基于旁路直流回路的城轨交通再生制动能量调度研究

城轨交通已成为城市耗能大户,提升列车再生制动能量的利用率对降低牵引能耗具有重要的意义.该文在分析接触网阻抗影响列车间再生制动能量传输机理的基础上,提出一种基于旁路直流回路的城轨交通再生制动能量管理与利用新思路,建立了一种基于电力电子变换器的旁路直流回路拓扑及其控制策略,并采用情景分析法开展了可行性及有效性验证.案例研究结果表明,提出的旁路直流回路拓扑及控制策略是可行的,可实现再生制动能量利用率约10％的有效提升;与地面储能系统的集成,可减少储能装置充放电次数和充放电深度,延长储能装置的使用周期与寿命.研究成果可为城轨交通再生制动能量管理与利用提供参考.     

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。     

枢纽型牵引变电所再生制动能量利用系统能量管理及控制策略

针对电气化铁路枢纽型牵引变电所再生制动频繁、再生能量大且利用率低等问题,结合枢纽型牵引变电所的负荷特性,研究能量回馈与储能结合的再生制动能量利用系统能量管理及控制策略.首先,研究枢纽型牵引变电所再生制动能量利用系统的拓扑结构,分析其运行原理,并基于系统各部分间的能量供需关系,以最大化利用再生制动能量为目标,制定再生制动...     

城市轨道交通再生制动能量技术研究

轨道车辆再生制动能量的吸收装置是城市轨道交通系统的重要组成部分。分别对电阻耗能型、电容耗能型、飞轮储能型和逆变回馈型这几种类型的城市轨道交通车辆再生制动能量吸收装置的构成及其工作原理进行了分析,并比较了这几种类型装置的优缺点。     

模块化再生制动能量利用系统及其控制策略

城市轨道交通需要频繁的启动和制动,若对其制动时产生的能母进行合理利用.可以达到节约能源的作用.针对基于超级电容储能的1.5 kV城市轨道交通供电系统应用场合,研究了一种采用输入侧串联、超级电容侧独立组合结构的模块化再生制动能量利用系统方案;提出了适用于该方案的三环控制策略,可以实现能量的双向自由流动、超级电容电压和最大充放电电流限制、串联模块的输入电压均衡等功能;最后通过实验验证了该系统的可行性.     

电气化铁路再生制动能量利用系统保护方案研究

再生制动能量利用系统在实现电气化铁路再生能量回收利用、节能减碳中发挥着重要作用。然而，基于潮流控制技术的再生制动能量利用系统将改变牵引供电系统原始功率潮流，其故障保护对保障电气化铁路的运行安全至关重要。为此，该文针对电气化铁路再生制动利用系统的故障保护方案开展研究。首先，根据再生制动能量利用系统的运行原理分析系统接入对牵引供电系统既有保护的影响。然后，结合影响分析结果提出基于“故障导向安全”原则的再生制动能量利用系统保护方案。该方案对不同类型系统故障制定分级保护策略，在此基础上通过系统自保护与牵引供电系统既有保护的协同配合保障再生制动能量利用系统的运行安全。最后，选取牵引变电所和分区所2种典型应用案例对所提保护方案进行验证。结果表明，所提保护方案能够实现再生制动能量利用系统在不同应用案例中的有效保护，保障了再生制动能量的安全利用。     

城轨地面式混合储能系统自适应能量管理与容量优化配置研究

采用地面式混合储能系统能有效提升城轨牵引供电系统中再生制动能量的利用.该文针对传统固定阈值策略下,空载电压波动和发车间隔变化导致的储能系统回收再生制动能量效果差的现象,在双闭环控制的基础上,提出基于模糊逻辑的充放电阈值自适应调整策略.此外,考虑到电池和超级电容在功率密度、能量密度和价格方面的差异性,提出一种考虑节能率的综合经济效益最优的混合储能系统容量配置方法.构建包含电池/超级电容的全寿命周期成本和变电站耗电费用的容量配置目标函数,以北京八通线实际线路为例,利用并行遗传算法对该目标进行寻优求解,并分析节能率约束条件对容量配置结果的影响.此外,对所提出的充放电阈值自适应调整策略进行仿真研究,并在北京八通线梨园站1MW混合储能样机上完成了实验验证.     

