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基于城市轨道交通车辆的超级电容储能系统的研究

论文摘要

在城市轨道交通系统中,如何稳定直流电网电压波动是个重要的研究课题,直流储能装置作为主要的解决方案越来越受到人们的关注,超级电容以其长寿命,高效率,低污染,免维护,快速充放电等优异特性得到广泛的应用。为此,本文对车载超级电容储能系统进行了研究,提出了稳定直流电压的控制方法。旨在为将来车载超级电容储能系统在城市轨道交通中的实际应用奠定理论基础。在城市轨道交通中,列车牵引或加速时,控制超级电容放电,可抬升直流电网电压;列车惰行期间,储能系统处于备用保持态;列车制动或减速时,超级电容充电,把电网上的多余能量传递给超级电容。通过以上三个状态的切换,即可避免直流电网电压大范围波动,改善供电质量。本文详细讨论并搭建了超级电容储能系统实验平台,通过控制直流电机负载,实验平台可完全模拟城市轨道交通供电系统。在此基础上,完成对储能系统的数学建模,经过对其传递函数的分析,采用电压、电流双闭环的控制方法,实现了超级电容储能系统对直流电压的稳定作用。本文还采用MATLAB/SIMULINK软件对超级电容储能系统进行了建模仿真,通过一系列的仿真结果表明所提出的控制方法在保证系统稳定性,快速性,精确性的基础上完全实现了稳压要求。最后,对储能系统的各部分硬件进行调试,实验结果表明超级电容储能系统实验平台的硬件设计完全达到了预期效果。

论文目录

  • 致谢
  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 电能存储装置的比较
  • 1.1.1 蓄电池
  • 1.1.2 飞轮储能
  • 1.1.3 超级电容
  • 1.2 储能装置在城市轨道交通中的应用
  • 1.2.1 稳定直流电网电压
  • 1.2.2 防止再生失效
  • 1.2.3 提高高速区间电制动力
  • 1.2.4 省去部分架线
  • 1.3 课题提出及论文安排
  • 2 新型储能元件超级电容
  • 2.1 超级电容储能机理
  • 2.1.1 双电层电容器
  • 2.1.2 电化学电容器
  • 2.2 超级电容的性能特点
  • 2.3 超级电容应用于城市轨道系统的优势
  • 3 超级电容储能系统的硬件设计
  • 3.1 交-直-交硬件实验平台的设计
  • 3.1.1 实验平台的硬件选择
  • 3.1.2 牵引特性曲线的设计
  • 3.2 双向DC\DC变换器的设计
  • 3.2.1 双向DC/DC变换器主电路分析
  • 3.2.2 双向DC/DC变换器主电路参数的设计
  • 3.3 超级电容器组的设计
  • 3.3.1 超级电容的串并联特性
  • 3.3.2 超级电容器组的容量的确定
  • 3.4 超级电容储能系统控制电路的设计
  • 4 超级电容储能系统控制策略的研究
  • 4.1 双向DC/DC变换器数学模型的建立
  • 4.2 双向DC/DC变换器的传递函数
  • 4.3 电压、电流双闭环PI控制设计
  • 5 超级电容储能系统实验及仿真研究
  • 5.1 数字定标
  • 5.2 超级电容储能系统控制策略的软件设计
  • 5.3 超级电容储能系统硬件调试
  • 5.4 超级电容控制策略的仿真分析
  • 6 结论与展望
  • 6.1 结论
  • 6.2 今后工作展望
  • 参考文献
  • 作者简历
  • 学位论文数据集

    • 相关论文文献

    本文来源: https://www.lw50.cn/article/52ef5faa52c245692cdefe50.html