3.1 能量储存模式

如果没有能量储存系统(如超级电容),如果同一时间内没有任何其他车辆处于加速状态,则制动车辆产生的能量就会通过放热方式消耗在制动电阻上面。然而,在实际运营中,这些同步的加速和制动并不能完全协调,也就是说,当一列车制动时,不可能总是在同一供电区段内有另外的列车在牵引,因此总是有部分能量以热量的方式消耗掉。但采用超级电容,可以在制动的过程中把能量储存下来,当有车辆加速的时候再释放出去,这就减少了供电所中能量的耗费。

图3是2001年在德国科隆做的一次测试,从中可以看出:在t1时刻,供电段3处有一列车在加速(I3为正),超级电容处于放电状态(WSES减小,ISES为负);在t2时刻,供电段2处有一列车在制动(I2为负),超级电容处于充电状态(WSES增大,ISES为正);在t3时刻,供电段1处有一列车在制动(I1为负),超级电容处于充电状态(WSES增大,ISES为正);在t4时刻,供电段1处的列车仍在制动,供电段4处的一列车在加速,超级电容立刻从充电状态转成放电状态(WSES减小,ISES为负)。

3.2 电压稳定模式

如果没有能量储存系统(如超级电容),当有很多车辆在同一时间内加速时,则系统电压会降到一个非常严重的水平,导致车辆频繁地低电压波动,从而在一段时间内影响乘客服务质量。对于这个问题,可以采用超级电容来得到解决。如果系统电压降到规定的限制值,超级电容将会放电,以提高系统电压。

图4是2002年在西班牙首都马德里地铁做的一次测试。可以看出:在t1时刻,由于多列车同时加速,导致系统电压下降至规定的最小值,此时超绝电容开始放电(ISES为负),一直到t2时刻,以保证系统电压稳定在510 V的水平;当多列车同时加速的状态结束时,系统电压回升,超级电容处于充电状态(通过变电站或列车制动产生再生能量来充电);t3、t4时刻表明,列车制动时充电电流快速上升,超级电容的能量迅速存储起来。

超级电容保证了系统电压总是在一个稳定的范围内,牵引供电系统的有效性增加了。图5是2002年在西班牙首都马德里地铁做测试的结果。可以看出,系统电压低于490V的情况不再出现,低于530V的情况也大大减少。