基于虚拟同步机控制的城轨列车再生制动能量回馈系统研究
发布时间：2021-07-13 21:07
城轨列车运行站间距离短,起动制动频繁,列车再生制动会产生大量的再生制动能量。逆变回馈型再生制动能量利用方案能够将城轨列车再生制动能量直接回馈给交流电网进行再利用,能量利用率较高。但传统逆变回馈型方案控制方式单一,容易受到功率波动及电网异常情况的影响。对此,本文在传统逆变回馈型方案的基础上,研究一种带储能单元的基于虚拟同步机控制的城轨列车再生制动能量回馈系统。该系统在列车牵引工况工作在整流模式为牵引网提供能量,在列车再生制动工况工作在逆变模式将再生制动能量回馈至电网。同时,系统能够参与电网调节,极大提高电网运行的稳定性。本文首先对该回馈系统结构进行了详细的介绍,对其主功率电路、储能模块、虚拟同步机控制与调制模块的组成、选型、及作用进行了分析,并对储能模块充放电模式所采用的双闭环控制策略进行了详细的设计。其次根据同步机原理详细分析了Synchronverter虚拟同步机的运行机理,并根据同步机的转子运动方程、电磁暂态方程及磁链方程构建出了虚拟同步机的数学模型。根据实际控制目标,分别设计了系统在整流及逆变模式下的控制方案,并对系统自同步模式、整流牵引模式、逆变回馈模式、电网调节模式下的控制策...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容储能型再生制动能量利用方案示意图
载制动装置的使用，减少了车辆自重，提高了列车运行性能[21]。该方案的缺点：目前研发的超级电容储能装置均不能够完全吸收列车产生的再动能量，容量较小[22]；装置体积庞大，场地配置要求高；技术要求较高，价格较高在直流系统中完成再生制动能量的交换，无法将再生制动能量直接输送至交流电行再利用。目前成熟的超级电容储能产品主要有德国西门子公司的 SES 成套产品，已尝试于国内的北京地铁 5 号线。该装置主要设置在直流母线电压波动幅度较大的牵引所（如牵引供电区间较长和区间坡度较大的牵引变电所）内，但还未投入使用[23]。2) 飞轮储能型飞轮储能型再生制动能量利用方案与超级电容储能型再生制动能量利用方案原致，都是将再生制动能量进行吸收和存储。飞轮储能型方案如图 1-2 所示，通过 IGB波器及驱动电路将再生制动能量送入飞轮储能装置。
图 1-3 传统逆变回馈型再生制动能量利用方案示意图的成熟的逆变回馈型再生制动能量利用装置主要有德国西门子公司司产品。国内北京地铁 9 号线、10 号线、14 号线均有尝试逆变回馈用装置[21]，且持续运行效果良好，节能效果显著。以上各方案特点，本文采用逆变回馈型再生制动能量利用方案，变回馈方案的基础上，研究一种带储能单元的基于虚拟同步机控制的能量回馈系统。拟同步机技术同步机技术[31-35]最早由欧洲 VSYNC 工程提出，是通过适当的控制算同步机的有功调频及无功调压控制特性，并且可以根据其所连电网虚拟惯性、阻尼系数、励磁电感和互感等参数进行设计[35]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]虚拟同步机与自主电力系统[J]. 钟庆昌. 中国电机工程学报. 2017(02)
[2]基于虚拟同步电机技术的VSC-HVDC整流侧建模及参数设计[J]. 高丙团,夏超鹏,张磊,陈宁. 中国电机工程学报. 2017(02)
[3]虚拟同步机技术在电力系统中的应用与挑战[J]. 吕志鹏,盛万兴,刘海涛,孙丽敬,吴鸣,李蕊. 中国电机工程学报. 2017(02)
[4]城轨车辆车载式超级电容储能系统研究[J]. 成建国,吴松荣,张一,郭世明,陈静. 现代城市轨道交通. 2016(02)
[5]虚拟同步发电机技术及展望[J]. 郑天文,陈来军,陈天一,梅生伟. 电力系统自动化. 2015(21)
[6]再生制动能量吸收装置在北京地铁中的应用[J]. 鲁玉桐,赵小皓,赵叶辉. 都市快轨交通. 2014(04)
[7]分布式发电中的虚拟同步发电机技术[J]. 张兴,朱德斌,徐海珍. 电源学报. 2012(03)
[8]重庆地铁6号线车辆牵引与电制动特性设计及性能计算仿真[J]. 李伟,陈文光,陈超录,解培金. 机车电传动. 2012(03)
[9]微电网储能技术研究综述[J]. 周林,黄勇,郭珂,冯玉. 电力系统保护与控制. 2011(07)
[10]三相并网逆变器LCL滤波器的参数设计与研究[J]. 刘飞,查晓明,段善旭. 电工技术学报. 2010(03)
博士论文
[1]城轨交通车载超级电容储能系统能量管理及容量配置研究[D]. 赵坤.北京交通大学 2013
