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城市轨道交通地面式超级电容储能装置控制策略研究

发布时间:2018-01-11 18:12

  本文关键词:城市轨道交通地面式超级电容储能装置控制策略研究 出处:《北京交通大学》2014年硕士论文 论文类型:学位论文


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【摘要】:摘要:城市轨道交通中车辆发生再生失效是产生电能浪费和闸瓦损耗的重要原因,采用超级电容储能系统可有效吸收剩余再生制动能量,并在牵引过程中释放这部分能量,从而达到节能、稳压和防止再生失效发生的目的。 本文首先基于超级电容通用等效电路模型和城市轨道交通的实际情况得到了一种超级电容器组的简化等效电路模型,并对其温度、频率和电压三方面的工作特性进行了研究;接下来对超级电容储能系统进行了拓扑选择和电气参数的设计,确定了利用双向DC-DC变换器控制超级电容器组充放电的主电路形式。 超级电容储能系统的控制策略是本文的研究重点,采用一种牵引网电压外环、超级电容电流内环的双环串级控制策略,分别在buck和boost两种模式下利用状态空间平均法完成了系统建模,得到了各部分的传递函数;将设计的双向DC-DC变换器及超级电容器组参数带入传递函数完成控制系统的建模,利用复频域bode图响应法对电流内环和电压外环的控制效果进行了分析,并探讨了补偿系数和电路不同工作状态对控制性能的影响。 在Matlab仿真平台上完成了对超级电容储能系统控制策略和工作模式的仿真,仿真结果验证了控制器设计和分析的准确性,以及主电路和控制电路之间良好配合;在实验室搭建了城市轨道交通车辆运行工况模拟平台和200kW功率等级的超级电容储能系统,通过平台之间的联调验证了控制策略的稳定性和可靠性,两个车辆运行工况循环的对比说明了超级电容储能系统在吸收再生制动能量和稳定牵引网电压方面的作用。
[Abstract]:Absrtact: regenerative failure of vehicles in urban rail transit is an important cause of energy waste and brake wear. The residual regenerative braking energy can be absorbed effectively by super capacitor energy storage system. The energy is released in the course of traction so as to save energy, stabilize voltage and prevent regeneration failure. Firstly, based on the universal equivalent circuit model of super capacitor and the actual situation of urban rail transit, a simplified equivalent circuit model of supercapacitor bank is obtained, and the temperature of supercapacitor bank is given. The characteristics of frequency and voltage are studied. Then the topology selection and the design of electrical parameters of the super capacitor energy storage system are carried out, and the main circuit form of using bidirectional DC-DC converter to control the charge and discharge of supercapacitor banks is determined. The control strategy of the super capacitor energy storage system is the focus of this paper. A double loop cascade control strategy of the outer loop of the traction grid voltage and the inner loop of the super capacitor current is adopted. The state space averaging method is used to model the system in buck and boost, respectively, and the transfer function of each part is obtained. The parameters of the designed bi-directional DC-DC converter and supercapacitor bank are brought into the transfer function to complete the modeling of the control system. The control effect of current inner loop and voltage outer loop is analyzed by bode response method in complex frequency domain, and the effects of compensation coefficient and different working state of circuit on control performance are discussed. The control strategy and working mode of the super capacitor energy storage system are simulated on the Matlab simulation platform. The simulation results verify the accuracy of the controller design and analysis. And good cooperation between main circuit and control circuit; The simulation platform of urban rail transit vehicle operating condition and the super capacitor energy storage system with 200kW power level are built in the laboratory. The stability and reliability of the control strategy are verified by the joint adjustment between the platforms. The comparison of two vehicle operating cycle shows the function of super capacitor energy storage system in absorbing regenerative braking energy and stabilizing traction network voltage.
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM53

【参考文献】

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本文编号:1410643

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