混合储能式现代有轨电车无线电能传输系统能效优化研究
发布时间：2021-11-08 04:42
现代有轨电车凭借载客能力大、建设周期短、造型美观、造价低的优点,在我国许多城市中得到发展。无线电能传输（Wireless power transfer,WPT）技术避免了供电导线的物理接触,具有安全可靠、供电灵活的优点,混合储能系统（Hybrid energy storage system,HESS）可以兼备超级电容高功率密度和电池高能量密度的优势。为了发挥WPT技术和HESS的优势,本文提出将二者结合作为现代有轨电车新型的供电方式。无线电能传输技术可以通过静止式和移动式两种方式为车辆供电,静止式WPT系统可以在车辆停站时为HESS供电,移动式WPT系统可以在行驶过程中为HESS供电,延长供电时间。为了提高WPT系统为HESS的供电性能,本文围绕混合储能式现代有轨电车无线电能传输技术能效优化展开研究,针对HESS负载的WPT系统控制策略、移动式WPT系统的耦合机构优化、以及WPT系统各环节的多变量优化展开研究,并通过仿真与实验对各研究点进行验证。WPT系统的控制策略通常针对单储能负载进行设计,很少针对混合储能系统。为了保证WPT系统高传输效率和储能系统的供电要求,现有控制方法需要同时对...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３现代有轨电车无网供电方式??Ｆｉｇ．?１－３?Ｎｏｎ－ｃａｔｅｎａｒｙ?ｐｏｗｅｒ?ｓｕｐｐｌｙ?ｍｏｄｅ?ｏｆ?ｍｏｄｅｒｎ?ｔｒａｍ??
在一定的行驶区间内增加移动式ＷＰＴ供电，降低车载储能系统能量消耗，减小车??载储能系统的容量配置。这种间歇式ＷＰＴ供电模式，相比于静止式ＷＰＴ供电，??有助于降低车载储能设备的配置；与移动式ＷＰＴ供电模式相比，避免全线铺设??ＷＰＴ供电设备，有助于降低供电系统成本。??在车载储能系统中，电池储能具有高能量密度特点，可以长时间提供稳定电??能，但是短时间瞬时输出功率较小；超级电容则相反，它具有高功率密度特点，??可以在车辆牵引时提供瞬时大功率，同时也能很快的吸收再生制动能量，但很难??长时间持续输出能量。混合储能系统（电池和超级电容混合使用）则结合了二者??优势，是现代有轨电车车载储能系统的发展趋势［１１＿１５］，因此本文以混合储能系统??作为现代有轨电车的车载储能设备。??混合储能式现代有轨电车的ＷＰＴ系统示意图如图１－４所示，该系统由耦合系??统将两个独立的电气部分连接起来，通过高频逆变器将７５０Ｖ直流电转换成高频交??流电输出到发射侧线圈。根据法拉第电磁感应原理，发射侧线圈产生的交变磁场??在接收侧线圈上感应出相同频率的交变电，最后电能通过车载变流器的高频整流??器和直流变换器环节进行电能调节，为混合储能设备供电。??Ｉ?．｜?—?—?Ｉ??￣
