燃料电池混合动力列车建模与运行控制研究

为提高燃料电池混合动力列车的燃料经济性,实现混合动力系统功率的合理分配,对以燃料电池、超级电容和动力电池为动力源的混合动力轻轨列车进行研究。通过分析混合动力系统结构,建立各动力源模型和基于列车自动运行(ATO)模式的系统仿真模型。在保证列车动力性能和燃料电池平稳运行的前提下,以合理分配功率为目标,提出一种基于10个工作模式的能量管理策略,以供能量管理系统根据需求进行选择。仿真结果表明:燃料电池在其高效运行区域内平稳工作,建立的系统模型满足列车运行仿真的需求;相比燃料电池两档式工作策略,所提出的能量管理策略耗氢量减少约17.4%;相比动力电池优先回收制动能量策略,回收的再生制动能量增加约8%。     

氢燃料电池有轨电车结构设计及控制方法研究

设计了由燃料电池、动力电池、超级电容3个动力单元组成的氢燃料电池有轨电车混合动力系统结构,并研究了车辆驱动模式和制动模式下的控制方法。驱动模式下,基于母线电压控制方式,按照燃料电池、动力电池、超级电容的先后次序,依次切入动力单元,响应车辆驱动功率要求;制动模式下,按照超级电容、动力电池先后顺序,吸收回馈电能。解决了燃料电池与复合储能系统双模式运行条件下的动力匹配问题,使车辆达到设计的目标最高车速,并改善了经济性。通过实车测试,分析了运行工况、氢气消耗和燃料电池功率变化情况,验证了混合动力系统结构和控制方法的可行性。     

计及驾驶风格的氢燃料电池有轨电车自适应能量管理策略

半独立路权运行模式下,氢燃料电池混合动力有轨电车驾驶员的驾驶风格影响锂电池荷电状态,从而对整车运行经济性有较大影响。提出一种结合驾驶员驾驶风格的自适应能量管理策略,以提高能量管理策略对工况和驾驶风格的适应性。首先,考虑不同的道路工况对驾驶员驾驶风格的影响,通过K-均值聚类算法对行驶工况进行识别,将行驶工况分为低速、中速、高速3类;引入冲击度和加速度标准差构建基于模糊逻辑的算法,对驾驶风格进行识别,将驾驶风格分为迟钝型、标准型、激进型3类。其次,建立系统瞬时氢耗量最优的目标函数,在满足约束条件的前提下,引入锂电池荷电状态等效因子修正系数,针对不同驾驶风格调整传统等效氢耗最小策略中相应的等效因子,以实现等效因子随驾驶风格的改变实时变化。最后,将该策略与传统等效氢耗最小策略、庞特里亚金极小值策略进行仿真对比分析,结果表明：该策略能实现3个动力源功率分配最优;锂电池和超级电容荷电状态波动曲线相较于其他2种策略最为平滑;在续驶里程结束时混合动力系统氢耗量为1.39 kg,具有最为优越的燃油经济性;母线电压最大偏移率最小;能使3个动力源平稳出力,具有较强的系统稳定性。研究结果为进一步提高有轨电车实...     

混合动力有轨电车列车控制和管理系统软件测试平台设计

针对燃料电池和超级电容混合动力有轨电车的列车控制和管理系统(TCMS)软件测试需求,运用Control Build仿真软件搭建了适用于燃料电池和超级电容混合动力列车的TCMS软件测试平台。该平台在具有列车电路和常用子系统仿真功能上,采用拟合方法搭建了燃料电池模型、超级电容模型、动力电池模型和列车能量流动模型,为TCMS软件进行混合动力能量管理和整车能量管理提供测试环境,提高了燃料电池超级电容有轨电车TCMS软件测试的范围和效率。     

燃料电池混合动力100%低地板有轨电车设计

设计了一种基于"燃料电池+超级电容+动力电池"的新型混合动力100%低地板有轨电车。针对燃料电池混合动力系统的特点,进行了新型有轨电车混合动力系统能量管理策略,牵引系统的参数匹配设计,以及余热利用方案设计。在此基础上,确定了有轨电车的主要技术规格和设计参数,并对燃料电池混合动力系统、牵引、制动、列车网络等系统主要特点进行了介绍。车辆经过型式试验验证,各项性能指标完全满足设计要求,此新型有轨电车已成功投入运营。     

基于司机驾驶风格的混合动力有轨电车能量管理策略

以锂离子电池、超级电容为混合动力的有轨电车，其能量管理策略难以适应不同类型司机的驾驶风格。为进一步提高有轨电车的系统能量效率，提出了基于司机驾驶风格的混合动力有轨电车能量管理策略，并构建了混合动力有轨电车功率损耗模型。将司机的驾驶风格分为激进型、标准型和迟钝型三类，利用模糊逻辑算法对三类司机驾驶风格进行识别，引入基于司机驾驶风格的牵引/制动补偿因子，以对有轨电车的牵引/制动功率进行补偿，得到最优的功率分配。最后对基于司机驾驶风格的能量管理策略进行仿真分析，评估其节能效果。仿真结果表明：相较于常规的逻辑门限控制能量管理策略，基于司机驾驶风格的能量管理策略可使系统能量损耗降低4.81%。     

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。     

氢燃料电池增程式混合动力机车动力系统设计

随着新能源在轨道交通领域应用的不断发展，新能源混合动力机车在节能减排等方面的优势愈加明显，而以氢燃料电池和锂电池为动力的混合动力机车也具有越来越广阔的前景。通过对调车机车作业工况的分析，提出了适用于调车机车工况的氢燃料电池“增程式”混合动力机车动力系统，并分析了该系统的特点和优势。结合中车大同电力机车有限公司研制的700 kW氢燃料电池混合动力机车，对动力系统的结构参数、组成部分和控制方式等进行了介绍，重点对动力系统的匹配性设计和能量管理进行了分析研究。通过对动力系统的研究，结合机车实际运行的数据，证实了该“增程式”混合动力机车动力系统的可行性，并提出了后续研究的方向。     

