地铁牵引供电系统节能优化设计研究
发布时间：2021-01-06 14:29
现如今,各主要城市人口的激增造成了城市交通堵塞,通行不畅的状况。城市轨道交通的出现使得交通资源利用更充分,有效地舒缓了城市交通拥挤的问题。但城市轨道交通在其快速发展的同时也仍然存在着一些问题有待解决,其中在列车再生制动带来的剩余能量如何有效的利用这一方面就仍然有很多措施需要去完善。传统解决方案使用电阻或储能模块,这或将会带来不期望的热量,或增加了设施不必要的成本。因此,本文针对传统城市轨道交通仍存在的这一问题,基于现有技术提出了再生制动能馈式解决方案,通过理论证明其可行性,又加以仿真与实验进行了有效性验证。本文介绍了能馈式牵引供电系统的主要结构及多种运行工况,重点叙述了其核心部分PWM整流器的工作原理及控制方法,建立开关函数数学模型,通过坐标变换将交流多耦合模型转换到直流模型进行控制;设计了控制参数,并根据控制方法对变流器内关键器件电容、电感等进行了参数设计,设计结果通过matlab仿真验证可行。本文研究的逆变回馈式再生制动能量吸收装置是实现集能量回馈、牵引供电、无功补偿等功能于一体的能馈式再生制动装置,本文重点介绍了其在能馈节能、牵引供电及无功补偿等方面的原理及作用,中压能馈装置的“...
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蓄电池储能系统示意图
图 1-3 飞轮储能系统结构示意图Fig.1-3 Structural diagram of flywheel energy storage system飞轮储能装置仅与直流牵引网络相连接，飞轮与电源侧隔离开来只是在直流牵引网络中进行能量转化，并不会对电源侧造成谐波污染，飞轮储能装置的储能密度很高，充放电速度较快且无次数限制，在城市轨道交通中的安装也比较方便灵活。与蓄电池相比运行高效稳定，最重要的是不会造成环境的破坏。飞轮储能装置具有快速响应能力，可以快速吸收再生制动能量。再生制动能量或补充牵引能量是一种非常有竞争力的储能技术[24, 26]。城规电网中已有应用实例。目前，飞轮储能装置应用十分成功，在一些国外的大城市的城市轨道交通系统中，都能发现飞轮储能装置的身影，但是飞轮储能装置也具有自己的缺点，比如飞轮的储能是利用飞轮转子的旋转来实现的，但是需要存储大量的再生制动能量时，飞轮系统的缺点就会显露出来，因为飞轮的旋转速度是有上限的，飞轮本身的性质会使储能能力不一定能够达到预期，此外，诸多因素会对飞轮旋转造成影响，比如空气阻力摩擦力等等，使得
图 1-4 超级电容储能装置主电路原理图Fig.1-4 Main circuit diagram of super capacitor energy storage device1.2.2.3 特点比较结合以上对于逆变功能型吸收装置和储能吸收装置的分析，本文主要对逆变回馈型的再生制动技术进行深入研究，除了在列车制动期间保持直流母线电压稳定性的作用外，灵活性和动态性能的优点还具有以下优点：（1）功率因数高，可减少无功补偿设备的使用；功率因数稳定，投资成本比较低。（2）采用高频开关器件 IGBT，能够实现小体积，滤波器设计更加合理、损耗更小，动态响应速度快。（3）高效利用回馈的能量可以提高节能率，减少作用在制动电阻上的电能，从而进一步降低列车制动电阻的容量，提高了节能效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]三相电压型PWM整流器建模、控制及稳定性分析[J]. 贺诗明,熊健,代大一,王泽,吕知彼. 电网技术. 2019(06)
[2]城市轨道交通再生制动能量吸收方案分析与研究[J]. 张全柱,李圆红,邓永红,马红梅. 华北科技学院学报. 2018(06)
[3]地铁供电系统的运行方式及特点分析[J]. 左汝杰. 科技创新与应用. 2018(32)