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...     

城轨交通用飞轮储能阵列控制策略

在城市轨道交通供电系统中引入飞轮储能系统能够有效回收列车再生制动能量,稳定直流接触网电压,但是单飞轮储能系统容量较小,难以满足列车再生制动能量利用需求.飞轮储能阵列是解决这一问题的有效手段,然而目前对飞轮储能阵列控制策略的研究还较少.该文首先分析飞轮储能系统的数学模型和运行特性;然后考虑稳压节能及弱磁需求,给出基于多电压阈值的单飞轮储能系统控制策略;并在此基础上针对飞轮阵列均速控制和荷电状态(SOC)管理等核心问题,提出基于转差修正控制和基于"电压-转速-电流"三闭环控制的两种飞轮储能阵列控制策略;最后通过仿真和实验验证了飞轮储能阵列控制策略的可行性.     

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。     

基于混合系统理论的再生制动系统控制策略研究

再生制动是提高混合动力客车(hybridel ectricbus,HEB)经济性的重要手段。以后轮驱动的HEB为研究对象,提出了电机再生制动力和摩擦制动力以及整车前、后轮制动力协调控制的再生制动系统控制策略。基于混合系统理论描述了HEB再生制动系统,采用MATLAB/Simulink/Stateflow混合建模方法,建立了制动力协调控制的HEB再生制动系统控制策略仿真模型,并基于Advisor软件平台对实例HEB分别在中国典型城市循环工况和UDDS循环工况下进行仿真分析,结果表明,采用制动力协调控制策略制动能量回收率分别达到48.7%和50.9%,整车燃油经济性分别提高14.3%和12.8%。     

HEV再生制动控制策略的研究

制动能量回收是电动汽车的一个重要特性,也是电动汽车能实现经济性的重要方面.分析了制动能量回收过程中的限制因素,然后通过对整车系统结构以及再生制动控制策略的设计,削弱并解决了这些因素对制动能量回收的限制,以达到设计目的.最后进行道路试验,试验结果表明:在多模式驱动下该新型混合动力的再生制动系统可以回收总能量的25%,延长...     

有轨电车制动能量回收系统控制策略的研究

针对有轨电车现有的制动方式存在能量回收利用率低、制动效果差、系统抗干扰能力差、回收方式单一等问题,通过对制动方式、能量回收、能量存储、能量传输等方面进行了研究,针对现有制动方式的缺陷进行改进,设计了有轨电车制动能量回收系统.该系统采用超级电容作为能量存储器,利用超级电容充电时间短、放电电流大的特性,从根本上克服了传统制动电阻发热量大、能效低的问题.该系统回收能量通过DC/DC变换器向同一线路其他有轨电车提供能量,也可通过DC/AC逆变器向其他辅助系统提供能量,较传统制动方式在系统的稳定性、可靠性以及回收效率有极大地提高.MATLAB/Simulink仿真实验结果表明,此系统通过对制动能量的回收,有效提高了有轨电车的能量利用率和局部电网的负载容量及稳定性,并且该系统操作简单,寿命长,具有较好的应用和推广价值.     

A hierarchical coordinated control strategy based on multi-port energy router of urban rail transit

The multi-port energy router (ER) is an effective topology for integrating train traction load, AC load, the energy storage system and photovoltaic(PV) energy. The start and stop process of urban rail transit trains and the access of distributed energy sources to rail transit ER lead to serious fluctuations of DC bus power, so it is necessary to route energy between different ports, involving multi-operating modes, while seamless switching is a major challenge. In this paper, a hierarchical coordinated control strategy is proposed to enable the multi-port ER to operate in a coordinated fashion under the conditions of train parking, acceleration, constant power driving and deceleration, and to switch seamlessly under various working conditions. The energy central dispatching layer sends working condition instructions by sampling the state information of each port, while the microgrid control layer adopts centralized control, receiving upper working condition instructions and sending drive signals to the local control layers to maintain the balanced energy flow of each port. In the local control layers, the PV adopts the improved perturbation and observation method of power control (PC-P&O), while the ES system adopts voltage loop control with an SOC influence factor, voltage loop control with switching factor and power loop control according to the different working conditions, so as to transmit the required train load power accurately and maintain the stability of the DC bus voltage. Finally, the effectiveness of the proposed hierarchical coordination control is verified by MATLAB/Simulink simulations.     