基于DP优化的有轨电车用燃料电池混合电源系统协调控制

为了降低有轨电车用燃料电池/锂电池混合电源系统的氢气消耗、改善燃料电池功率变化速率以及避免锂电池荷电状态(state of charge,SOC)出现积累式缺电或供电过剩,文章提出了一种基于动态规划(Dynamic Programming,DP)优化的有轨电车用燃料电池混合电源系统协调控制策略.基于燃料电池混合电源系统模型,建立燃料电池混合电源系统氢气消耗量与燃料电池功率变化率的目标函数,引入荷电状态惩罚函数以约束SOC始末值相等,通过DP全局优化寻找燃料电池与锂电池功率最佳分配序列,实现燃料电池混合电源系统协调控制.基于燃料电池混合电源仿真系统进行试验验证,结果表明:相较于有限状态机控制方法,燃料经济性提高了44.8％,燃料电池输出功率在20～60 kW的概率为64.16％,并且变化率明显改善,锂电池SOC始末值基本保持一致,验证了本文所提策略的有效性和优越性.     

氢燃料电池动车组氢动力系统能量控制单元关键技术

以某型氢燃料电池动车组的氢燃料动力系统能量控制策略为例，系统地论述了氢燃料电池动力系统的能量管理策略和故障诊断策略，并通过系统联调对启停机、加减载及能量管理等控制功能进行验证。验证结果表明，所提控制方案可实现对氢燃料电池动力系统稳定可靠的控制，且实时性和跟随度较好，能够满足整车应用要求。     

混合动力机车动力系统建模及能量管理研究

针对混合动力内燃机车,基于车辆动力性分析软件ADVISOR,建立包括6个牵引电机联合驱动模型和轴重转移模型的串联式混合动力调车机车模型。以此为基础,建立恒温器控制与功率跟随控制相结合的混合动力内燃机车控制策略。在机车手柄位操纵的基础上,该控制策略可根据列车所需求的功率调节内燃发动机及驱动电机的输出功率,并引入电池荷电量(SOC)补偿方法,通过控制电池充放电,保证电池SOC维持在一定范围内,使发动机工作在最优区域,从而减小了燃油消耗。     

燃料电池/电池混合试验车辆的能量效率评定

对安装了燃料电池/电池混合系统的试验车辆进行运行试验,并对这种混合系统的能量效率和燃料耗量进行了评定。     

基于嵌入式系统的内燃机车油耗仪的设计

介绍内燃机车燃油消耗管理的重要性,分析基于嵌入式系统的内燃机车油耗仪的工作原理,构建此油耗仪的嵌入式硬件,设计此油耗仪器的燃油流量和温度等采集模块.应用嵌入式移动数据库对采集数据进行管理以方便分析.在嵌入式平台验证了此油耗仪的可靠性和可行性.     

NJ2机车电子燃油喷射系统

简要介绍了NJ2机车电子燃油喷射系统的工作原理、组成和功用,列举了该型机车在青藏高原实测的燃油消耗率和排放指标,对NJ2机车和DF4B机车的实际燃油单耗进行了对比,表明NJ2机车燃烧过程得到优化,燃油消耗率较低。     

有轨电车氢燃料电池系统通风散热方法研究

为解决有轨电车氢燃料电池系统的散热问题,文章提出一种新型车载氢燃料电池系统通风散热方法,分析了该方法的散热原理和控制策略,并对通风散热结构进行了详细介绍.该车载氢燃料电池系统通风散热方法提高了系统散热效率,降低了散热风机能耗.     

一种混合动力内燃机车控制方法

介绍了一种基于柴油机和动力蓄电池组的混合动力内燃机车控制方法以及混合动力内燃机车电传动系统构成,然后就机车工况控制、蓄电池控制、功率匹配、制动能量回收等方面进行说明,并提出相应控制方法和控制策略.     

机务运用成本管理信息系统的设计与应用

详细阐述了机务运用成本管理信息系统的总体设计和功能模块,并且介绍了系统实现的主要技术及原理,总结系统的主要特点和应用情况.     

CKD6E混合动力机车电传动及控制系统

对我国研制的首台节能环保型混合动力机车——CKD6E机车进行了介绍,对机车电传动电路、控制系统、工作方式进行了设计说明,提出了机车开发调试过程中的关键问题及解决措施,总结了混合动力机车区别于传统机车的特点,并提出了改进建议.     

DF型机车燃油监测系统

车载燃油监测系统是一套对运用机车和非运用机车的燃油消耗进行精确监测的系统，现对车载燃油监测系统的功能、构造、技术要求及工作原理进行介绍。     

我国铁路能源利用效率和节能减排分析研究

铁路是我国综合运输体系的骨干,对社会经济的发展具有基础支撑作用。通过铁路、公路、民航和水运等交通运输方式能耗的比较,铁路单位换算周转量能耗较低（仅比水运高）;通过分析全路机车牵引综合能耗情况、以及往年内燃机车、电力机车能耗情况,说明了铁路牵引动力结构的变化使铁路能源利用效率得到了提高,发展铁路运输对于改善交通运输业的能源结构及能源使用效率将起到积极的推动作用;铁路借助其在能效方面的比较优势,通过替代其他运输方式以及自身能效的提高从而达到节能减排的目的,对实现我国低碳经济做出了重大的贡献。