城市轨道交通供电系统及电力技术分析

城市轨道交通供电系统及电力技术分析

路晓波

青岛地铁运营有限公司 山东青岛 266101

摘要：城市轨道交通能够减少交通拥堵、改善空气质量、提升城市形象，同时也能够提供安全、便捷的出行方式，满足人民对于出行的需求。随着城市人口的增加和城市化进程的推进，城市轨道交通的需求不断增长，因此，保证城市轨道交通供电系统的稳定和可靠至关重要。

关键词：城市轨道交通；供电系统；电力技术

引言：城市轨道交通作为现代城市中重要的公共交通方式之一，对城市的可持续发展和社会经济的繁荣起着重要的作用。城市轨道交通供电系统作为城市轨道交通的核心部分，对于保证列车的正常运行和乘客的安全具有至关重要的意义。然而随着城市轨道交通规模的不断扩大和运营效率的提高，供电系统面临着越来越多的挑战。为了应对这些挑战，电力技术的应用变得尤为重要。

1城市轨道交通供电系统的组成和工作原理

城市轨道交通供电系统由集电装置、牵引供电系统和接触网等组成，其协同工作确保了列车的正常运行。集电装置通过与接触网接触，将接触网提供的电能传输给列车，常见的集电装置有钢轨集电和悬挂式集电两种形式，其选择取决于不同的城市轨道交通系统；牵引供电系统将集电装置收集到的电能通过牵引变流器转换为适合列车牵引电动机的电能，以驱动列车运行；接触网是城市轨道交通供电系统的主要组成部分，通常采用架空的电缆和支撑结构，通过接触线与集电装置接触，提供电能给轨道交通系统【1】。

2电力技术在城市轨道交通供电系统中的应用

2.1 无功补偿技术

无功补偿技术在城市轨道交通供电系统中发挥着重要作用。该技术通过引入补偿装置，如无功补偿电容器和电抗器，来改善电力系统的功率因数，并提高能源的有效利用率。城市轨道交通供电系统中，由于列车运行过程中存在大量的感性负载，会引起系统的无功功率需求增加，导致电网功率因数下降。通过使用无功补偿技术，可以将无功功率补偿到所需范围内。通过实施无功补偿技术，可以达到以下效益：

首先提高电能利用率：无功补偿技术能够减少电能的无效消耗，优化供电系统的功率因数，提高电能利用率，降低能耗。其次减少电能损耗：优化功率因数可以减少传输线路和设备中的电能损耗，降低系统的运行成本。再次提高供电系统稳定性：通过实施无功补偿技术，可以提高供电系统的稳定性和电压质量，减少电力波动和电压波动对轨道交通运营的影响。最后减轻电力负荷压力：无功补偿技术可以优化电网的功率分配，减轻电力负荷对供电系统的压力，提高电网的运行效率。

2.2智能电网技术

智能电网技术利用信息和通信技术，将传统的电力系统升级为智能化的电网，实现了供电系统的智能化管理和优化调度。智能电网技术在城市轨道交通供电系统中的应用主要体现在以下方面：

首先负荷预测和调度：通过收集和分析大量的数据，智能电网技术能够准确预测城市轨道交通的负荷需求，实时调整供电策略，保证供电系统的稳定运行。其次能量调度和优化：智能电网技术能够实现能量的智能调度和优化，根据电力供需状况合理分配能源，最大限度地提高能源利用效率，减少能源浪费。再次故障检测和智能维护：通过监测设备状态和数据分析，智能电网技术可以及时发现供电系统中的故障和异常情况，并采取相应措施进行修复和维护，提高供电系统的可靠性和安全性。最后增强供电系统的弹性和韧性：智能电网技术通过实时监测和快速响应，能够适应供电系统的变化和突发事件，提高供电系统的弹性和韧性，确保城市轨道交通的连续运行【3】。

