广州地铁直线电机列车能耗对比研究论文_黄海森

(广州地铁集团有限公司运营事业总部 510000)

摘要:广州地铁五号线采用直线电机列车,列车各系统所需要的能耗是地铁运营成本的一大组成部分。本文以五号线三种车型为分析对象,通过分析影响列车能耗的主要因素,在记录能耗数据的同时,收集对能耗起影响作用的外在因素数据,在进行能耗对比时,其他因素尽量保持统一,主要的变量是车型的不同。通过上述的方式进行能耗的对比,得出三种车型能耗数值的差距,分析降低能耗的可行性和方法,为节能提供有效建议。

关键词:直线电机;能耗;节能

引言:

地铁列车采用电能作为动力,由于庞大的运力及车厢舒适度需求,电能的消耗成为地铁运营成本的一大组成部分,为节能减排和降低运营成本,了解地铁能耗的组成并寻找降低能耗的方法,显得尤为重要。

(一)研究对象的选择

广州地铁五号线直线电机车辆分为三种车型,分别是不同时期采购的L2、L4-Ⅰ(采用三菱牵引系统)和L4-Ⅱ(采用时代电气牵引系统)型车,由于L2车和L4-Ⅰ车分别只有三列车安装了能耗装置,拟全部选取,而12列L4-Ⅱ车全部安装了能耗装置,以随机原则选择101102车、111112车和121122车。

(二)研究过程中采取的方法

在本次课题中,将对三种车型的能耗进行对比,由于列车在不同时间段(载客量不同)、不同运行区间、不同环境中所消耗的电量都将不同,因此,在进行对比之前,必须统一其他因素,将同样外界环境的数据放在一起进行对比。在本次调研课题中,采用控制变量法。

(三)能耗数据采集

分析发现影响能耗值的因素主要有几大类,包括运行时间、运行区间、载客量、环境温度和电机气隙。对上述影响能耗的参数进行收集,并按照同一范围值进行分类对比的原则,作如下分类:

载客量

(四)三种车型能耗对比

能耗的计算公式:消耗电量=牵引电量-反馈电量,对收集到的数据进行分析,根据不同影响因素的类别参数进行分类,由于列车能耗各种影响因素分类众多,能耗装置运用时间较短,数据量有限,通过对数据的筛选和整理,下列10个类别在三种车型中均有足够的数据样本,可以作为三种车型各自的代表,对其能耗进行计算并求平均值,结果如下:

以上三种车型的能耗数据用折线图直观展示如下,L4-Ⅱ型车的能耗明显低于上述两种车,节能将近20%。。

图1 五号线三种车型能耗对比

(五)分析结论与讨论

在分析数据中发现,L4-Ⅱ之所以能耗比其他两种车型低,主要有两个直观的体现,一是由于L4-Ⅱ型车反馈电量远多于其他两种车型的反馈电量,二是L4-Ⅱ型车的牵引电量较少,以八月份031032车、081082车和111112车为例,三种车型的平均牵引电量、平均反馈电量、平均消耗电量如下图

图2 三种车型的平均牵引电量、反馈电量及消耗电量

通过数据统计结果及三种车型各自的差异,初步判断,导致L4-Ⅱ型车如此节能的原因主要有以下三个:

1.VVVF软件控制逻辑不同,L2型车与L4-Ⅰ型车采用矢量控制方式,而L4-Ⅱ型车采用直接转矩控制,简单地通过检测电机定子电压和电流,借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩,并根据与给定值比较所得差值,实现磁链和转矩的直接控制。

2.L4-Ⅱ型车VVVF牵引电路中过压吸收电阻能更大程度发挥电

制动的功能,列车电制动反馈电能到网压后,如果检测到网压超过1800V,则通过过压吸收电阻将多余的电能吸收,而L2型车和L4-Ⅰ型车在电制动过程中若检测到网压超过1800V,则自动退出电制动。因此,L4-Ⅱ在制动过程中能向电网反馈更多的电能。

3. L4-Ⅱ型车空调采用四压缩机组,除了能工作在50%模式和100%模式外,也能使空调工作在25%制冷模式,而L2和L4-Ⅰ型车单个空调机组仅能工作在50%和100%的模式。根据此前相关课题对空调能耗的对比研究,L4-Ⅱ型车空调能耗比L2/L4-Ⅰ型车节约15%左右。

因此,在节能方面,可以考虑如下几种方式:

(1)优化L2/L4-Ⅰ型车的VVVF软件,提高牵引电机的功率因数,降低能耗;

(2)参考过压吸收电阻在电制动中起到的作用,对L2/L4-Ⅰ型车硬件控制逻辑提出优化,使列车在制动过程中向电网反馈更多的电能;

(3)减少非正线运营时列车开启空调和照明的时间;

(4)对L2和L4-Ⅰ型车的空调机组进行换型改造;

(5)进一步分析电机气隙与能耗值的关系,提出更好的电机高度调整值。

(六)结束语

本课题研究通过大量数据分析得出L4-Ⅱ型车的能耗明显低于L2和L4-Ⅰ型车的能耗,从数据显示,L4-Ⅱ型车牵引电量较低,反馈电量较高。

参考文献:

[1]广州地铁车辆中心技术研发部.《六号线L3型车牵引能耗测试报告》.2014.01.24

[2]广州地铁车辆中心技术研发部 游高祥.《五号线列车能耗分析报告》

[3]广州市地下铁道总公司 刘宝林.《地铁列车能耗分析》

[4]中国铁道科学研究院.《广州地铁四、五号线研究性试验报告》.2009.12

[5]广州地铁车辆二部.《五号线国产化列车与非国产化列车空调能耗对比分析》 .2015.3.8

论文作者:黄海森

论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期

论文发表时间:2019/3/27

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