模块化城市轨道交通再生制动储能系统研究与设计

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1、密级：公开论文类型：应用研究工程硕士学位论文模块化城市轨道交通再生制动储能系统研究与设计ResearchandDesignofModularRegenerativeBrakingEnergyStorageSystemforUrbanRailTransitTrain培养单位：电气与电子工程学院专业领域：电气工程学生姓名：于正航校内导师：马月辉教授校外导师：刘占阳高工二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含

2、其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部

3、或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要随着城市化进程的不断推进，城市轨道交通凭借速度快、运量大、正点守时、安全稳定等优势成为治理城市交通堵塞问题最为重要的方法之一。地铁列车运行具有站点间距近，启停频繁的特点，制动过程中若动能未被有效利用会造成极大的能源浪费。基于此，本文将现有的再生制动能量利用方案进行分析比对，结合超级电容充放电速度快的特点，对基于超级电容的再生制动储能系统进行研究与设计。当地铁列车制动时储能系统吸收多余的再生制动能量，待列车启动时释放到接触网，实现地铁列

4、车制动能量的再利用，并达到稳定接触网电压的目的。通过搜集国内外文献资料，介绍了地铁列车牵引供电方式、制动方式。对列车制动过程进行受力分析，结合动能变化，计算出单次制动可获得的再生制动能量大小。采用模块化储能系统设计，将储能系统分为4个独立的储能模块，以级联的方式分担接触网侧电压。采用锂离子超级电容作为储能单体元件，对储能模块内部锂离子超级电容排列阵列进行设计，使其在高压大电流工作环境下仍具有较高的可靠性。作为在接触网与储能部分间起沟通作用的双向DC/DC变换器，通过多重化拓扑结构设计，有效降低了电流波动率。设计电流

5、截止负反馈控制方式实现对再生制动能量流动方向的控制。通过Simulink仿真软件对拓扑结构和控制策略仿真分析，结合实验平台测试，验证了设计的可行性。为解决4个储能模块间电压不均衡的问题，设计均压电路，提出了滞环宽度可变的恒频控制策略，结合能量预估算法减少均压能量在各模块间频繁流动造成的损耗，达到了快速、高效均衡四个储能模块间电压的效果。通过模拟仿真并进行小系统均压测试，证明了设计的正确性。关键词：城市轨道交通；再生制动；超级电容；模块化设计；均压电路AbstractWiththecontinuingdevelopm

6、entofurbanization,urbanrailtransitdependsontheadvantagesofhighspeed,heavyload,punctuality,securityandstabilitybecameoneofthemostimportantwaystosolvethetrafficjamsinbigcities.Duetositeintervalclose,thesubwaytrainsstartandstopfrequentlyanditwillwastealotofenergy

7、ifwedon’trecyclethem.Sointhispaper,theexistingregenerativebrakingenergyutilizationprogramswillbeanalyzedandcompared,combinedwiththecharacteristicwhichultracapacitorchargeanddischargespeedy,regenerativebrakingenergystoragesystemhasbeenstudiedanddesigned.Whenthe

8、subwaytrainbrakes,theenergystoragesystemabsorbsexcessregenerativebrakingenergyandreleasetothecontactlinewhenthetrainstarts,realizedthereuseofbrakingenergyfromsubwaytrainsandstabili