2.3能量回收技术

在列车制动过程中，大量的动能会转化为制动热能而被浪费掉。能量回收技术的引入可以将这部分被浪费的能量进行回收和再利用。通过惯性制动能量回收系统，列车制动时产生的动能可以被转化为电能，然后反馈给供电系统，供其他列车或电网使用。这样不仅减少了能源的浪费，还能降低供电系统对传统能源的依赖，提高能源利用效率。能量回收技术的应用带来以下益处：1、节能减排：能量回收技术可以减少列车制动过程中产生的能源浪费，降低能源消耗，进而减少碳排放和环境污染。2、资源利用：通过能量回收技术，被回收的能量可以再次利用，提供给其他列车或电网使用，充分利用能源资源。3、经济效益：能量回收技术减少了能源浪费，降低了运营成本，提高了供电系统的效率和可持续性，从而带来经济效益。4、可持续发展：能量回收技术是城市轨道交通可持续发展的关键措施之一，有助于实现能源的节约与环境保护【2】。

3城市轨道交通供电系统的发展趋势

3.1新能源应用

随着清洁能源技术的进步，新能源在城市轨道交通供电系统中的应用逐渐增多。其中，太阳能和风能是两种常见的新能源类型，它们可以用于为城市轨道交通供电系统提供可再生的电力。太阳能发电利用太阳能光辐射转化为电能，可以通过太阳能光伏板安装在轨道交通车站屋顶或相关建筑物上，将太阳能转化为直流电供电系统使用。这种方式不仅可以减少对传统电网的依赖，还可以减少碳排放和环境污染。风能发电利用风能驱动风力发电机转化为电能，可以通过在城市轨道交通线路旁设置风力发电装置来获取电力。风能发电具有良好的可再生性和可持续性，可以为供电系统提供稳定的清洁能源。

3.2智能化管理

随着科技的不断进步，城市轨道交通供电系统将迎来智能化管理的时代。通过引入先进的传感器技术、数据分析和自动化控制系统，供电系统能够实现智能监测、优化调度和故障预警等功能，提高系统的可靠性和运行效率。智能化管理可以通过实时监测和分析大量的数据来获取供电系统的状态和运行情况，包括电力负荷、电压稳定性、设备运行状态等。基于这些数据，智能化系统可以进行精确的调度和优化，合理分配电力资源，提高能源利用效率。此外，智能化管理还能实现故障预警和快速响应。通过智能监测系统对供电系统进行实时监测，可以及时发现潜在故障和异常情况，并通过自动化控制系统进行预警和处理，避免事故的发生，提高系统的可靠性和安全性。

3.3能量储存技术

能量储存技术在城市轨道交通供电系统中的应用对于提高系统的稳定性和可靠性至关重要。能量储存技术通过采用大容量的电池或超级电容器等设备，将电能转化为储存能量，并在需要时释放出来，以平衡能源供需。在城市轨道交通供电系统中，能量储存技术可以发挥以下作用：1、能源平衡：能量储存装置可以在能源供给过剩或需求不足时储存或释放电能，实现能源平衡。例如，在能源供给充足时，可以将多余的电能储存起来，而在需求高峰期或能源供给不足时，可以释放储存的电能以满足需求，提高供电系统的稳定性。2、调峰削峰：能量储存技术可以用于电网的调峰削峰，即在能源需求高峰期间释放储存的电能，减轻电网负荷压力，平衡供需关系。这可以减少对传统发电设备的依赖，提高供电系统的效率和稳定性。3、应急备用：能量储存装置可以作为应急备用能源供应，当传统能源供应出现故障或中断时，能够快速投入使用，保证城市轨道交通的连续运行和安全。

结束语：综上所述，城市轨道交通供电系统及电力技术在城市轨道交通的可持续发展中发挥着关键作用。通过采用先进的电力技术和创新的管理策略，我们可以提高供电系统的效率和可靠性，实现城市轨道交通的可持续发展，并为未来的城市交通建设提供更好的参考和指导。

参考文献：

[1]刘艳丽,丁德饶.城市轨道交通供电系统及电力技术探析[J].石河子科技,2022,(06):42-43.

[2]李增全.城市轨道交通牵引供电系统关键技术分析[J].集成电路应用,2022,(04):140-141.

[3]时悦.BIM技术在城市轨道交通工程供电系统中的应用研究[J].中国设备工程,2021,(11):205-206.

作者简介：路晓波（1993.08—），男，汉族，河北衡水人，大学本科学历，研究方向为轨道交通供电。