[4]地铁车辆制动系统特点分析与研究[J]. 王艺男,马迎春. 科技风. 2018(33)
[5]城市轨道交通逆变回馈系统装置控制研究[J]. 刘向飞. 中国科技信息. 2018(16)
[6]城市轨道交通牵引供电及电力技术分析[J]. 罗益. 科技经济导刊. 2018(21)
[7]基于中压能馈型装置的地铁再生能利用方案优化[J]. 李经纬,陈鹏元,张炳楠. 电气化铁道. 2018(03)
[8]基于飞轮储能技术的城市轨道交通再生能回收控制策略研究[J]. 赵思锋,唐英伟,王赛,王大杰. 储能科学与技术. 2018(03)
[9]基于超级电容的列车再生制动储能系统及其控制[J]. 靳守杰,陈广赞. 控制与信息技术. 2018(02)
[10]城市轨道交通超级电容储能装置控制策略[J]. 叶兰兰,邹凯,宋立. 都市快轨交通. 2017(05)
博士论文
[1]城市轨道交通混合式牵引供电装置关键技术与性能优化研究[D]. 全恒立.北京交通大学 2013
[2]直驱式永磁同步风力发电机在不平衡电网电压下的控制[D]. 肖磊.湖南大学 2013
[3]大功率整流系统综合节能理论与新技术研究[D]. 宁志毫.湖南大学 2012
[4]城市轨道交通能馈式牵引供电变流系统关键技术研究[D]. 张钢.北京交通大学 2010
[5]PWM整流器及其控制策略的研究[D]. 张兴.合肥工业大学 2003
硕士论文
[1]城市轨道交通接触网在线防冰技术方案研究[D]. 范国荣.北京交通大学 2018
[2]城市轨道交通牵引供电系统分布式协同控制研究[D]. 田斌.北京交通大学 2018
[3]基于能量循环的城市轨道交通接触网融冰技术研究[D]. 刘健.北京交通大学 2018
[4]下一代地铁车辆储能系统的设计[D]. 林稚松.北京交通大学 2018
[5]地铁再生制动能量回馈变流器研制[D]. 罗锐.西南交通大学 2017
[6]城市轨道逆变回馈装置的系统优化设计[D]. 许伶俐.西南交通大学 2017
[7]基于三相电压型变流器的馈能与滤波系统设计[D]. 杜德松.南京理工大学 2017
[8]再生能馈装置在城市轨道交通供电系统中的优化配置研究[D]. 卫巍.北京交通大学 2016
[9]城市轨道交通再生制动能量回馈系统仿真研究[D]. 黄开.中国矿业大学 2016
[10]基于飞轮储能的地铁再生制动能量利用研究[D]. 毕文骏.西南交通大学 2016
本文编号：2960738
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蓄电池储能系统示意图
图 1-3 飞轮储能系统结构示意图Fig.1-3 Structural diagram of flywheel energy storage system飞轮储能装置仅与直流牵引网络相连接，飞轮与电源侧隔离开来只是在直流牵引网络中进行能量转化，并不会对电源侧造成谐波污染，飞轮储能装置的储能密度很高，充放电速度较快且无次数限制，在城市轨道交通中的安装也比较方便灵活。与蓄电池相比运行高效稳定，最重要的是不会造成环境的破坏。飞轮储能装置具有快速响应能力，可以快速吸收再生制动能量。再生制动能量或补充牵引能量是一种非常有竞争力的储能技术[24, 26]。城规电网中已有应用实例。目前，飞轮储能装置应用十分成功，在一些国外的大城市的城市轨道交通系统中，都能发现飞轮储能装置的身影，但是飞轮储能装置也具有自己的缺点，比如飞轮的储能是利用飞轮转子的旋转来实现的，但是需要存储大量的再生制动能量时，飞轮系统的缺点就会显露出来，因为飞轮的旋转速度是有上限的，飞轮本身的性质会使储能能力不一定能够达到预期，此外，诸多因素会对飞轮旋转造成影响，比如空气阻力摩擦力等等，使得
