成，接触网通过馈线连接，最后一层为车辆和轨道。其中，PWM整流器是能源供应的关键部分，在直流侧和交流侧控制过程中，直流侧电压稳定可控，实现交流侧低谐波含量单位功率因数运行。通过在地铁运行中控制该部分，可以使整流器处于换相或逆变状态，在判断工作状态时，通过预设系统的启动阈值来监测直流牵引网电压。制动系统启动后，通过列车向直流导线端子注入能量，产生电压差，由系统判断状态，反馈给设备操作系统。2）能馈装置内部结构这些设备包括VS、CVT、LVA、CC、DKS、DNS等系统。高压为10kV/35kV。高压开关柜（VS）打开和关闭电路，开关闭合后接通一个装有供能变压器（CVT）、开关的低压进线柜（LVA）转至核心换流柜（CC），通过直流馈线开关柜（DKS）和直流负线隔离柜（DNS）两道开关连接到750/1500V电压。在整个系统中PWM整流器具有逆变反馈功能、牵引整流功能和无功补偿功能，其主要的优点是拓扑结构能够很好适应各种不同的工况，具有较强的可控性以及响应性实现双向流动。
结语
总而言之，地铁在具体运行过程中会消耗巨大的能量，其在城市总电量消耗中占20%，路线长20km的地铁路线每年需要消耗大约10000kW·h的电量，在城市轨道交通中占50%的耗电量大多是牵引耗能，在此种状况下必须加大牵引系统节能方面的研究，有效的使用储能技术，保证我国地铁行业在未来保持可持续发展。
参考文献
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