超级电容城市轨道列车能量管理系统研究

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1、超级电容城市轨道列车能量管理系统研究张玉龙,俞建军,朱品昌,陈宁（张玉龙/浙江机电职业技术学院，杭州,310053）：结合超级电容特性与城市轨道交通列车以其站间距离短频繁加速、启动、制动高负荷大功率运行的特点，给出超级电容等效电路及SOC测量方法，提出超级电容城市轨道列车能量管理方法。利用DC/DC逆变器buck模式与boost模式转换实现车辆总线电压在加速、制动时趋于稳定，能量转移控制过程加入系统通讯故障自处理部分，消弱了高压强电磁环境干扰影响。关键词：超级电容；轨道交通；DC/DC逆变器；能量

2、回收；故障处理Supercapacitorenergymanagementsystemofcityrail0cm2pt;mso-layout-grid-align:none"class=MsoNormalalign=center>ZhangYulong,YuJianjun,ZhuPinchang,ChenNing(zhangyl/mechanicalandelectricalprofessionaltechnologyinstituteofzhejiang.hangzhou,310053)Abst

3、ract：biningethodformeasuringtheSOC,supercapacitorenergymanagementmethodsofurbanrailtrainisputforodelofbuckDC/DCinverterandboostconversiontorealizevehiclebusvoltagestableduringacceleration,braking,energytransfercontrolprocesstojointhemunicationfailures

4、incetheprocessingparts,agicinterferenceenvironmentKeyso-break-type:section-break"clear=all>0引言城市人口比例不断增加，路面交通拥堵愈演愈烈，大运量高密度的城市轨道交通工具地位凸显。数据显示，提供城市轨道交通的能量，仅有大约十分之一的能量消耗于辅助列车运行，剩下的城市轨道交通耗能主要集中在启动和制动阶段，其中制动消耗的能量过半。合理的设计列车运行方法，妥善处理制动能量消耗，是实现城市轨道交通节能减排重要途径。

5、传统城市轨道列车使用的电力驱动系统采用的变频调速系统，既变频电机电流与电压不同相时器件储存能反充电源可以实现制动能回收，这种变频技术极大促进轨道列车制动能回收再利用的发展。这种仅仅依靠电X供电系统应对列车动态工况变化存在一些缺陷，列车在启动、加速、上坡时需要较大电能支撑消耗较大，城市轨道列车高峰期这种影响直接增加了城市电X负担。列车在制动和减速等工况时会对电X快速充电，高峰时期电X回收的电能会引起供电电压增加，所升电压不及时处理势必增加X络电路中能量消耗。由此，超级电容能量管理系统就是结合城市轨道

6、交通系统，频繁的启动、加速、制动特点，优化出一种合理方案。列车启动加速时释放所补充所需电压，减速制动时存储制动回收的电能。优化超级电容能量管理系统可以起到较好的节能效果，能量回收再利用降低轨道交通系统的运营成本，又减轻了高峰期城市电X负担。1超级电容特性超级电容利用活性碳多孔电极与电解液组成双电层结构的双电层电容器，当两端加电压时两个电极分别正负极化，电解液中正负离子分别游离各自电荷相反的电极而形成两个集电层，犹如两个串联的电容。（1）A为极板面积，d为介质厚度，C为电容值μF，Uc为电容端电压。

7、超级电容所存储能量：（2）结合式子(1)(2)可知，超级电容储能能力取决于自身极板面积、介质厚度，活性炭单位质量表面积极大，电极面之间厚度极小，所以超级电容储能能力突出。极板间电解质离子游动发生的是物理变化，内阻极小这样特点成就超级电容可以大功率迅速充电放电。超级电容荷电核量SOC（StateofCharge）既超级电容瞬时能量值Ec与其可存储的最大能量值的比值表示超级电容的核电状态：（3）由公式（2）（3）可知：，期中k为常数。超级电容荷电状态与其瞬态端电压关联，方便检测超级电容充放电时的荷电状

8、态。图1超级电容内部等效电路模型149科技论坛2016.10超级电容动态工作过程会受到环境温度、充放电流、荷电状态等因素影响，图1模型虽然难以模拟出超级电容动态特性，但可以简单反映出超级电容许多特性，计算出超级电容断路电压。图中显示为放电过程，充电时电流方向相反，C超级电容容量，U1为输出电压，R2等效并联电阻充放电时对电路影响甚微静态漏电流v=起作用需R2尽可能大，R1充放电影响总电路应尽可能小。（4）（5）分析超级电容自身特性，了解超级电容是一个大容量储能电器元件，具有比功率高