Giao thông đường sắt đô thị là một trong những ngành tiêu thụ năng lượng lớn tại các thành phố. Hệ thống cấp điện sức kéo truyền thống áp dụng kiến trúc "cấp điện xoay chiều + chỉnh lưu trên tàu", vốn gặp phải tình trạng lãng phí năng lượng phanh tái sinh, diện tích thiết bị lớn và tiêu thụ năng lượng cao. Cấp điện hoàn toàn một chiều đại diện cho một cuộc cách mạng công nghệ đối với hệ thống cấp điện đường sắt.

| Vấn đề bất cập | Biểu hiện | Nguyên nhân vật lý cốt lõi |
|---|---|---|
| Lãng phí phanh tái sinh | Năng lượng phanh bị tiêu tán thành nhiệt qua các điện trở | Kiến trúc xoay chiều không thể thu hồi năng lượng trực tiếp |
| Diện tích lắp đặt thiết bị lớn | Trạm biến áp cồng kềnh + cụm chỉnh lưu | Biến áp tần số công nghiệp + bộ chỉnh lưu |
| Hiệu suất năng lượng thấp | Tổn thất từ nhiều giai đoạn biến đổi | Chuyển đổi xoay chiều sang một chiều qua nhiều giai đoạn |
| Chi phí xây dựng cao | Nhiều thiết bị và khối lượng công trình xây dựng lớn | Kiến trúc phức tạp |
| Khía cạnh | Nguyên lý vật lý | Hạn chế |
|---|---|---|
| Lưới điện đô thị → Trạm biến áp AC | Cấp điện hạ áp | Yêu cầu chỉnh lưu trên xe |
| Chỉnh lưu trên xe | AC → DC cho lực kéo | Năng lượng hãm không thể hồi tiếp |
| Khía cạnh | Nguyên lý vật lý | Ưu điểm |
|---|---|---|
| Trạm biến áp SST | AC → DC±35kV | Biến đổi một cấp |
| Mạng vòng DC | Cấp nguồn DC trực tiếp | Năng lượng phanh tái sinh được hồi tiếp trực tiếp |
Bản chất vật lý: Kiến trúc DC toàn diện cho phép năng lượng phanh tái sinh được đưa trực tiếp trở lại các đoàn tàu khác hoặc lưới điện thông qua mạng vòng DC. Đây là nền tảng vật lý để đạt được mức cải thiện hiệu suất năng lượng +5%.
Giải pháp Nguồn điện DC Toàn diện SST thay thế nguồn điện xoay chiều truyền thống bằng kiến trúc DC ba cấp DC±35kV/1500V/750V:
Chi phí xây dựng -20%
Hiệu suất năng lượng +5%
Được xác minh thông qua dự án thí điểm Tàu điện ngầm Quảng Châu Tuyến số 8

| Khía cạnh giá trị | Chỉ số định lượng | Mô tả |
|---|---|---|
| Mức điện áp một chiều | ±35kV/1500V/750V | Nguồn cung cấp điện một chiều ba cấp |
| Chi phí xây dựng | -20% | Loại bỏ máy biến áp và bộ chỉnh lưu |
| Hiệu suất năng lượng | +5% | Phản hồi trực tiếp phanh tái sinh |
| Dự án thí điểm | Tuyến Metro số 8 Quảng Châu | Xác minh kỹ thuật |
Lưới điện Đô thị ──► Trạm biến áp SST (DC±35kV)
│
├──► Mạng vòng DC
│ ├──► Trên tàu DC1500V
│ └──► Trên tàu DC750V
│
└──► Phản hồi Năng lượng Phanh Tái sinh
| Tầng | Thành phần | Luồng Công suất | Cơ sở Thiết kế |
|---|---|---|---|
| Trạm biến áp | SST | Lưới điện Đô thị → DC±35kV | Chuyển đổi một cấp |
| Mạng vòng DC | ±35kV Bus | Trạm biến áp → Tàu | Cấp nguồn DC trực tiếp |
| Cấp nguồn cho Tàu | DC1500V/750V | Mạng vòng → Trên tàu | Phản hồi tái sinh |
Khi tàu hãm phanh, động cơ hoạt động như một máy phát điện. Trong các giải pháp truyền thống, năng lượng này bị tiêu tán dưới dạng nhiệt qua các điện trở. Kiến trúc toàn DC của SST cho phép năng lượng phanh được đưa trực tiếp qua mạng vòng DC đến các đoàn tàu đang tăng tốc lân cận hoặc trả ngược lại lưới điện, cải thiện đáng kể hiệu suất sử dụng năng lượng.
| Tham số | Giá trị | Ý nghĩa vật lý |
|---|---|---|
| Các mức điện áp một chiều | ±35kV/1500V/750V | Nguồn điện một chiều ba mức |
| Chi phí xây dựng | -20% | Loại bỏ máy biến áp và bộ chỉnh lưu |
| Hiệu suất năng lượng | +5% | Phản hồi phanh tái sinh |
| Dự án thí điểm | Tuyến số 8 Tàu điện ngầm Quảng Châu | Xác minh kỹ thuật |
Nguyên lý vật lý: Loại bỏ máy biến áp tần số công nghiệp và các giai đoạn chỉnh lưu. Điện năng từ lưới điện đô thị được chuyển đổi thành dòng điện một chiều thông qua SST chỉ trong một giai đoạn duy nhất.
Lợi ích định lượng: Giảm 20% chi phí xây dựng, giảm số lượng thiết bị.
Nguyên lý vật lý: Mạng vòng DC cho phép năng lượng phanh được phản hồi trực tiếp, loại bỏ tổn thất tỏa nhiệt do điện trở.
Lợi ích định lượng: Giảm tiêu thụ năng lượng kéo, hiệu suất năng lượng tăng 5%.

| Hạng mục chi phí | Giải pháp truyền thống | Giải pháp SST | Tiết kiệm |
|---|---|---|---|
| Đầu tư thiết bị | Mức cơ sở | -20% | Loại bỏ thiết bị chỉnh lưu |
| Tiêu thụ năng lượng | Mức cơ sở | +5% | Tiết kiệm điện đáng kể hàng năm |
| Công trình xây dựng | Mức cơ sở | Giảm | Diện tích trạm biến áp nhỏ hơn |
| Dự án | Dữ liệu chính | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| Tuyến Metro số 8 Quảng Châu | Chi phí xây dựng -20%, Hiệu suất năng lượng +5% | Dự án thí điểm DC toàn diện |
| Tiêu chuẩn | Nội dung |
|---|---|
| GB/T 32583 | Cung cấp điện sức kéo đường sắt đô thị |
| IEC 61850 | Giao thức truyền thông |
Tiền chế trạm biến áp mô-đun
Vận hành và bảo trì toàn vòng đời