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。     

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。     

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。     

考虑功率-容量约束的城市轨道交通车载超级电容阵列配置方法

基于容量约束配置方法配置的超级电容阵列吸收功率远小于城市轨道交通车辆电制动功率,造成制动能量的浪费.由于超级电容阵列的充电初始电压值对其合理配置影响很大,存在理论上的最优值,因此在分析车辆再生制动电气特性基础上,建立超级电容阵列功率和容量需求数学模型,提出满足制动能量回收电气参数的功率-容量约束配置方法,然后从最低工作电压的角度对该方法中的充电初始电压进行优化,并给出超级电容阵列的优化配置流程.算例分析和仿真验证表明:基于功率-容量约束配置方法配置的超级电容阵列能够满足城轨车辆制动能量回收的需求,节能效果优于容量约束配置方法,且具有较高的节能/质量比.     

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。     

超级电容在地铁制动能量回收中的应用研究

针对机车启动、制动对直流母线电压的影响,提出一种基于超级电容的储能装置,该装置通过双向DC-DC变换器为列车提供牵引或者吸收再生制动过程的暂态能量,分析了超级电容储能系统充放电控制策略,搭建了一个750V直流电气化铁路仿真平台,仿真结果验证了超级电容储能系统能够维持直流母线电压稳定,有效地防止城市轨道交通供电系统中电力负荷波动和避免再生制动能量的浪费。     

城轨列车车载超级电容寿命预测研究

城轨列车运行过程中,会对储能系统进行充放电,储能系统的超级电容组承受着周期性循环的结温波动,结温频繁变化会损伤超级电容,是列车储能系统中最易发生故障的器件之一。为了在线计算超级电容的结温状况,首先建立等效热网络模型;然后将热模型获得的结温曲线通过实时雨流计数法提取结温特征,结合所提寿命预测模型实现超级电容组的寿命预测。另外,以三维图的形式展示各平均温度和温度波动条件下超级电容组的循环寿命,为预测更多工况条件下超级电容组的寿命提供参考,以便进一步提高储能系统的可靠性和安全性。     

城市轨道交通超级电容技术

超级电容具备功率密度高(2～15 kW/kg),循环寿命长(10万～100万次),使用温度范围宽(-40～+70℃)和能量转换效率高(≥90％)等特点,在轨道交通领域可作为储能式有轨电车供电电源、再生制动能量地面储能系统和内燃机辅助启动装置.介绍超级电容储能基本原理,系统说明单体制备工艺以及模组组态方式,总结比较国内外主要厂家的技术特点,中国双电层超级电容已经实现全球单体最大容量12 000F批量生产,技术处于行业领先水平.针对影响超级电容储能装置使用寿命和安全的因素进行分析,并对轨道交通用超级电容系统未来研发方向进行展望.     

沈阳浑南现代有轨电车超级电容器储能装置的设计及验证

介绍了基于超级电容器技术的用于沈阳浑南现代有轨电车的储能装置,并根据车辆应用要求,对储能装置所需能量进行了计算。通过对计算结果的分析及主要部件参数的计算,设计了一套用于车载的超级电容储能装置;并对储能装置所用超级电容器在所需工况下的电压、电流等输出及输入参数进行了仿真验证,证明了计算结果正确、计算方法满足现代有轨电车储能装置的设计要求     

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。     

现代城市储能式有轨电车运行建模与仿真研究

研究基于"接触网+超级电容"为动力源的储能式有轨电车运行仿真系统。通过对超级电容储能式有轨电车进行建模、计算及运行分析,给出了仿真系统软件架构及各功能模块,并利用Qt软件开发该储能式有轨电车运行仿真系统,通过现场实验数据对仿真结果的有效性进行验证。     

超级电容有轨电车的牵引供电系统仿真计算软件开发与应用

以列车动力学模型为基础,通过对超级电容有轨电车供电关键技术、超级电容充放电特性以及车辆牵引特性的研究,设计开发了适用于超级电容有轨电车的牵引供电仿真计算软件。根据用户需求,可得到车辆在各类型运营条件下的牵引计算数据,包括各区间的走行距离、走行时间、平均速度、牵引能耗等信息。利用线路各区间能耗数据,在满足工程裕度的情况下,可对车载超级电容容量进行配置,也可通过已配置好的超级电容参数,计算出列车在工程线路上的续航能力。以江苏淮安超级电容有轨电车项目为例进行全线仿真计算,测试结果显示系统计算精度较高,具有较好的工程应用价值。     