压或者电流控制，同时实现输出电能要求和最大效率控制的策略研究相对较少。??而混合储能系统仍是研究忽略的地方。但是，混合储能系统兼备高能量密度和高??功率密度的优点，正在逐渐得到关注，所以如何采用无线电能传输系统高效的为??其供电是本文的研究点之一。??１．３．２?移动式ＷＰＴ系统的耦合机构研究??基于磁场式的无线电能传输技术实现能量的非接触传输主要通过耦合机构实??现，耦合机构研究分为结构方案设计、位置检测和切换策略。目前，关于耦合机??构设计的研究主要在于新结构与新模式的提出［２７＿２９，８２４４］。最典型的机构是圆形和矩??形线圈结构，这两种模式在线圈偏移时性能会略有下降。文献［２７－２９］提出ＤＤ、??ＤＤＱ、ＢＰ型结构，并通过理论和电磁仿真方法对三种结构进行了参数优化，主要??对屏蔽层的形状和数量进行讨论，证明了在抗偏移特性方面的优势。文献［８４］提出??了三线圈结构（ＴｒｉｐｏｌａｒＰａｄ，?ＴＰ），并考虑了各线圈之间的相互作用，采用了三线圈??结构作为发射侧线圈，接收侧线圈采用ＢＰ结构，这种组合方式的偏移特性更好。??上述几种线圈结构的示意图如下所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]移动式感应电能传输系统分段供电控制策略研究[J]. 范满义,史黎明,殷正刚,姜龙斌,张发聪. 中国电机工程学报. 2018(07)
[2]现代有轨电车供电方式的选择分析[J]. 樊辉,杨兴建. 建材与装饰. 2018(12)
[3]城市轨道交通牵引供电及电力技术[J]. 韩孟. 交通世界. 2017(36)
[4]基于停车误差规律的有轨电车无线电能传输系统线圈优化设计[J]. 赵志勇,杨中平,林飞,耿宇宇. 中国电机工程学报. 2017(S1)
[5]基于加速时间预测的现代有轨电车储能系统能量管理与容量配置优化研究[J]. 诸斐琴,杨中平,林飞,夏欢. 电工技术学报. 2017(23)
[6]变负载无线充电系统的恒流充电技术[J]. 宋凯,李振杰,杜志江,朱春波. 电工技术学报. 2017(13)
[7]电动汽车双向无线充电系统谐振拓扑分析[J]. 陈凯楠,赵争鸣,刘方,袁立强. 电力系统自动化. 2017(02)
[8]电动汽车动态无线充电关键技术研究进展[J]. 朱春波,姜金海,宋凯,张千帆. 电力系统自动化. 2017(02)
[9]电动汽车无线充电技术研究综述[J]. 赵争鸣,刘方,陈凯楠. 电工技术学报. 2016(20)
[10]非接触供电技术及其在轨道交通上的应用[J]. 文艳晖,杨鑫,龙志强,黄号凯. 机车电传动. 2016(06)
博士论文
[1]基于分段导轨模式的电动车无线供电技术关键问题研究[D]. 田勇.重庆大学 2012
[2]非接触电能传输系统软开关工作点研究及应用[D]. 唐春森.重庆大学 2009
硕士论文
[1]有轨电车无线电能传输系统谐振补偿器设计及效率优化研究[D]. 李彬.北京交通大学 2017
[2]电动车不停车无线供电系统输出稳压控制[D]. 张鸿菠.重庆大学 2015
[3]基于多级导轨模式电动汽车不停车供电系统研究[D]. 单浩.重庆大学 2015
[4]基于超级电容储能的ICPT系统功率提升策略研究[D]. 李祖喜.重庆大学 2014
[5]基于感应耦合电能传输方式的电动汽车充电装置研究[D]. 程鹏天.北京交通大学 2014
本文编号：3483024
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３现代有轨电车无网供电方式??Ｆｉｇ．?１－３?Ｎｏｎ－ｃａｔｅｎａｒｙ?ｐｏｗｅｒ?ｓｕｐｐｌｙ?ｍｏｄｅ?ｏｆ?ｍｏｄｅｒｎ?ｔｒａｍ??
