徐文亮、隋雪明、张岩、李海滨、铁启东
中车长春轨道客车股份有限公司 130062
摘要：中国经济的迅速发展、城市人口数量的增加以及城市化进程的加快，加快了中国城市的轨道交通发展的进程。随之，城市发展的必要趋势为大力发展城市轨道交通。当前，中国城市轨道交通建设的规模巨大，且处于高速发展的主要环节。城市轨道交通当中普遍运用的制动模式为电气制动，且以摩擦制动为辅的主要模式与直-交变压变频的传动方式。牵引机器转化为发电机状态的主要模式为电力牵引传动系统电制动，减少了系统的维护费用。
关键词：城市轨道交通；再生制动；能量利用；技术
引言：中国的城市轨道交通缪按在高速发展的阶段，再生制动能量的循环利用技术的研究与开发越来越引起重视。中国对列车再生制动能量的吸收方案主要为电阻能耗型，但由于电阻能耗型属于电能消耗类别，能量并没有得到循环的利用。在城市轨道交通车辆的制动过程中，电力牵引传动系统电制动时，列车的动能转化为电能，在输送到直流牵引电网中，既减少了摩擦动能的损耗，也在一定程度上回收了动能，因此，系统的维护时间减少。在列车的行驶过程当中，每一站之间的距离较短，列车的制动与启动的次数相对多，有利于再生制动能量的回收。
一、研究城市轨道交通再生制动能量利用技术的重要性
1.有利于城市轨道交通的可持续发展
研究再生制动能量利用技术，可以提升再生制动能量的利用率，减少动能的使用率，达到节能减排的效果，有利于城市轨道交通的可持续发展。
2.有利于加快我国城市化发展的进程
城市轨道交通是中国城市化进程中的必然选择方向，研究再生制动能量利用技术不仅可以节省能源问题，也有利于加快我国城市化发展的进程，提高城市的经济效益以及社会效益。
3.为列车行驶的安全性提供保障
再生制动顺利实行的最重要的方法为把直流牵引网电压控制在允许的范围内，阻止列车再生制动失效，不仅为列车行驶的安全性提供保障，列车的安全行驶保证轨道交通的正常运行，也为列车制动能量的循环利用提供了主要依据。
二、轨道交通再生制动能量利用的具体技术
1.并网型再生制动能量吸收技术
并网型再生制动能量吸收技术可以使列车再生制动时产生的电能按照并网逆变器输送到交流电网（高压交流电网13kV或者39kV、中压交流电网1190V或者低压交流电网375V）。工作依据为：再生制动能量能够让直流牵引网电压超出预设值的某一个数值时，控制系统识别列车处在再生制动工况。之后，并网逆变器开始运作，把再生制动能量输送到交流电网，在此过程中，直流电转化为工频交流电。
总而言之，并网技术可以先把再生制动能量逆变后输送到交流电网，并进行能量的循环使用，实现节约能源的主要任务，与此同时，保持直流牵引网电压的稳定性。比如，天津地铁3号线运用了此技术，提供电能质量要求低的负荷。
2.飞轮储能型技术
飞轮储能型技术的主要组成部分为飞轮转子、发电机、轴承、电子电力转换器与真空室。工作依据为：提高电机驱动飞轮转子的运行速度，飞轮转子旋转的电能转化为动能；使用电能时，减少电机的运行速度，储能型技术把原有的飞轮转子的动能转化为输出电能，并进行动能与电能之间的转化，完成飞轮储能技术在城市轨道交通中的应用。直流牵引网上的电能运用逆变器运行同步电机，之后，同步电机的驱动飞轮速度比以往更快的具体操作情况为列车不能吸收再生制动输送到直流牵引网上的电能，在此过程中，直流电网上的电能转变为飞轮的动能，并保持直流牵引网电压的稳定性。由于列车的加速以及牵引使直流牵引网电压达到一定程度的数值时，迅速旋转的飞轮进行储存能量的释放，从而让飞轮驱动的同步电机工作处于发电状况，飞轮的转速变慢。
当前，中国在转子材料以及核心技术两大方面与先进国家存在着一定的差异，储能技术的国产化进程需要很长的一段时间。
3.并网和储能相结合技术
并网和储能相结合的技术又称超级电容器储能系统，有着良好的脉冲充电、放电和多容量储能功能。运用了超级电容器组与双向DC-DC变换器与直流牵引网连接，列车再生制动时，直流牵引网电压上升到预定值的一个数值时，超级电容器储能系统吸收再生制动能量，应用于列车的启动于加速时释放出的能量，稳定直流牵引网电压于吸收再生电能时超级电容储能系统的主要工作方向。超级电容器有着短时间内大功率充电与放电能力强的特征，且比其它储能系统有着更佳的性能匹配与性价比，材料的属性有着无毒特性，大量的使用不会污染环境，因此在城市轨道交通中广泛使用。
当前，美国的Maxwell、日本的松下，俄罗斯的Econ d企业在此技术方面有着一定的优势，中国首次运用此技术的轨道交通为背景地铁5号线。
结束语
并网型技术、飞轮储能型技术以及超级电容器储能系统不仅有效回收了轨道交通的再生制动能量，也为我国城市轨道的持续发展奠定了基础、推进城市化的发展进程以及为列车行驶的安全型提供了重要保障。并网型技术可以维持直流牵引网电压的稳定性、飞轮储能型技术有着充电方便、迅速的特征，超级电容器储能系统的材料没有毒性，有利于城市环境的优化，因此，三种轨道交通技术的应用广泛，为城市轨道交通的发展提供了依据。
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