基于车载超级电容储能系统在城市轨道交通的应用研究

介绍了超级电容储能系统的结构和双向DC-DC变换器的功能特性,制定了双向DC-DC变换器的电压外环、电流内环的双PI控制策略。列车启动阶段,牵引网电压下降,超级电容输出能量;列车制动阶段,牵引网电压升高,超级电容吸收能量。搭建了1 500 V直流电气化铁路仿真平台并进行了仿真,仿真结果验证了超级电容储能系统吸收再生制动能量,减少地铁电能的损耗,有效地控制了牵引网电压的下降和升高。     

城市轨道交通超级电容储能系统的EMR建模与仿真

超级电容储能系统应用于城市轨道交通可有效地存储和再利用再生制动能量,稳定网压。给出了非隔离DC/DC变换器大功率超级电容储能装置模型,对储能装置的主要参数:超级电容器组、储能电感和滤波电容进行设计。在此基础上引入了能量宏观表达法(EMR)对列车牵引传动系统建模,并借助"反转原则"得到系统控制方法,在Matlab/Simulink平台上建立了车载超级电容储能系统的仿真平台,仿真结果验证了储能系统主要参数设计的合理性和控制策略的可行性。     

地铁车辆再生制动混合型储能回收装置研究*

针对地铁运行站间距短,车辆频繁启动、制动运行,导致再生制动时产生大量的能量,可通过超级电容加电阻混合型储能装置吸收贮存,提出基于混合型储能装置的再生制动能量回收控制策略,即地铁制动时超级电容充电回收再生制动能量,地铁启动时超级电容放电回馈储存的能量.分析了超级电容储能的充放电控制策略,并通过MATLAB/Simulink仿真验证了混合储能装置能有效抑制地铁牵引供电系统中的电压波动.     

城轨交通地面储能系统能量管理策略

城轨交通地面储能系统兼顾备用电源和吸收列车再生制动能量的功能。首先介绍地面储能系统传统双环能量管理策略,基于此分别讨论了数种电池、超级电容优化控制策略,并提出了基于列车运行状态的城轨交通地面混合储能装置子系统间能量交互管理策略。该控制策略根据列车运行状态控制电池和超级电容进行能量交互,在保障储能系统寿命的前提下使混合储能系统尽可能多地吸收列车再生制动能量。     

地铁储能型再生能量回收装置控制策略研究∗

针对地铁牵引网电压波动剧烈及机车再生制动能量利用率不高的问题,在地铁牵引供电系统中装设超级电容储能元件,提出一种地铁储能型再生能量回收装置.该装置不仅可实现机车再生制动能量的回收利用,还可通过装置与供电系统间协调控制,达到双向稳压、削峰填谷的目的.首先分析系统主电路结构及工作原理;然后构建系统上层能量管理,下层变换器控制的协调控制策略;最后搭建系统仿真模型,模拟分析多种运行工况,验证该装置及控制策略的正确性和有效性.     

基于列车运行状态的城轨超级电容储能装置控制策略

研究应用于城轨交通的地面式超级电容储能装置的控制策略。首先建立结合列车、储能装置和制动电阻的牵引供电系统的数学模型,分析了列车再生制动时超级电容和制动电阻能量分配的影响因素,并由此提出了考虑列车运行状态的储能装置控制策略。该控制策略通过列车实时功率、位置数据,动态调整储能装置的充电电压指令,从而调整超级电容的充电功率,使储能装置工作在最优状态。为了验证所提出的控制策略的有效性,利用北京地铁八通线梨园站的兆瓦级超级电容储能装置开展了实际列车运营实验。现场实验表明,该控制策略可有效地提高超级电容的利用率,增大储能装置的节能量,降低地铁系统的运行能耗。     

不同位置再生制动能量吸收装置下直流牵引网潮流计算对比分析

城市轨道交通列车运行时广泛采用再生制动方式,再生制动能量回馈至接触网后被附近运行列车吸收,剩余再生制动能量通过再生制动能量吸收装置吸收以限制接触网压过高。目前,再生制动能量吸收装置安装位置主要有列车安装和变电所安装,不同安装位置下,列车再生制动能量引起对直流牵引供电系统的影响不同。分别建立两种再生制动类型下直流牵引供电系统潮流计算模型,仿真分析了多列车多变电所并列运行下,不同位置再生制动能量吸收装置对牵引供电系统电压、电流及再生制动功率分配的影响。     

