城市轨道交通车辆制动车载储能系统研究

通过分析建立轨道交通车辆制动车载储能系统的必要性,提出使用超级电容型储能系统的合理性。建立了城市轨道交通车辆制动车载储能系统模型,介绍了制动车载储能系统的工作原理,分析了主要器件参数的选取依据,其中包括超级电容电压范围的选取、超级电容器容量、超级电容器数量和电感量的确定。通过仿真计算再生制动能量的大小,从基于功率—容量约束确定最优初始充电电压,完成了超级电容阵列优化配置,为后期储能系统的整体结构设计以及电感和电容的选取提供了理论依据。     

考虑电流约束的轨道车辆车载超级电容优化配置

超级电容能量存储装置只依据容量和功率约束进行配置设计,在不考虑超级电容最大电流的约束情况下,将严重影响超级电容存储装置的使用寿命,为此开展满足城市轨道交通车辆制动能量回收的车载超级电容理论及优化配置研究。在考虑功率和容量的同时,兼顾超级电容最优的最大电流约束,通过超级电容能量存储配置方法的理论分析得出电容装置配置的最优电容数、最优的放电深度dopt和最优的最大电流Isc,max。通过Matlab仿真,确定了以南京地铁1号线车辆为例的超级电容能量存储装置的电容装置最优配置,以及控制过程中所需的最优的最大电流Ic,max,为车载电容储能系统的设计提供了依据和示范。     

城市轨道交通车载超级电容的优化配置方法

从功率、容量及最优的放电深度等方面研究了满足车辆制动能量回收的城市轨道交通车载超级电容理论及优化配置。通过超级电容能量存储配置方法的理论分析,得出电容装置最小的电容总数及电容最优的放电深度的算法。在满足能量存储的条件下应使电容总数最小。算例分析表明,超级电容储能装置的电容设备不仅要考虑功率和容量的要求,还要考虑电容的配置和放电深度。     

基于遗传算法的城轨交通超级电容储能装置能量管理和容量配置优化研究

在城轨交通供电系统中应用超级电容储能装置可以有效回收列车制动能量,抑制直流网压波动。首先建立了包含列车和超级电容储能装置的城轨交通供电系统仿真平台,且综合考虑节能电量、投资成本和电价等因素,计算超级电容储能装置的经济效率,并将其作为储能装置能量管理和容量配置优化的目标函数。提出了一种结合城市轨道交通供电系统仿真模拟平台和遗传算法的优化方法,实现储能装置能量管理控制参数和容量配置方案的同时优化。最后以某条地铁线路为例,通过仿真对比验证论文提出优化方法的有效性,使应用于城轨交通供电系统的超级电容储能装置得到最大的经济效率。     

新型轨道交通再生制动能量吸收装置研究

城市轨道交通具有站间距离短、车辆运行密度高等特点,列车在频繁的起动与制动过程中会产生数量可观的制动能量。目前再生制动能量回收较多采用电阻吸收或逆变回馈加电阻的形式,能量回收率和利用率都较低。根据逆变回馈和电容储能的特点,组成逆变+储能的新型再生制动能量吸收装置:直流母线制动电能通过逆变器接入400 V车站低压配电系统,超级电容通过DC/DC双向变换器并联在直流母线上,较平稳的制动功率直接经逆变器给车站负荷供电,较大的尖峰功率由超级电容吸收,再供负荷或车辆起动加速用。根据列车的制动特性,以某地铁线路实际数据为例,计算了列车实际的制动功率和能量,给出了逆变器和储能的功率及容量配置方案。所提方案能够完全吸收利用再生制动能量,且所需储能容量较小。     

基于有轨电车运行特性的电源参数匹配研究

动力电源的参数匹配是储能式有轨电车电源系统研究的重要内容之一,能够为车辆电源系统设计提供理论参考。针对动力电池与超级电容混合型有轨电车,基于其运行特性,给出储能系统功率和能量需求的求解方法及电源系统所需满足的约束条件。在此基础上,基于逻辑门限的功率分配策略,对电源系统参数进行匹配,以电源系统初始成本和质量最小为优化目标来选取参数,逐步探索得出合适的参数范围。结果表明,根据该方法所选取的电源系统参数能够满足需求。     

基于超级电容的地铁列车再生制动能量利用分析

为吸收地铁列车再生制动能量,对比了多种能量回收技术。研究一种基于非隔离双向DC/DC变换器的超级电容储能装置,分析了其工作原理和结构特点。在列车制动时,储能装置吸收制动能量,列车加速时释放能量,减少了能源浪费。根据地铁运行工况,分析了储能装置容量配置及能量管理控制策略。通过仿真验证了方案的可行性。     

超级电容在城市轨道交通车辆中的应用进展

轨道交通车辆逐渐由从高速、重载向绿色、智能技术转型,而超级电容的高比能、高功率、长寿命的优点,使其在轨道交通车辆领域获得快速发展。从近些年超级电容在轨道交通车辆的应用出发,重点阐述了超级电容在有轨电车的牵引、制动,地铁的制动能量回收、应急牵引,混合动力动车组的牵引加速、制动等方面的技术特点及进展。     

超级电容储能系统在轨道车辆的应用

分析了超级电容储能系统的工作原理,以TMS320F28335作为主控芯片,采用双闭环策略控制超级电容的充电与放电。应用Maxwell的超级电容器组与双向DC/DC变流器构建了超级电容储能系统。列车制动时,超级电容充电,吸收再生电能;在车辆起动或无电区时,超级电容放电,为列车提供电能。实现节能减排功能,具有很好的经济和社会效益。     

城市轨道交通制动能量分步式协同吸收方法

城市轨道交通制动能量吸收利用是业内较为关注的一个重要问题,利用超级电容、飞轮等储能方式进行能量吸收是一种高效的方式,对外部环境影响较小。为了使各变电所的储能装置能够更好地回收制动能量,本文提出将牵引变电所等效为电压源和虚拟阻抗,通过配置虚拟阻抗实现列车制动工况下制动电流在各邻近牵引变电所制动能量吸收装置之间均衡分配的方案。在电压和电阻均不确定的情况下,多变量的在线求解很难通过传统方法实现,通过对电路拓扑的等效和化简并引入遗传算法,实现了电压和电阻的同时求解,并基于4种不同情况对其进行分析和验证。