城市轨道交通供电系统再生电能利用技术研究

论文摘要

近年来,智能电网的发展带动了特高压、风能等清洁能源、储能技术的发展,其中主要电能存储方式如:电池、超导、飞轮、超级电容器,以及多种储能结合的多元复合储能系统。如何利用合适的储能装置吸收利用再生制动能量是城市轨道研究的一个热点课题。飞轮储能系统作为集多种优势为一体的一种储能技术其发展非常迅速,本文在分析再生制动能量的基础上,提出利用飞轮储能系统吸收利用再生制动能量,提高再生制动能量的利用率和牵引供电网的可靠性与稳定性。本文首先建立城市轨道牵引供电系统再生能量反馈的基本分析模型,基于PSCAD/EMTDC以南京地铁一号线车辆运行数据为基本依据进行仿真,定量分析当前城市轨道交通再生制动能量反馈特征,以揭示再生制动能量对牵引网电压升高的影响,以及在无储能条件下制动电阻的动作特性。本文进而提出用基于永磁同步电机的飞轮储能系统调节牵引网再生制动能量,它是由储能电机和电压源型的DC/AC的PWM变流器组成。通过讨论永磁同步电机飞轮储能的原理、建模、控制、仿真等各方面的内容,并以电压为控制目标研究了飞轮在牵引系统列车的不同工况的能量传递关系。电机控制方面利用磁链矢量定向解耦控制方法;并以电压外环和电流内环的双环控制为基础,加入列车启动、制动的储能电机的能量吸放和牵引网压逻辑关系进行能量控制。最后文章通过时域仿真研究了飞轮储能在牵引供电的运行特性,验证了前文中讨论的飞轮工作原理和控制策略,提供了飞轮储能系统关键技术的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 城市轨道交通牵引供电系统
• 1.3 车辆制动及再生制动能量产生形式
• 1.4 馈网式再生制动能量吸收带来的相关问题
• 1.5 储能式再生制动能量吸收方式的应用及分析对比
• 1.6 飞轮储能系统在城市轨道交通中的研究应用概述
• 1.7 论文的主要工作
• 2 城市轨道交通牵引系统模型及再生制动能量分析及其利用
• 2.1 引言
• 2.2 机车运行特性及其数学模型
• 2.3 列车牵引特性及其控制
• 2.4 列车制动特性及其控制
• 2.5 机车运行能量仿真分析
• 2.6 可利用再生制动能量初步经济性分析
• 2.7 城市轨道交通牵引供电系统等效建模
• 2.8 无储能牵引系统反馈再生制动能量利用分析
• 2.9 无储能牵引系统反馈再生制动能量仿真
• 2.10 本章小结
• 3 牵引系统飞轮储能系统的关键技术的研究
• 3.1 引言
• 3.2 储能电机的选择
• 3.3 永磁同步电机结构及其数学模型
• 3.4 坐标变换矩阵
• 3.5 永磁同步电机的控制数学模型
• 3.6 逆变器双环控制策略
• 3.7 本章小节
• 4 飞轮储能牵引供电系统运行仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 联合仿真
• 4.3 本章小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献