为什么奥斯陆地铁的再生制动只能与“附近”的其他列车共享能量?

电器工程
2022-01-17 08:47:45

在维基百科上读到奥斯陆地铁有再生制动,但没有电池来储存能量。因此,只有在“附近”有另一辆列车来利用能量时,才能利用能量。

“附近”有多远?

由于公共隧道的瓶颈,所有线路的发车间隔为15分钟。这意味着每列火车之间通常有几公里,除了在网络中多条线路共享同一轨道的部分(例如公共隧道和其他一些延伸段)。

  • 为什么不能在这几公里内共享能量?

  • 沿轨道的电线中的电阻是否不值得?

  • 能量不能被反馈回电网吗?

4个回答

沿轨道的电线中的电阻是否不值得?

这将是一个因素。文章指出,每组有 12 x 140 kW 电机,每组火车总功率为 1680 kW (1.68 MW)。该系统为 750 V DC,并且不同寻常地,在某些部分使用第三轨,而在其他部分使用架空线。在这些功率水平上,将涉及大约 2000 A 的电流,因此线路电阻肯定会成为一个问题。线路电阻也可能是断路器操作和跳闸时间的一个因素,并进一步限制了部分的最大长度。

另一个要记住的因素是发电站(基本上是变压器/整流器/滤波器和断路器)将沿着线路分布,每个发电站之间都有分段隔离器。在这种情况下,电流不能从一个部分流到下一个部分。我怀疑这是“附近”约束的真正原因。

能量不能被反馈回电网吗?

可以,但需要逆变器将直流电转换为交流电,而且在这些功率水平上这些逆变器并不便宜,而且占空比(所涉及的再生时间量)可能不值得。


附加信息。

0 至 40 公里/小时(0 至 25 英里/小时)范围内的加速度限制为 1.3 米/秒平方(4.3 英尺/秒)。在这个阶段,满载的列车使用 5.0 千安。

因此,每列火车的最大电流为 5000 A。我找不到任何钢轨的电阻表,所以我无法提供每公里电压降的估计值。

出于显而易见的原因,任何铁路网络都被划分为独立的部分,每个部分都通过自己的变压器、断路器和开关与中压或高压电网分开供电。

同一区间内的两列列车可以直接共享电力。不同部分的火车只能通过网格这样做。由于奥斯陆地铁使用直流电且整流器通常是单向的,因此无法通过电网共享电力,因此仅限于同一区间内的列车。

下图显示了 AC 架空线路中的分段隔离器。这些部分由三相高压电网的不同相位供电,以实现负载平衡。

移相器 图片来源

电气铁路的家伙在这里。

长距离传播

我已经看到 600V 架空线在距变电站 4 英里的地方仅在一辆铰接式汽车的约 300A 重负载下下降到 200V。(4/0 线,107 mm2,导轨作为返回)。

第三轨要结实得多,但地铁要重得多。通常情况下,第三轨靴以 400 安培的电流(每只靴子,而且并非每只靴子都同时接触)与多达 8 节车厢融合。奥斯陆运行大型铰接式汽车,这些汽车是电动 3 辆汽车。

如果再生电力通过变电站,则更加不利。

我的意思是,如果地铁列车愿意或能够无限制地增加电压,它可以将其再生电力推向任何距离。未经调节的直流电机再生可以像旧的感应恒流源一样,增加电压直到电流流动。在传输损耗中燃烧掉大部分就可以了,它是“自由能源”。然而,它达到了 a) 车载设备(尤其是电机的绝缘强度)和 b)第三轨的限制。BART 的目标是拥有一个 1000 伏的第三轨,但发现即使在温带气候下,刹车灰尘上的雨水也会导致壮观的闪络。他们退回到 900 伏,但这仍然很麻烦。奥斯陆已经是 750,没有多少净空。

真的,为了有效地再生,附近需要一列已经降低电压并能够吞噬这些安培的火车。

再生到电网

这很难,尤其是因为几秒钟内注入几兆瓦的电力对电网来说并不是那么有用。

此外,DC-AC 再生本身也很困难,每个变电站都需要大型硅逆变器。

在黄金时代,旋转变流器完全能够实现高效的 DC-AC 再生(事实上,它们具有防止意外再生的电路,例如变电站的本地电网断电,导致其通过架空线从另一个变电站反向馈电) . 电气化铁路有更多自己的交流配电。而第三轨电压仅为 600V,因此余量更大。然而,汽车却做不到这一点:当时的地铁非常简单,车间控制线只有7-12根电线。

汞弧整流器一出现,旋转转换器就被废除了,甚至在第一辆再生汽车问世时也没有了。

我不希望旋转转换器重新出现(更遗憾的是,因为它们很简单,实际上在本地电网中功率因数正确,并且由于它们很简单,因此可能具有竞争力)。所以它归结为复杂的大型逆变器。鉴于回售电力的经济收益有限,只有像 BART 这样的非常先进(高研发)的系统才会涉足直流电网再生。

当你刹车时,你的主要目标是摆脱多余的能量,所以你并不关心它的使用效率。即使电阻损耗接近 100%,使用再生制动也比仅使用机械制动要好。因此,这当然与电力线电阻无关,而仅与电网可以处理的问题有关。

为什么不能在这几公里内共享能量?

在隔离部分的简单情况下,需要在可以进行再生制动的线路延伸长度与受电气故障影响的线路延伸长度之间进行权衡。即,如果整个电力网络都可以用于再生制动,那么单个故障也会导致整个网络瘫痪。

更复杂的解决方案在理论上确实是可能的,但在经济上并不可行。

能量不能被反馈回电网吗?

以稳定的能耗将能量馈入电网将很快提高电压,而典型的发电厂将无法以足够快的速度调整其输出以进行补偿。如果当地电网无法处理这种过电压尖峰,那么建造逆变器就没有意义。即使电网可以处理额外的输入能量,该解决方案也可能在经济上不可行。