Page 138 - 捷運技術 第35期

130 曾乙申 林文進 捷運直流供電系統分析實例與節能方案探討

圖 22 VB TSS 遠處長距離短路故障情況下之饋線斷路器電流（I_VB_D5）上升率變化圖

四、捷運牽引供電系統節能方案

臺北捷運目前已通車營運的各路線系統，皆將列車剩餘的再生煞車功率直接消耗於車上
的煞車電阻，而未使用儲能設備將再生能量回收再應用。根據國外的研究顯示，有效的回收
再生煞車功率可節省近 35%至 40%的牽引能源【Suzuki, 1979】。考慮如此可觀的能源節省率，
以及負載均化、電壓降改善等效益，實有必要進行捷運牽引供電系統節能方案的探討。以下
針對捷運列車牽引能量再生率與再生能量回收率及各種可行之節能技術進行說明。

(一) 捷運列車牽引能量再生率與再生能量回收率
捷運列車之煞車方式，包括摩擦煞車、電力煞車與駐車煞車三大類，其中常態使用之電
力煞車又分為動態式煞車（Dynamic Brake）與再生式煞車（Regenerative Brake）兩種。

電力煞車是利用降低馬達定子繞組之旋轉磁場的同步轉速，使轉子因慣性作用而造成轉
軸轉速高於同步轉速的情況，將電動機變為發電機運轉，因而產生煞車轉矩與再生功率。其
所產生的電能可回送至直流供電系統，供線上其他列車使用，即所謂「再生式電力煞車」。若
不將該能量回送直流供電系統，或因再生能量過高而無法有效的讓線上其他列車所使用，為
避免列車線電壓過高，此多餘之電能將由裝置於車上的煞車電阻器化為熱能而消耗掉，則稱
為「動態式電力煞車」。

列車於煞車階段可供再生之能量與列車於加速、等速及滑行期間之耗能的比值，定義為
牽引能量再生率（Regenerability）。實際饋入供電系統之再生能量與列車可提供之再生能量的
比值，則稱為再生能量回收率（Receptivity）。再生率與車輛動軸比例有關，全動軸車輛之再
生率可高達 60%。回收率則是一個全系統性（System-wide）的問題，其比率高低主要與班距
及供電系統特性有關。根據國外研究【Wilkinson, 1985】，回收率與班距長短約成反比關係，
如圖 23 所示。列車班距的縮短，使得同時在整個系統中的運行列車數增加，因而當某一列車
施行再生煞車時，可能接受再生能量的列車也較多。如此，系統便具有足夠利用再生能量的
更高能力。該研究指出，發車間距為 2 分鐘時，回收率可達 83.5%，從而導致牽引能量減少
50%。列車的電力煞車機制與列車線電壓（即導電軌的電壓）有關。當列車的線電壓過高時，