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城市轨道交通地面型超级电容储能系统关键技术的研究

作　者: 邓文豪
导　师: 肖彦君
学　校: 中国铁道科学研究院
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 城市轨道交通 超级电容型储能装置 双向DC/DC变换器 再生制动 参数设计
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


我国城市轨道交通现处于高速发展期,解决城市轨道交通车辆制动能量的循环利用不仅是与经济有直接的关系,更是建设我国节能、低碳社会的重要一环。超级电容以功率密度大、循环寿命长、充放电效率高、能量管理方便等特性在直流储能装置中获得了特别的关注,认为是一种非常有前途解决城市轨道交通车辆制动能量循环利用的储能器件。本文对地面型超级电容储能系统关键技术进行了研究,首先分析了应用于城市轨道交通的各种吸收装置及其原理,确定超级电容型储能装置为本文研究对象,建立了包含储能装置的直流供电回路的数学模型;其次依据储能装置的作用分析了其结构,并采用双向半桥DC/DC结构作为装置的变换模块;第三,针对储能装置在城市轨道交通中稳定线网电压和循环利用制动能量的作用进行了超级电容器充放电条件的详细分析,确定了变换模块单端分时稳压的工作模式,依据工作模式建立了储能系统的数学模型,设计了满足储能装置工作要求的控制方法,通过对控制方法的仿真验证了其可行性;第四,依据城市轨道交通列车再生制动反馈到线网的参数进行了储能装置主要元件参数的详细设计,并利用设计的参数对线网单边供电单列车再生制动进行了仿真实验。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-25
  1.1 课题研究背景  9-10
  1.2 应用于城市轨道交通的电能吸收装置  10-17
    1.2.1 电阻能耗型吸收装置  10-12
    1.2.2 超级电容储能型吸收装置  12-13
    1.2.3 飞轮储能型吸收装置  13-15
    1.2.4 逆变回馈型吸收装置  15-16
    1.2.5 各类吸收装置的比较  16-17
  1.3 超级电容在城市轨道交通中的应用  17-23
    1.3.1 超级电容器储能的特点  17-19
    1.3.2 超级电容在城市轨道交通中的应用  19-22
    1.3.3 地面储能系统和车载储能系统的比较  22-23
  1.4 论文的主要研究内容和结构安排  23-24
    1.4.1 论文主要研究内容  23-24
    1.4.2 论文的结构安排  24
  1.5 总结  24-25
2 直流供电回路的建模  25-39
  2.1 牵引变电所数学模型  25-27
  2.2 牵引网数学模型  27
  2.3 列车模型  27-33
  2.4 地面超级电容装置的数学模型  33-34
  2.5 含地面电容的直流供电回路的网络模型  34-38
  2.6 总结  38-39
3 超级电容型储能系统的结构  39-51
  3.1 连接单元  39-40
  3.2 变换器  40-45
    3.2.1 隔离型双向变换器  40-41
    3.2.2 非隔离型双向变换器  41-45
  3.3 超级电容器组  45-50
    3.3.1 超级电容器数学模型  45-46
    3.3.2 串并联特性  46-47
    3.3.3 超级电容的充放电分析  47-49
    3.3.4 超级电容的荷电状态  49-50
  3.4 总结  50-51
4 超级电容型储能系统控制策略分析  51-70
  4.1 超级电容储能系统工作原理分析  51-54
    4.1.1 超级电容器充电状态  51-53
    4.1.2 超级电容器放电状态  53-54
  4.2 超级电容储能装置充放电控制分析  54-59
    4.2.1 预设电压的设置  54-57
    4.2.2 状态的转换和功率的调节  57-59
  4.3 双向DC/DC 变换器的控制  59-68
    4.3.1 DC/DC 变换器的数学模型  60-64
    4.3.2 单端稳压DC/DC 变换器控制器的设计  64-68
  4.4 总结  68-70
5 超级电容型储能系统的参数设计  70-87
  5.1 列车制动反馈到牵引网的参数  70-75
  5.2 超级电容参数的设计  75-77
  5.3 开关器件的选择  77-81
  5.4 储能电感的设计  81-83
  5.5 滤波电容、电感的设计  83-86
  5.6 总结  86-87
6 超级电容型储能系统仿真研究  87-95
  6.1 超级电容储能系统的控制策略仿真  87-90
  6.2 单列车制动的超级电容储能系统的仿真  90-94
  6.3 总结  94-95
全文总结与展望  95-97
参考文献  97-100
致谢  100-101
详细摘要  101-113

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电器 > 电容器
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