地铁超级电容储能系统能量管理和协调控制研究.pdf

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1、分类号密级地铁超级电容储能系统能量管理和协调控制研究研究生姓名：周宇指导教师姓名、职称：秦斌教授学科专业：电气工程研究方向：复杂机电系统的信息集成和协调控制湖南工业大学二〇一八年六月十二日摘要城市轨道交通具有占地面积少、无污染（或少污染）、载客量大、速度快、乘坐舒适、安全准点等特点，大力发展和规划建设高效节能的绿色环保交通、打造以轨道交通为核心的城市公共交通新布局和新服务体系已成为全人类的共识。地铁运行区间距离短，启动、制动频繁，牵引加速阶段需要较大的启动功率，其制动时会产生大量的再生制动能量，如何抑制牵引网压较大波动和

2、有效回收制动能量，改善列车牵引和制动特性、降低牵引变电站输出能耗和提高能源利用率，是目前轨道交通领域的研究热点问题。基于此背景，论文本着更具节能性原则，以地铁超级电容储能系统为主要研究对象，对超级电容储能系统的充放电控制策略和多套储能系统的能量流动管理和协调配合控制等问题展开研究。首先，搭建了基于24脉波整流机组和三电平逆变器的永磁同步电机矢量控制系统的地铁牵引供电和牵引传动系统实验仿真平台，模拟地铁列车实际运行工况，对实验仿真平台的各个环节进行了详细的原理论述和模型建模。然后，从超级电容器组储能机理和阵列设计到双向DC

3、/DC变换器(Bi-directionalDC-DCConverter，简称BDC)均作了详尽介绍和建模分析，建立起储能系统的数学模型，并设计了基于BDC功率变换器的具有能量双向流动特性的超级电容器组充放电控制策略。最后，分析了传统储能系统控制策略的不足，基于储能系统节能效果最优和利用程度均衡原则，论文提出了基于动态调节和协调控制的地铁超级电容储能系统能量流动管理和多套超级电容储能系统协调配合的改进型新型控制策略，利用Matlab/Simulink软件进行仿真实验对比和分析，实验结果表明，通过动态调整储能系统充放电阈值和

4、协调控制多套超级电容储能装置间能量流动，整体上提高了储能系统的牵引网稳压和节能效果，各储能系统利用程度趋向于均衡。关键词：城市轨道交通，再生制动，三电平逆变器，永磁同步电机，超级电容储能系统IABSRTACTTheurbanrailtransithasthecharacteristicsofsmalloccupationofland,lessornonpollution,vastcapacity,fastspeed,excellentridecomfort,safetyandreliability,punctuality

5、ontimeandsoon.Vigorouslydevelopingandplanningtheconstructionofenergy-efficientandgreenenvironmentaltraffic;buildingnewlayoutandnewservicesystemforurbanpublictransportwhichbasedonurbanrailtransitconstructionasthecore;ithasbecometheconsensusofpeopleallovertheworld.

6、Thetrainstartandbrakeveryfrequently,becauseofshortdistanceinarunninginterval,thetrainneedslargerstartingpowerinthestageoftractionaccelerationandregeneratesthebraketoproducethemassiveenergy.HowtorestraingreaterfluctuationofDCtractionnetworkvoltageandeffectivelyrec

7、overbrakingenergy,improvetheperformanceoftraintractionandbraking,reducetheoutputenergyconsumptionoftractionsubstation,andencourageenergyefficiencyhasbeenahotissueinthefieldofrailtransportation.Basedonthisbackgroundandtheprincipleofmoreenergysaving,takingthesuperc

8、apacitorenergystoragesystem,whichisappliedinsubway,asthemainresearchobject,thispaperstudiesthecharginganddischargingcontrolstrategyofthesupercapacitorenergysto