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文檔簡介
1、隨著我國鐵路電氣化改造的不斷推進,電力機車因其本身清潔污染小、能量利用率高、運輸效率高等特點,逐漸取代了內(nèi)燃機車,成為我國鐵路運輸?shù)闹黧w。近年來,隨著我國鐵路事業(yè)進一步快速發(fā)展,高速動車組正在成為中短途鐵路客運運輸?shù)闹黧w,未來鐵路運輸將朝著高速化、高效化繼續(xù)發(fā)展。在我國鐵路快速發(fā)展過程中,蓄電池作為化學(xué)儲能設(shè)備在列車供電系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。蓄電池具備儲能和供能的工作特性,列車停車電源切斷或者發(fā)生突發(fā)性故障時,蓄電池作為輔助供電
2、電源開始工作,保障列車重要用電設(shè)備的應(yīng)急用電,保證列車安全有效運行與乘客舒適度。作為整個輔助供電系統(tǒng)的能量主體—蓄電池,在合理有效的實驗平臺基礎(chǔ)上,對其工作特性的研究和通過系統(tǒng)辨識得到其準確模型是進行電池荷電狀態(tài)估計、電池能量管理、系統(tǒng)能量管理的基礎(chǔ)與核心。因此,搭建蓄電池充放電實驗平臺,模擬不同的工況條件,基于電池充放電靜態(tài)和動態(tài)工作特性建立蓄電池等效電路模型作為電池與整個列車供電系統(tǒng)能量管理的首要理論基礎(chǔ)。
本文首先從系統(tǒng)
3、建模辨識和能量管理出發(fā),分別搭建起了電池充放電工作實驗平臺,制定了恒流與脈沖兩種電池工作模式實驗方案,采集相應(yīng)實驗數(shù)據(jù),基于實驗數(shù)據(jù)研究分析了電池工作特性,基于蓄電池脈沖實驗研究發(fā)現(xiàn)電池極化效應(yīng),采用電池靜態(tài)工作實驗,進一步研究極化效應(yīng)對電池工作特性的影響,為后續(xù)模型的建立、荷電狀態(tài)估計、能量管理等研究的開展奠定了一定的實驗與理論基礎(chǔ);其次,針對蓄電池極化、滯后等非線性動態(tài)特性,將RC電路方程引入到蓄電池模型,建立得到電池一階動態(tài)模型,
4、在一階模型基礎(chǔ)上分別采用Laplace變換和前向歐拉轉(zhuǎn)換方法得到適用于最小二乘辨識算法的遞推辨識模型,針對辨識過程中前后采樣點相互影響和“數(shù)據(jù)飽和”現(xiàn)象,在遞推最小二乘算法基礎(chǔ)上加入遺忘因子,模擬蓄電池實際工況制定實驗方案,基于實驗數(shù)據(jù)辨識得到模型參數(shù),基于MATLAB/Simulink仿真實驗平臺搭建起電池模型驗證求解模型的準確性,此外基于超級電容器的二階等效電路空間狀態(tài)方程在MATLAB/Simulink仿真實驗平臺搭建其工作仿真模
5、型,仿真結(jié)果研究其工作特性,為后續(xù)的荷電狀態(tài)估計和能量管理奠定了一定的理論研究基礎(chǔ);再次,在對電池極化效應(yīng)微觀理論研究基礎(chǔ)之上,制定合理有效的實驗方案,消除極化效應(yīng)對電池荷電狀態(tài)的影響,建立電池荷電狀態(tài)與其真實開路電壓值之間關(guān)系模型,基于實驗數(shù)據(jù)辨識得到模型參數(shù),隨后,基于得到蓄電池模型推導(dǎo)得到適用于無跡開爾曼濾波算法的狀態(tài)空間方程形式,采用無跡開爾曼濾波算法估計得到蓄電池動態(tài)荷電狀態(tài)。最后,在蓄電池工作特性與極化效應(yīng)實驗與理論研究基礎(chǔ)
6、上,首先在傳統(tǒng)三段式充電模式基礎(chǔ)上提出脈沖三段式快速充電控制策略,其次在電池準確模型建立基礎(chǔ)之上,仿真得到電池狀態(tài)對電池組的均衡性影響,然后結(jié)合電池組均衡性仿真研究,提出更加合理有效電池工作截止條件電壓,最后基于電池與超級電容器儲能特性,提出蓄電池—超級電容器混合輔助供電系統(tǒng),結(jié)合列車供電系統(tǒng)實際工況條件提出合理有效的能量管理策略,同時模擬實際工況,仿真系統(tǒng)能量分配,定量分析了幾種工況下電池與超級電容器混合能量輸出,驗證了混合系統(tǒng)工作的
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