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城市轨道交通车载超级电容储能系统控制策略的研究

作　者: 王迅
导　师: 杨中平
学　校: 北京交通大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 城市轨道交通 超级电容 储能系统 再生制动 节能
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 412次
引　用: 3次
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内容摘要


摘要：在城市轨道交通中,再生制动能量能够被相邻列车吸收利用,若不能被完全吸收,那么剩余的再生制动能量会使线网电压迅速上升,为防止再生失效,通常利用制动电阻将剩余能量消耗掉,这造成极大地浪费并带来温升的问题。近年来,随着超级电容、飞轮等新型储能技术的发展,如何利用储能装置吸收利用再生制动能量是城轨交通当今研究的热点课题。因此本文提出利用车载超级电容储能系统吸收并利用再生制动能量,降低列车的牵引能耗。本文研究了超级电容的充放电特性和城轨交通列车的能量特点,并分析了二者之间的能量匹配关系和超级电容应用在城轨交通中的优势。搭建了车载超级电容系统列车仿真和实验平台,利用空间状态平均法对超级电容储能系统进行准确数学建模和性能分析,从理论上分析了超级电容电流闭环反馈控制方法,使超级电容电流的快速准确响应,在此分析的基础上提出一种基于线网电流补偿的间接能量控制策略,对正确控制超级电容充放电的控制算法进行了详细分析,重点介绍了控制算法应满足的电压和电流逻辑关系以及超级电容充电状态(SOC)对充放电电流的校正控制。为验证所提控制策略的正确性,本文运用effect-causes思想在Matlab搭建了车载超级电容储能系统列车运行能量流动仿真平台,能够体现城轨列车搭载超级电容储能系统后能量流动情况,仿真结果能够验证控制策略的正确性。在实验室1.25F超级电容储能系统实验平台上,仿真和实验结果表明,该控制策略能够正确控制超级电容吸收再利用再生制动能量,达到控制目的。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 绪论  10-16
  1.1 研究的意义与背景  10-13
    1.1.1 城市轨道交通发展概况  10-11
    1.1.2 储能装置在城市轨道交通中的应用现状  11-13
  1.2 本研究的目的  13-14
  1.3 本论文的构成  14-16
2 超级电容原理与特性  16-28
  2.1 超级电容储能原理  16-20
    2.1.1 超级电容的储能量  17-18
    2.1.2 超级电容特点  18-19
    2.1.3 超级电容的串并联组合与均压措施  19-20
  2.2 超级电容的主要性能参数  20-22
  2.3 超级电容的电路模型和充放电特性  22-28
    2.3.1 超级电容电路模型  22-23
    2.3.2 超级电容充放电特性  23-28
3 车载超级电容储能系统原理与结构  28-38
  3.1 超级电容特性与城轨交通列车运行特性的关系  28-32
    3.1.1 城轨列车交流电机牵引制动特性  28-29
    3.1.2 列车制动能量分析  29-31
    3.1.3 超级电容功率与列车功率的关系  31-32
  3.2 车载超级电容的配置方式  32-33
  3.3 车载超级电容储能系统的结构  33-38
    3.3.1 向DC/DC变换器  34-35
    3.3.2 向DC/DC变换器的工作原理  35-36
    3.3.3 1.25F超级电容器组  36-38
4 降低列车运行能耗的车载超级电容储能系统控制策略  38-52
  4.1 储能系统数学建模及性能分析  38-46
    4.1.1 数学模型  38-42
    4.1.2 系统性能分析  42-45
    4.1.3 电流闭环校正分析  45-46
  4.2 基于线网电流补偿间接能量控制策略  46-52
    4.2.1 逻辑判断条件  47-48
    4.2.2 限制器  48-49
    4.2.3 控制算法  49-52
5 车载超级电容储能系统列车运行能量流动仿真  52-66
  5.1 仿真平台  52-58
    5.1.1 牵引变电所  52-53
    5.1.2 接触网  53-54
    5.1.3 列车  54-57
    5.1.4 超级电容储能系统  57-58
  5.2 仿真条件  58-62
    5.2.1 线路条件和列车参数  58-60
    5.2.2 车载超级电容器组参数  60-61
    5.2.3 功率关系  61-62
  5.3 仿真结果及分析  62-66
6 基于线网电流补偿控制策略的储能系统充放电实验  66-80
  6.1 实验平台概要  66-73
    6.1.1 硬件平台  66-68
    6.1.2 控制平台  68
    6.1.3 软件流程  68-71
    6.1.4 实验平台功能  71-73
  6.2 基于线网电流补偿控制策略的实验平台仿真  73-76
  6.3 基于线网电流补偿控制策略储能系统实验  76-80
    6.3.1 实验室电机牵引特性曲线设计  76
    6.3.2 实验结果及分析  76-80
7 结论与展望  80-82
参考文献  82-84
作者简历  84-88
学位论文数据集  88

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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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