城市軌道車載超級電容儲能系統(tǒng)研究.pdf

1、城市軌道交通列車再生制動時產(chǎn)生大量的再生能量，為了有效的利用再生制動能量，近年來儲能裝置在軌道交通中的應(yīng)用逐漸成為了熱點，其中超級電容作為性能優(yōu)良的儲能元件得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。本文主要對城市軌道交通車載超級電容儲能系統(tǒng)進行了研究，為儲能裝置的研制提供了技術(shù)支持。
　　 文章首先介紹了超級電容器件工作原理及性能特點，之后對超級電容儲能系統(tǒng)進行了結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計。儲能結(jié)構(gòu)包括雙向DC/DC變換器的設(shè)計和超級電容器組的設(shè)計，為了降低

2、儲能裝置開關(guān)高頻率切換所產(chǎn)生的能量損耗，本文引入了電感電流過零的軟開關(guān)技術(shù)，并對其進行了具體分析。參數(shù)設(shè)計包括電容器組容量和排列方式設(shè)計及包括開關(guān)器件、儲能電感、穩(wěn)壓電容在內(nèi)的儲能系統(tǒng)主要參數(shù)設(shè)計，并以廣州地鐵四號線列車數(shù)據(jù)為例，確定了上述主要參數(shù)的具體取值，最后通過仿真驗證了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計的合理性和正確性。
　　 利用狀態(tài)空間平均法對儲能系統(tǒng)建立小信號動態(tài)模型并分析其工作性能，采用負(fù)反饋對目標(biāo)電壓進行監(jiān)測，在負(fù)反饋補償系統(tǒng)

3、中對占空比的小信號擾動進行控制，最終給出系統(tǒng)的控制方案，采用原型機參數(shù)對于系統(tǒng)各個控制環(huán)節(jié)進行了具體的參數(shù)設(shè)置，保證了系統(tǒng)響應(yīng)的快速性和穩(wěn)定性。
　　 在超級電容儲能系統(tǒng)的城市軌道交通系統(tǒng)模型中，引入“能量宏觀表達(dá)法”(EnergeticMacroscopicRepresentation，EMR)這種圖形化建模工具，依據(jù)各模塊間作用和反作用原理實現(xiàn)了系統(tǒng)建模。借助于“反轉(zhuǎn)原則”得到最大控制系統(tǒng)(MaximalControlStr

4、ucture，MCS)框架，通過調(diào)節(jié)鏈和控制鏈將系統(tǒng)各部分有機的結(jié)合在一起，為系統(tǒng)控制策略的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。其中EMR模型主要包括兩部分:超級電容儲能系統(tǒng)模塊和牽引傳動系統(tǒng)模塊，MCS模型主要包括儲能系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)和運動驅(qū)動控制結(jié)構(gòu)。
　　 在最大控制系統(tǒng)(MCS)框架下，對各控制結(jié)構(gòu)中的控制器和控制策略進行具體設(shè)計，將超級電容器組的充放電控制策略與交流電機的運行狀態(tài)相結(jié)合。同時在Matlab-Simulink軟件平臺上搭建超級電