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%。     

新型城轨电车混合动力系统能量管理策略

采用燃料电池、蓄电池和超级电容混合动力的无接触网城轨列车供电方式,已经逐渐发展成为有轨电车动力系统的一种理想方案。针对车载混合动力系统能量管理问题,在状态机控制策略的基础上引入功率解耦控制,由燃料电池满足低频负载功率,由辅助供电单元满足高频负载功率,通过状态机再次进行能量分配与管理。通过仿真实验,与未加功率解耦控制的状态机控制进行对比分析。仿真实验表明:控制策略可有效降低燃料电池的运行压力,并且能够充分利用辅助供电单元,减小锂电池在低荷电状态时高负载需求功率情况下的运行压力,提高了动力系统对于多变性负载和高功率负载供电的可靠性。     

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。     

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。     

一种城轨列车的混合动力能量优化控制

近年来,基于质子交换膜燃料电池的混合动力机车越来越受到机车业界的重视。在能量系统中燃料电池充当主要动力源,锂电池和超级电容充当能量支持和存储系统。将系统瞬时氢耗分为燃料电池瞬时氢耗、蓄电池和超级电容等效瞬时氢耗两个部分,建立数学模型,并提出系统瞬时氢耗最小时的能量管理策略,控制着重于计算最佳的燃料电池功率,最大限度地减少混合动力车的氢气消耗。通过仿真测试该能量管理策略对系统能量的优化程度,并与基于经典的比例积分控制策略进行比较。仿真结果表明,在整个驾驶循环期间,节省约5%的氢气消耗。     

基于复杂线路的混合动力系统动力性能分析

新能源有轨电车在现代城市中应用日益广泛。为保护城市景观,避免视觉污染,国内多个城市开始规划包含无电网区域的有轨电车线路。针对北京西郊线左线的复杂线路,开发了基于复杂线路的混合动力系统仿真软件,充分考虑了车辆参数、电源参数、线路参数等影响因素,分析了100%低地板轻轨车辆的混合动力系统的动力性能,包括起动加速度、运行速度、行驶里程、电池和超级电容的能量消耗等。通过对该混合动力系统的动力性能进行仿真分析,得出该混合动力系统符合西郊线动力性能的要求。     

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。     

一种考虑能量管理的混合动力列车节能运行综合优化方法

研究一种采用接触网与车载电池的双源混合动力动车组列车,提出了一种运行控制策略与能量管理的综合优化方法。以全局等效能耗最小为目标,首先描述了混合动力列车功率流模型,列车运动学模型和车载电池模型,构建了速度曲线和能量管理综合优化模型。针对列车运行过程具有空间分段、状态量连续、约束有差异的特点,将综合优化模型转化为多阶段混合动力列车运行策略与能量管理综合优化模型,引入自适应伪谱法进行求解。最后通过一段混合供电制式线路进行仿真验证,结果表明,此算法能够根据列车运行需求和约束限制计算出列车优化速度曲线、车载电池充放电时机与电流大小,实现2种供电制式的混合运行,提高整车的电能利用效率,从而达到节能的目的。     

有轨电车不同制式储能系统对比分析

为提升储能式有轨电车项目的运用管理水平,优化后续新建项目设计,降低项目全寿命周期成本,以广 州海珠试验段、广州黄埔 1 号线及三亚有轨电车项目的车辆储能系统为研究对象,结合各自线路供电系统的设计 特点,对 3 种不同系统所采用的关键技术原理、能量存储及消耗参数、运营维护重难点、使用寿命及成本等方面 进行对比分析。其中,在设备运用可靠性方面,超级电容和电池电容储能系统具有一定的优势;在可维护性方面, 3 种系统制式均存在维护难点;电池电容储能系统的衰减程度较大。综合来看,在提升单一制式储能系统的续航 能力和混合供电系统运用可靠性的基础上,适当简化供电系统,开展集约型的设计,将是今后储能式有轨电车工 程的发展方向。     

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。     

淮安市超级电容现代有轨电车技术研究

采用新型绿色能源超级电容的现代有轨电车对落实国家能源战略、促进能源清洁化发展意义重大。基于江苏省淮安市超级电容现代有轨电车工程设计研究,开创设计超级电容数字智能集成方案的关键技术,提出了数字化、绿色化、低碳化新技术的设计理念和超级电容在现代有轨电车安全运营中应用的设计方案,并在超级电容现代有轨电车应用技术的研究上取得了重要突破。     

现代有轨电车中乘客行为的仿真研究

有轨电车上乘客行为仿真是研究现代有轨电车模拟器视景及乘客信息系统仿真的重要组成部分。利用3ds MAX建模软件构建了三维虚拟列车模型、人物的三维模型及基本动作,以Unity3D为应用平台,以VC#2017为编译器实现对三维模型的驱动控制,从而实现对人物基本动作的仿真。对有轨电车上乘客的行为仿真,可给现代有轨电车模拟系统提供必要的场景支持,可以广泛应用于对列车驾驶员的培训当中。     

储能式有轨电车充电站布局优化研究

车载储能装置与接触网搭配的混合供电方式已成为有轨电车供电技术的发展趋势。结合有轨电车线路实际条件与列车特征参数合理设计地面充电方案至关重要。提出了一种基于遗传算法的储能式有轨电车充电站布局优化方法。建立了有轨电车运行模型,结合列车的区间运行过程对充电站布局进行分析。在此基础上,依据充电站布局的优化目标和优化约束条件,推导得到充电站布局的优化评价函数,并结合实际有轨电车线路数据进行充电站布局优化仿真计算。在保证列车正常运行的情况下,优化后的充电站数量仅为优化前的一半。仿真结果表明,采用该优化方法能够极大地降低工程建设成本。     

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。     

氢燃料电池有轨电车适应性研究

氢燃料电池是一种新兴的清洁能源,文章从建设、供电、车辆、运营、维护和全寿命周期成本等多个角度对其在有轨电车中应用的技术经济性进行了探讨,指出氢燃料电池最适合的场景是替代内燃轨道车辆而非有轨电车。     

基于TCMS的列车辅助变流器启动及复位方法研究

为了解决在中压电源并网启动控制过程中,因辅助变流器启动逻辑误判而出现的启动失效和正常设备被列车控制管理系统隔离的问题,设计一种先期前置清零和后期备份的故障排除方法,该控制策略可有效地避免不必要的中压减载,显著提高列车中压供电系统的可靠性及旅客乘车的舒适度,保证辅助变流器启动逻辑循环的流畅性。该方法经地面联调平台仿真验证和车辆现场试验验证,效果良好。