基于功率分配的车载超级电容储能系统控制策略的分析

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2、●～●／-●致谢本论文的工作是在我的导师游小杰教授和杨中平教授及郝瑞祥副教授的悉心指导下完成的，游老师知识渊博、为人正直、科学态度严谨、工作兢兢业业，为我树立了科学工作者的榜样。在此衷心感谢两年来游老师对我的关心和指导。杨老师和郝老师老师指导我完成了两年的实验室科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向两位老师表示最衷心的谢意。在论文的研究过程中，得到了郑琼林教授、林飞副教授、张立伟副教授、孙湖老师、黄先进老师、贺明智老师、王琛琛老师、王剑老师、李虹老师、李艳老师以及郭希铮博士后的指导及帮助，同时还得到了赵坤、冉旺、李欣然、王椹榕、

3、徐龙等同学在实验室工作上的鼎力相助。在此向他们表示诚挚的谢意。．最后，感谢我的家人及所有的亲人朋友，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。tj-·I．IJ蕾●～Jf●·●中文摘要摘要：城市轨道交通运量大、速度快、准时、全天候，有效地缓解了城市交通堵塞和拥挤的问题，推进了城市的现代化进程。但是城市轨道系统耗能大，再生制动过程中存在再生失效等问题，大大降低了节能效率。超级电容以其功率密度高、循环使用寿命长等特点在解决城轨列车再生失效、改善列车高速制动力不足、实现无馈电线运行等方面有着独特的优势和发展前景。本文以车载超级电容储能系统为研究对象，首先分析了超级

4、电容的原理和特性，建立了超级电容的等效电路模型，讨论了超级电容的充放电特性。超级电容储能系统包括超级电容器组和双向DC．DC变换器，本文详细分析了储能系统的结构和双向DC—DC变换电路的工作原理，并通过对广州地铁4号线为实例得出了城轨线路容量配置的步骤。基于对传统控制方法的理解和分析，本文提出了一种基于功率分配的车载超级电容储能系统的控制策略，详细介绍了线网电流外环、线网电压环、超级电容电流内环的作用，提出了线网电流限制器实现线网和储能系统功率分配、能量分配的控制理念。在以上基础上，本文以1MS320F28335为核心控制器，搭建了一套3kW的车载超级电容储能系

5、统实验平台，对控制策略进行了实验验证。Matlab仿真结果验证基于功率分配的控制策略的可行性。实验结果验证了系统硬件结构和参数的正确性；测试了超级电容器组的静电容量和等效串联内阻等特性；通过两组不同线网电流限流曲线的实验，验证了本文提出的控制策略的可行性，并对两组情况下的节能情况进行了分析和对比，得到了限流曲线、容量配置与节能率的关系。关键词：城市轨道交通；超级电容；功率分配；车载；容量配置分类号：TM53。、，，、●，，·●I毫■jI。l{●『．一ABSTRACTABSTRACT：Urbanrailtransitsystem，withlargetranspor

6、tationquantity,fast·speed,on—timeandall·weather,hasbeenrelievingtheproblemoftrafficjamandcongestioneffectively,promotingthecity’Smodernizationprocess．Buturbanrailtransitcostshi曲energy,andregenerationfailuregreatlyreducesenergysavingeffect．Supercapacitor,谢t11lli曲powerdensityandlongcyc

7、lelife，haSuniqueadvantagesanddevelopmentprospectsinavoidingregenerationfailure，improvingthebrakingforceinhigh—speedrangeandrealizingcatenary—freeoperation．Inthispaper,on-boardsupercapacitorenergystoragesystemisstudiedon．Firstly,thecharacteristicsofsupercapacitorareanalyzedandequivale

8、ntcircuitmodelisestablished，thenthecharge—dischargeperformanceisdiscussed．Supercapacitorenergystoragesystemcontainssupercapacitorbankandbi-directionalDC-DCconverter．Thestructureoftheenergystoragesystemandtheprincipleofbi--directionalDC--DCconverterareanalyzedindetail．TakingGuangzhouM

9、etroLine4for