图 1-4 超级电容储能装置主电路原理图Fig.1-4 Main circuit diagram of super capacitor energy storage device1.2.2.3 特点比较结合以上对于逆变功能型吸收装置和储能吸收装置的分析，本文主要对逆变回馈型的再生制动技术进行深入研究，除了在列车制动期间保持直流母线电压稳定性的作用外，灵活性和动态性能的优点还具有以下优点：（1）功率因数高，可减少无功补偿设备的使用；功率因数稳定，投资成本比较低。（2）采用高频开关器件 IGBT，能够实现小体积，滤波器设计更加合理、损耗更小，动态响应速度快。（3）高效利用回馈的能量可以提高节能率，减少作用在制动电阻上的电能，从而进一步降低列车制动电阻的容量，提高了节能效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]三相电压型PWM整流器建模、控制及稳定性分析[J]. 贺诗明,熊健,代大一,王泽,吕知彼. 电网技术. 2019(06)
[2]城市轨道交通再生制动能量吸收方案分析与研究[J]. 张全柱,李圆红,邓永红,马红梅. 华北科技学院学报. 2018(06)
[3]地铁供电系统的运行方式及特点分析[J]. 左汝杰. 科技创新与应用. 2018(32)
[4]地铁车辆制动系统特点分析与研究[J]. 王艺男,马迎春. 科技风. 2018(33)
[5]城市轨道交通逆变回馈系统装置控制研究[J]. 刘向飞. 中国科技信息. 2018(16)
[6]城市轨道交通牵引供电及电力技术分析[J]. 罗益. 科技经济导刊. 2018(21)
[7]基于中压能馈型装置的地铁再生能利用方案优化[J]. 李经纬,陈鹏元,张炳楠. 电气化铁道. 2018(03)
[8]基于飞轮储能技术的城市轨道交通再生能回收控制策略研究[J]. 赵思锋,唐英伟,王赛,王大杰. 储能科学与技术. 2018(03)
[9]基于超级电容的列车再生制动储能系统及其控制[J]. 靳守杰,陈广赞. 控制与信息技术. 2018(02)
[10]城市轨道交通超级电容储能装置控制策略[J]. 叶兰兰,邹凯,宋立. 都市快轨交通. 2017(05)
博士论文
[1]城市轨道交通混合式牵引供电装置关键技术与性能优化研究[D]. 全恒立.北京交通大学 2013
[2]直驱式永磁同步风力发电机在不平衡电网电压下的控制[D]. 肖磊.湖南大学 2013
[3]大功率整流系统综合节能理论与新技术研究[D]. 宁志毫.湖南大学 2012
[4]城市轨道交通能馈式牵引供电变流系统关键技术研究[D]. 张钢.北京交通大学 2010
[5]PWM整流器及其控制策略的研究[D]. 张兴.合肥工业大学 2003
硕士论文
[1]城市轨道交通接触网在线防冰技术方案研究[D]. 范国荣.北京交通大学 2018
[2]城市轨道交通牵引供电系统分布式协同控制研究[D]. 田斌.北京交通大学 2018
[3]基于能量循环的城市轨道交通接触网融冰技术研究[D]. 刘健.北京交通大学 2018
[4]下一代地铁车辆储能系统的设计[D]. 林稚松.北京交通大学 2018
[5]地铁再生制动能量回馈变流器研制[D]. 罗锐.西南交通大学 2017
[6]城市轨道逆变回馈装置的系统优化设计[D]. 许伶俐.西南交通大学 2017
[7]基于三相电压型变流器的馈能与滤波系统设计[D]. 杜德松.南京理工大学 2017
[8]再生能馈装置在城市轨道交通供电系统中的优化配置研究[D]. 卫巍.北京交通大学 2016
[9]城市轨道交通再生制动能量回馈系统仿真研究[D]. 黄开.中国矿业大学 2016
[10]基于飞轮储能的地铁再生制动能量利用研究[D]. 毕文骏.西南交通大学 2016
本文编号：2960738
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