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原文传递混合动力列车复合电源系统的研究

论文题名：	混合动力列车复合电源系统的研究
关键词：	混合动力列车;复合电源;蓄电池;超级电容;能量管理系统
摘要：	由于城市轨道交通对优化城市空间结构、缓解城市交通拥挤、保护环境等方面的积极作用，随着城市化进程加快，人们对城市轨道交通的要求也越来越高。传统城市轨道交通全程架设接触网的供电方式容易造成安全事故且影响城市美观，而目前通过再生制动方式进行能量供给的方法，由于其依靠相邻车辆吸收剩余能量，能量利用率低，并且多余能量被制动电阻消耗，增加了散热系统的负担。因此，发展以车载储能设备为列车供能的新型混合动力列车可以降低轨道架设接触网的规模，并解决制动能量利用率低的问题，对城市交通的发展及城市规划具有重大意义。　　蓄电池与超级电容是本文研究复合电源的主要组成部分。蓄电池作为传统储能部件，具有比能量高，输出电压稳定的优点，但是它的功率输出范围有限。超级电容器是近年来发展较迅速的一种储能部件，具有高功率密度、充放电迅速、循环寿命长等优点，但比能量较低。本文作为混合动力列车电源技术的初步探索，针对混合动力列车电源的实际需求，在深入研究两种储能部件的充放电性能基础上，设计合理的电源结构并制定相应的能量管理功率流分配策略，为使用电网-蓄电池-超级电容作为能量供给模式的混合动力列车研究奠定了基础。论文的主要工作包括: 　　(1)结合混合动力列车储能部件的工作特性，针对不同的测试工况，制定了完整的储能部件测试流程。在测试实验基础上，分阶段研究了不同充放电倍率下磷酸铁锂电池的电压特性、电流特性和容量特性，验证了满足列车电源选型要求的电池参数，并为电池充放电策略提供了依据。　　(2)针对超级电容的充放电特点，在不同大小电流下进行超级电容充放电实验，对其电压、电流、容量和内阻进行测定。在实验基础上，分析了不同充放电电流下超级电容的电压特性、电流特性和能量特性，验证了满足列车电源选型的超级电容参数，并为超级电容充放电策略提供了依据。　　(3)根据混合动力列车运行工作需求和储能部件特性，设计了复合电源系统结构，制定了能量管理功率流的分配策略。在该策略指导下，详细分析了系统的各种工作模式，以满足列车不同工况需求。对控制能量流动的关键部件DC/DC变换器结构和工作原理进行分析，设计了变换器的双闭环控制结构，保证了输入输出能量的稳定。　　(4)根据列车性能需求和储能源单体参数，从能量和功率的角度对能量源串并联结构进行配置。在Matlab/Simulink下，构建了以能量管理模块、双向DC/DC变换器模块、蓄电池模块、超级电容器模块组成的复合电源系统仿真模型。首先通过设定不同功率需求仿真，测试了控制器性能和电源系统的基本功能;然后通过爬坡、续航、启动加速和制动回馈等典型工况下的仿真分析，验证了能量管理策略的合理性和复合电源系统的可行性。
作者：	彭然
专业：	载运工具运用工程
导师：	张继业
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文