车载超级电容储能系统间接电流控制策略

主要探讨了单列车车载超级电容能量管理系统的控制方法。首先对车载超级电容储能系统进行介绍;然后建立超级电容储能系统的数学模型,给出了超级电容储能系统充放电电流控制环的设计方法,提出了一种车载超级电容储能系统间接电流能量管理控制策略;最后通过仿真和实验结果证明该控制策略可以有效地抑制受电弓处电压波动,防止再生失效。     

列车再生制动能量管理及控制系统研究

为回收利用交流电气化铁路列车产生的再生制动能量,研究了再生制动能量管理及控制系统.提出一种基于牵引负荷状态的能量综合管理策略,以牵引变压器两供电臂负荷功率为信息载体表示系统的不同工作模式,多种工作模式可相互切换.在混合储能装置内部功率分配中,通过引入锂电池荷电状态SOC(state of charge)及超级电容中间调...     

城轨列车车载超级电容储能控制策略研究

本文主要探讨了单列车车载超级电容能量管理系统的控制方法,提出一种新的车载超级电容储能系统控制策略。首先,对车载超级电容储能系统及列车运行特性进行介绍,其次,给出了超级电容储能系统充放电电流控制环的设计方法,提出了一种车载超级电容储能系统交流侧串接超级电容间接矢量能量管理控制策略,最后通过仿真和实验进行验证。从仿真及实验结果可看出这一控制策略可以有效抑制受电弓处电压波动,防止再生失效。     

一种基于直流微网技术的新型地铁能量回馈系统

针对地铁传统能馈系统中刹车回馈能量损失较大的问题,提出了一种新型地铁能量回馈系统及其控制与能量管理策略.首先,所提出的新型能馈系统相比传统方案,通过引入超级电容与UPS电池构建混合储能,实现了列车刹车回馈能量的全部吸收,减小了牵引网侧直流母线电压波动和牵引变电站的功率峰值要求,同时充分整合站内浮充UPS资源,降低储能设...     

三电平变换器在地铁超级电容储能中的应用

地铁超级电容储能系统具有双向稳压、功率密度高、充放电速度快和对交流电网无谐波污染等优点,是地铁再生电能吸收再利用的理想方案。DC/DC变换器作为地铁牵引网和超级电容之间的能量通道,是储能系统的核心。采用三电平DC/DC变换器,相对于两电平而言具有输入电压等级高、电流纹波小、效率高、体积小等优点。首先分析了三电平DC/DC变换器的工作原理,然后给出了超级电容及DC/DC变换器的设计方法,并详细设计了双闭环控制、前馈控制和均压策略,最后设计了1台最大功率为900 kW的超级电容储能系统,并搭建了PSCAD仿真模型,仿真结果验证了所设计的超级电容储能系统主电路和控制策略的合理性和可行性。     

超级电容在城市轨道交通中改善电网电压的研究

研究了车载超级电容储能装置在改善电网电压方面的应用.在城市轨道交通中,列车加速时,由于线路阻抗的存在导致直流电网电压下降;制动时,再生能量反馈回直流电网,使电压抬升,为了避免再生失效,通常由电阻消耗再生能量.提出应用直流储能装置解决以上问题,提出超级电容储能装置的组成及设计方法,制定了相应的控制策略,最后以广州地铁4号线参数为例对实际车辆进行了仿真,验证了超级电容储能装置在改善电网电压方面的重要作用.     

基于模糊规则的地面式储能系统自适应PID控制

城市轨道交通地面式储能系统采用电压环串电流环的结构,根据直流网电压来控制其充放电。此处对地面式超级电容储能系统DC/DC变换器电压外环控制动态响应速度和稳定性进行了优化研究,利用传递函数分析了牵引网电压、超级电容电压和电感电流变化对电压环电流环性能的影响,结果表明超级电容电压、牵引网电压共同影响充电电压环动态响应速度;其次考虑电压环引入滞环判断,分析由于滞环带来的非线性特性对充电电压环稳定性的影响,结果表明滞环在一定条件下会对充电电压环的稳定性造成影响;在所分析的问题基础上,提出了充电电压环模糊自适应比例积分微分(PID)控制策略,改善了充电电压环动态响应速度和稳定性。     