基于列车制动的超级电容型储能系统的参数设计与控制

为了吸收城市轨道列车再生制动产生的能量和维持供电网络电压的稳定,提出了一种基于非隔离双向DC-DC变换器的大功率超级电容型储能装置。分析了该储能装置的工作状态,并通过计算北京地铁5号线单列车再生制动反馈到电网的参数确定了该储能装置的主要参数。根据储能装置的数学模型和设计参数进行了储能装置双闭环控制器的分析,最后通过仿真验证了控制器的有效性和合理性。     

城市轨道交通超级电容储能装置控制策略

以城市轨道交通地面式超级电容储能装置为背景,针对空载电压波动下的储能装置阈值选择问题进行探讨,首先分析城轨供电系统中空载电压波动对再生能量回收的影响:1)更改储能装置放电电压指令,可以改变储能装置和整流机组能量输出的功率比例;2)传统恒定阈值放电策略将放电指令与放电阈值固定,因此储能装置放电时不能做到对放电功率的控制;3)采用固定阈值放电策略时,空载电压值的变化会影响储能装置放电输出能量的大小。然后提出充放电阈值动态调整控制策略,实验结果表明,对于不同的空载电压,改进后的控制策略可以根据空载电压放电指令进行动态调整,使储能装置与整流机组的能量输出比例恒定,从而维持放电时放出的能量不随空载电压的波动而变化。     

一种有轨电车车载复合储能系统及其充放电策略

随着储能式有轨电车在越来越多城市应用,各方对车载储能的要求也越来越高,仅采用超级电容的车载储能系统难以满足发展需求。文章围绕提高车载储能系统性能问题,对基于超级电容和钛酸锂电池的车载复合储能系统进行研究,提出了一种配套的充放电策略,并结合黄埔有轨电车1号线的线路情况进行仿真分析验证。     

储能式无轨电车DC/DC非线性控制策略的研究

在超级电容储能式无轨电车的充电控制系统中,外部的扰动会使得控制系统的输出控制性能降低,从而导致系统的噪声放大。为了增强控制系统的鲁棒性和自适应能力,基于跟踪微分器提出了一种新型的非线性控制方法,提高了超级电容储能式无轨电车的充电控制性能,优化了系统的输出电流电压的控制曲线。针对控制参数变化和调节的问题,加入Ziegler-Nichols的频域响应法(简称ZN法)来整定控制参数。通过仿真及试验分析,验证了所提控制算法的有效性,对于系统的输出控制性能有明显的提升,解决了系统快速性和超调之间的矛盾,从而实现了超级电容储能式无轨电车高效快速地充电。     

城市轨道交通用超级电容器组等效电路模型研究

针对城市轨道交通的实际工况,从超级电容通用等效电路中简化出了可准确描述超级电容器组电压、电流、功率和储存能量等电气特性的带可变电容的一阶RC模型;利用试验测定的方式对超级电容器组进行了参数识别。对超级电容器组简化等效电路模型进行了频域分析,并结合城轨实际应用研究了超级电容器组的工作特性。仿真和试验结果验证了超级电容简化模型的精确性。     

有轨电车储能式系统配置方案及供电系统研究

超级电容能量密度低,以超级电容为储能元件的储能式有轨电车储能能量较少,有可能出现由于能量不足而故障停车。为解决该类问题,基于对有轨电车超级电容系统和供电系统的分析,提出车载储能系统配置改进方案。通过对改进方案的仿真分析及经济性分析,认为基于锂离子电池的储能系统方案在满足有轨电车原有牵引特性不变的前提下,具有更好的经济性。在有轨电车全寿命周期(30年)内,该方案供电系统的建设成本、储能系统一次性采购及更换成本,以及运营成本都大幅下降,全寿命周期成本降低了51.14%,具有良好的工程应用前景。     

城市轨道交通车辆储能技术研究

介绍了目前已在国内外城市轨道交通车辆上使用的电池组、飞轮和超级电容等储能技术。从性能和经济性方面对三种储能设备进行了比较,指出超级电容是最为理想的储能方式。通过比较超级电容的车载和地面模式,提出超级电容车载模式是最为经济的储能模式。