[2]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
[3]城市轨道交通再生制动能量利用技术研究[D]. 许爱国.南京航空航天大学 2009
硕士论文
[1]基于储能技术的城轨交通再生制动能量利用方案研究[D]. 苏玉京.华中科技大学 2013
[2]城轨交通再生制动仿真计算与逆变回馈式节能方案研究[D]. 唐萍.华中科技大学 2013
[3]城市轨道交通运营成本研究[D]. 胡俊.北京交通大学 2007
本文编号：3282802
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容储能型再生制动能量利用方案示意图
载制动装置的使用，减少了车辆自重，提高了列车运行性能[21]。该方案的缺点：目前研发的超级电容储能装置均不能够完全吸收列车产生的再动能量，容量较小[22]；装置体积庞大，场地配置要求高；技术要求较高，价格较高在直流系统中完成再生制动能量的交换，无法将再生制动能量直接输送至交流电行再利用。目前成熟的超级电容储能产品主要有德国西门子公司的 SES 成套产品，已尝试于国内的北京地铁 5 号线。该装置主要设置在直流母线电压波动幅度较大的牵引所（如牵引供电区间较长和区间坡度较大的牵引变电所）内，但还未投入使用[23]。2) 飞轮储能型飞轮储能型再生制动能量利用方案与超级电容储能型再生制动能量利用方案原致，都是将再生制动能量进行吸收和存储。飞轮储能型方案如图 1-2 所示，通过 IGB波器及驱动电路将再生制动能量送入飞轮储能装置。
图 1-3 传统逆变回馈型再生制动能量利用方案示意图的成熟的逆变回馈型再生制动能量利用装置主要有德国西门子公司司产品。国内北京地铁 9 号线、10 号线、14 号线均有尝试逆变回馈用装置[21]，且持续运行效果良好，节能效果显著。以上各方案特点，本文采用逆变回馈型再生制动能量利用方案，变回馈方案的基础上，研究一种带储能单元的基于虚拟同步机控制的能量回馈系统。拟同步机技术同步机技术[31-35]最早由欧洲 VSYNC 工程提出，是通过适当的控制算同步机的有功调频及无功调压控制特性，并且可以根据其所连电网虚拟惯性、阻尼系数、励磁电感和互感等参数进行设计[35]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]虚拟同步机与自主电力系统[J]. 钟庆昌. 中国电机工程学报. 2017(02)
[2]基于虚拟同步电机技术的VSC-HVDC整流侧建模及参数设计[J]. 高丙团,夏超鹏,张磊,陈宁. 中国电机工程学报. 2017(02)
[3]虚拟同步机技术在电力系统中的应用与挑战[J]. 吕志鹏,盛万兴,刘海涛,孙丽敬,吴鸣,李蕊. 中国电机工程学报. 2017(02)
[4]城轨车辆车载式超级电容储能系统研究[J]. 成建国,吴松荣,张一,郭世明,陈静. 现代城市轨道交通. 2016(02)
[5]虚拟同步发电机技术及展望[J]. 郑天文,陈来军,陈天一,梅生伟. 电力系统自动化. 2015(21)
[6]再生制动能量吸收装置在北京地铁中的应用[J]. 鲁玉桐,赵小皓,赵叶辉. 都市快轨交通. 2014(04)
[7]分布式发电中的虚拟同步发电机技术[J]. 张兴,朱德斌,徐海珍. 电源学报. 2012(03)
[8]重庆地铁6号线车辆牵引与电制动特性设计及性能计算仿真[J]. 李伟,陈文光,陈超录,解培金. 机车电传动. 2012(03)
[9]微电网储能技术研究综述[J]. 周林,黄勇,郭珂,冯玉. 电力系统保护与控制. 2011(07)
[10]三相并网逆变器LCL滤波器的参数设计与研究[J]. 刘飞,查晓明,段善旭. 电工技术学报. 2010(03)
博士论文
[1]城轨交通车载超级电容储能系统能量管理及容量配置研究[D]. 赵坤.北京交通大学 2013
[2]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
[3]城市轨道交通再生制动能量利用技术研究[D]. 许爱国.南京航空航天大学 2009
硕士论文
[1]基于储能技术的城轨交通再生制动能量利用方案研究[D]. 苏玉京.华中科技大学 2013
[2]城轨交通再生制动仿真计算与逆变回馈式节能方案研究[D]. 唐萍.华中科技大学 2013
[3]城市轨道交通运营成本研究[D]. 胡俊.北京交通大学 2007
本文编号：3282802
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