城市轨道车辆超级电容储能再生制动技术研究

论文摘要

发展城市轨道交通是目前公认的解决城市交通拥堵问题的最佳手段。但是,城市轨道车辆也有一些问题亟待解决。其中就包括制动能量的回收和利用的问题。目前的城市轨道车辆运行线路的站间距比较短,列车的启动和制动频繁,列车制动时有几种常用的制动方式:空气制动、电阻制动、再生制动。但是空气制动和电阻制动是将列车的动能转化为热能散失到大气中,其制动能量得不到回收和再利用。而再生制动是将列车制动时的能量,转化为电能馈送到直流电网上,供其他列车牵引之用。但是在实际的运用中,由于直流电网的供电电压比较高,发车间隔比较长,在很多时候直流电网的电压时高于再生制动的允许电压的,再生制动的实现率较低。所以,需要设计一种新型再生制动方式以利用城市轨道车辆制动时的动能,解决城市轨道车辆再生制动实现率偏低的问题。随着储能装置技术的不断发展,大能量密度和功率密度的储能装置不断涌现,这就为解决上述问题开辟了一条蹊径。本文就是围绕着新型储能装置—超级电容器在城市轨道车辆电器制动系统中的应用展开研究,以超级电容器为储能元件,实现能再生制动的方法应用于实际。论文采用IGBT为开关元件设计了超级电容储能再生制动的主电路,以80C196单片机为核心,设计了储能再生制动系统的控制电路、保护电路构。对系统主要技术参数的确定方法进行了分析,并对设计的系统进行了运行实验。实验结果表明:本文提出的电路型式及控制方法能满足城市轨道车辆储能再生制动的基本要求,对储能再生制动的控制可以达到很高的精度,可以使得城市轨道车辆在常用工况下均能实现再生制动。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景和意义
• 1.1.1 我国城市轨道交通发展状况
• 1.1.2 目前我国城市轨道车辆制动方式
• 1.2 目前城市轨道车辆系统再生制动的基本形式
• 1.3 常见储能方式及超级电容储能的特点
• 1.4 本课题完成的主要工作
• 1.4.1 主电路及控制电路的设计及制作
• 1.4.2 储能再生制动系统控制方式的研究
• 1.4.3 系统控制程序的开发
• 本章小结
• 第二章 新型储能元件—超级电容器
• 2.1 超级电容的发展和现状
• 2.2 超级电容器的特性
• 2.3 超级电容器的基本原理
• 2.4 超级电容使用时的注意事项
• 本章小结
• 第三章 储能再生制动变流器主电路设计
• 3.1 储能再生制动系统主电路的总体要求
• 3.2 储能再生制动变流器电路形式
• 3.3 储能再生制动变流器主电路分析
• 3.3.1 双向DC—DC 变换单元
• 3.3.2 电阻制动工况
• 3.4 开关元件类型的选择
• 3.5 储能再生制动变流器主电路参数的选择
• 3.5.1 系统容量的确定
• 3.5.2 超级电容器组的设计
• N 参数的确定'>3.5.3 电抗器L_N参数的确定
• 3.5.4 储能再生制动变流器主电路开关元件参数的选择
• 3.5.5 制动电阻及制动电阻斩波器参数选择
• 本章小结
• 第四章 控制电路及保护电路设计
• 4.1 总体结构
• 4.2 MCU 的选择和外部扩展存储电路
• 4.2.1 16 位MCU 及外围扩展存储电路
• 4.2.2 8 位MCU 及外围扩展存储电路
• 4.3 复位电路
• 4.3.1 MCU 复位电路的设计
• 4.3.2 看门狗的清除
• 4.4 通信电路
• 4.5 工况给定电路
• 4.6 外部故障中断保护电路
• 4.7 模拟量输入电路
• 本章小结
• 第五章 程序设计
• 5.1 89C52 单片机的通信控制程序
• 5.1.1 选择通信方式
• 5.1.2 通信协议
• 5.1.3 波特率的设置
• 5.1.4 程序设计
• 5.2 80C196 的控制主程序
• 5.2.1 主程序设计
• 5.2.2 A/D 转换设置
• 5.2.3 高速输出HSO 中断子程序
• 5.2.4 保护子程序
• 5.2.5 EXINT（外部）中断服务程序
• 本章小结
• 第六章 运行实验
• 6.1 实验条件
• 6.2 储能再生制动工况
• 6.3 存储能量释放工况
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