Optimum design of a regenerative braking system for electric vehicles based on fuzzy control strategy

A regenerative braking system (RBS) can prolong the driving distance of electric vehicles by converting mechanical energy into electric energy. In this paper, an RBS based on fuzzy control strategy is proposed. By analyzing the characteristics of all factors, under the assurance of safety and stability during braking conditions, a fuzzy control model was established in the MATLAB/SIMULINK environment and verified by using simulation software Advisor2002. In order to recover more energy, the control model was optimized by the Taguchi method, and a new fuzzy control model was established and simulated. The simulation results show that by using the optimized fuzzy control system, more braking energy can be recovered and that the energy recovery efficiency can be increased. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

A hierarchical coordinated control strategy based on multi-port energy router of urban rail transit

The multi-port energy router (ER) is an effective topology for integrating train traction load, AC load, the energy storage system and photovoltaic(PV) energy. The start and stop process of urban rail transit trains and the access of distributed energy sources to rail transit ER lead to serious fluctuations of DC bus power, so it is necessary to route energy between different ports, involving multi-operating modes, while seamless switching is a major challenge. In this paper, a hierarchical coordinated control strategy is proposed to enable the multi-port ER to operate in a coordinated fashion under the conditions of train parking, acceleration, constant power driving and deceleration, and to switch seamlessly under various working conditions. The energy central dispatching layer sends working condition instructions by sampling the state information of each port, while the microgrid control layer adopts centralized control, receiving upper working condition instructions and sending drive signals to the local control layers to maintain the balanced energy flow of each port. In the local control layers, the PV adopts the improved perturbation and observation method of power control (PC-P&O), while the ES system adopts voltage loop control with an SOC influence factor, voltage loop control with switching factor and power loop control according to the different working conditions, so as to transmit the required train load power accurately and maintain the stability of the DC bus voltage. Finally, the effectiveness of the proposed hierarchical coordination control is verified by MATLAB/Simulink simulations.     

分布式电驱动车辆回馈制动控制策略研究

回馈制动能有效提高分布式电驱动车辆的能量效率。论文分析了分布式电驱动车辆回馈制动系统的结构、电机的性能及制动法规的约束条件,提出了基于非线性规划方法的最大能量回馈制动控制策略,并结合回馈制动系统的特性分析了制动力分配的特点。通过仿真分析了典型制动过程及典型工况循环的制动能量回收效果,结果表明,与理想制动力分配策略相比,本文提出的回馈制动控制策略能获得更高的能量回收效率。     

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。     

轨道交通用超级电容器研发概述

从超级电容器自身的特点,分析了达到能量高效循环利用的轨道交通用超级电容器的选择依据。针对当前轨道交通用超级电容器储能装置存在的不足,从储能材料出发,研发高能量密度、高功率密度及长寿命的超级电容器。     

城市轨道交通不间断供电系统蓄电池容量改进整定算法

轨道交通不间断供电系统中的蓄电池直接影响所带负荷的安全可靠运行,但其容量配置往往过大,存在投资浪费问题。造成该问题的主要原因是容量设计时负荷预估偏大以及采用了恒功率放电模型,也缺乏对负荷类型和后备供电时间关系的研究,因此文中提出一种新的蓄电池容量削减办法。为了更精确地得到不间断供电系统的最大运行负荷,文中首先对负荷进行聚类,再对不同类型的负荷采用不同的预测方法。其中,波动负荷采取双参数Weibull模拟负荷曲线预测最大负荷;时序关联性不强的平稳负荷则直接采用负荷系数法。然后,考虑到不同类负荷对后备时间要求的差异,基于得到的不间断供电系统最大运行预测负荷,采用阶梯负荷法进一步削减蓄电池容量。最后,基于苏州轨道交通3号线通信不间断供电系统实际数据,削减了不间断供电系统的蓄电池容量,论证了所提方法的合理性和有效性。