在一定的行驶区间内增加移动式ＷＰＴ供电，降低车载储能系统能量消耗，减小车??载储能系统的容量配置。这种间歇式ＷＰＴ供电模式，相比于静止式ＷＰＴ供电，??有助于降低车载储能设备的配置；与移动式ＷＰＴ供电模式相比，避免全线铺设??ＷＰＴ供电设备，有助于降低供电系统成本。??在车载储能系统中，电池储能具有高能量密度特点，可以长时间提供稳定电??能，但是短时间瞬时输出功率较小；超级电容则相反，它具有高功率密度特点，??可以在车辆牵引时提供瞬时大功率，同时也能很快的吸收再生制动能量，但很难??长时间持续输出能量。混合储能系统（电池和超级电容混合使用）则结合了二者??优势，是现代有轨电车车载储能系统的发展趋势［１１＿１５］，因此本文以混合储能系统??作为现代有轨电车的车载储能设备。??混合储能式现代有轨电车的ＷＰＴ系统示意图如图１－４所示，该系统由耦合系??统将两个独立的电气部分连接起来，通过高频逆变器将７５０Ｖ直流电转换成高频交??流电输出到发射侧线圈。根据法拉第电磁感应原理，发射侧线圈产生的交变磁场??在接收侧线圈上感应出相同频率的交变电，最后电能通过车载变流器的高频整流??器和直流变换器环节进行电能调节，为混合储能设备供电。??Ｉ?．｜?—?—?Ｉ??￣
压或者电流控制，同时实现输出电能要求和最大效率控制的策略研究相对较少。??而混合储能系统仍是研究忽略的地方。但是，混合储能系统兼备高能量密度和高??功率密度的优点，正在逐渐得到关注，所以如何采用无线电能传输系统高效的为??其供电是本文的研究点之一。??１．３．２?移动式ＷＰＴ系统的耦合机构研究??基于磁场式的无线电能传输技术实现能量的非接触传输主要通过耦合机构实??现，耦合机构研究分为结构方案设计、位置检测和切换策略。目前，关于耦合机??构设计的研究主要在于新结构与新模式的提出［２７＿２９，８２４４］。最典型的机构是圆形和矩??形线圈结构，这两种模式在线圈偏移时性能会略有下降。文献［２７－２９］提出ＤＤ、??ＤＤＱ、ＢＰ型结构，并通过理论和电磁仿真方法对三种结构进行了参数优化，主要??对屏蔽层的形状和数量进行讨论，证明了在抗偏移特性方面的优势。文献［８４］提出??了三线圈结构（ＴｒｉｐｏｌａｒＰａｄ，?ＴＰ），并考虑了各线圈之间的相互作用，采用了三线圈??结构作为发射侧线圈，接收侧线圈采用ＢＰ结构，这种组合方式的偏移特性更好。??上述几种线圈结构的示意图如下所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]移动式感应电能传输系统分段供电控制策略研究[J]. 范满义,史黎明,殷正刚,姜龙斌,张发聪. 中国电机工程学报. 2018(07)
[2]现代有轨电车供电方式的选择分析[J]. 樊辉,杨兴建. 建材与装饰. 2018(12)
[3]城市轨道交通牵引供电及电力技术[J]. 韩孟. 交通世界. 2017(36)
[4]基于停车误差规律的有轨电车无线电能传输系统线圈优化设计[J]. 赵志勇,杨中平,林飞,耿宇宇. 中国电机工程学报. 2017(S1)
[5]基于加速时间预测的现代有轨电车储能系统能量管理与容量配置优化研究[J]. 诸斐琴,杨中平,林飞,夏欢. 电工技术学报. 2017(23)
[6]变负载无线充电系统的恒流充电技术[J]. 宋凯,李振杰,杜志江,朱春波. 电工技术学报. 2017(13)
[7]电动汽车双向无线充电系统谐振拓扑分析[J]. 陈凯楠,赵争鸣,刘方,袁立强. 电力系统自动化. 2017(02)
[8]电动汽车动态无线充电关键技术研究进展[J]. 朱春波,姜金海,宋凯,张千帆. 电力系统自动化. 2017(02)
[9]电动汽车无线充电技术研究综述[J]. 赵争鸣,刘方,陈凯楠. 电工技术学报. 2016(20)
[10]非接触供电技术及其在轨道交通上的应用[J]. 文艳晖,杨鑫,龙志强,黄号凯. 机车电传动. 2016(06)
博士论文
[1]基于分段导轨模式的电动车无线供电技术关键问题研究[D]. 田勇.重庆大学 2012
[2]非接触电能传输系统软开关工作点研究及应用[D]. 唐春森.重庆大学 2009
硕士论文
[1]有轨电车无线电能传输系统谐振补偿器设计及效率优化研究[D]. 李彬.北京交通大学 2017
[2]电动车不停车无线供电系统输出稳压控制[D]. 张鸿菠.重庆大学 2015
[3]基于多级导轨模式电动汽车不停车供电系统研究[D]. 单浩.重庆大学 2015
[4]基于超级电容储能的ICPT系统功率提升策略研究[D]. 李祖喜.重庆大学 2014
[5]基于感应耦合电能传输方式的电动汽车充电装置研究[D]. 程鹏天.北京交通大学 2014
本文编号：3483024
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