城轨交通牵引供电系统参数与储能系统容量配置综合优化

在城轨交通中安装地面式超级电容储能系统将有效回收列车再生制动能量,降低系统运行能耗。各个变电所、牵引/制动列车与储能系统通过牵引网进行实时能量交互,组成一个复杂的多能源耦合系统,因此,为了提高牵引供电系统的整体能量效率,减少投资成本,该文提出供电系统参数与储能系统容量配置综合优化方法。首先建立不同列车运行场景的等效电路模型,分析变电所空载电压和制动电阻启动电压对变电所、牵引/制动列车与储能系统之间能量传递效率与有效传输距离的影响;其次,建立以系统能耗和配置成本为目标的多目标优化问题,将NSGA-II优化算法与城轨牵引供电潮流计算相结合,对供电系统参数与储能系统容量配置进行综合优化;最后,基于北京地铁八通线算例,求解综合优化的帕累托最优解集。结果表明,相比于单一储能系统优化,综合优化在投资成本相近的情况下有效提高了储能系统的节能率。     

基于超级电容储能的新型铁路功率调节器协调控制策略设计

为综合解决牵引供电系统电能质量问题,并提高电力机车再生制动能量利用率,在铁路功率调节器中增加超级电容储能系统,提出一种基于超级电容储能的新型铁路功率调节器。为进一步提高该拓扑结构的再生制动能量利用率和削峰填谷的控制精度,并有效控制超级电容的充放电,从而减少系统损耗,深入研究超级电容与铁路功率调节器之间的功率转移特征,通过构建两种控制方式的等效电路,对比分析两种控制方式精度问题和超级电容放电失控问题,进而提出基于超级电容储能的新型铁路功率调节器协调控制策略。仿真结果证明了所提协调控制策略的正确性及有效性。     

基于储能的双向DC/DC变换器电源系统控制策略

以燃料电池、超级电容器和DC/DC变换器为核心构建了多端口电源系统,分析了各组成单元的结构功能和能量管理方案。针对基于超级电容器储能的并联双向DC/DC变换器,建立了数学模型,提出了融合分段比例积分(PI)调节和滑模控制的智能控制策略,基于电压、电流的双闭环控制策略,实现了并联双向DC/DC变换器的均流控制、能量快速传递控制和超级电容储能单元电压的稳定控制。根据系统需要,设计了变换器的电路元件参数,实验分析验证了基于储能的并联双向DC/DC变换器系统的智能控制策略的有效性。     

基于储能的多端口电源系统能量管理与控制策略

基于储能的多端口电源系统主要包括燃料电池、超级电容器储能和两组DC/DC变换器单元,根据系统需求设计了各组成部分的结构功能,分析了系统能量管理方案和储能单元的配置策略。燃料电池单元配备单向DC/DC变换器,采用电压电流双闭环控制为负载和超级电容储能单元提供能量;负载动态变化时,通过储能单元及其双向DC/DC变换器,采用滑模控制和分段PI控制相结合的策略,实现能量的快速传递控制,提高系统的输出稳定性。建立系统仿真模型进行分析,验证了多端口电源系统控制策略的有效性。     

一种基于超级电容的变频器电压暂降治理装置

研究了一种基于超级电容的变频器电压暂降治理装置,基于超级电容储能和双向DC/DC变换器直接作用于变频器的直流母线,保障了变频器在电压暂降期间能够正常运行,双向DC/DC变换器实现了储能充放电复用,提高了装置效率与功率密度。同时,提出了一种能量状态机控制方法,基于直流母线电压、连锁保护、储能电荷量的状态变化,仅通过直流电压检测和阈值设置即可完成能量分配控制和可靠运行,保证了装置响应的快速性。研制了一台100 kW电压暂降治理装置样机并搭建试验平台完成试验验证,试验结果表明,装置具备良好的稳态与动态特性,电压暂降治理效果显著,保障了变频器的连续运行。     

超级电容再生能量吸收装置探讨

正随着科技进步及全社会环保节能意识的增强,在牵引变电所设置再生能量吸收装置,提高地铁列车再生制动的有效利用,减少运行能耗,降低运营成本,减少大气污染。介绍了超级电容再生能量吸收装置工作原理、特点及现场实例分析,超级电容再生能量吸收装置是未来城市轨道交通的发展方向,具有良好经济效益和社会效益。