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有轨电车燃料电池/超级电容混合动力系统建模与仿真
| 论文题名： | 有轨电车燃料电池/超级电容混合动力系统建模与仿真 |
| 关键词： | 有轨电车;混合动力系统;燃料电池;超级电容;仿真模型 |
| 摘要： | 世界经济的快速发展不仅对能源的依赖程度越来越大，以石油、天然气、煤炭为代表的传统能源匮乏现象越发明显，而且传统能源的大量使用造成了严重的空气污染、水污染等一系列问题，严重的影响着生态环境和经济的可持续发展。近年来，燃料电池由于其功率密度高、环境友好性等优点开始进入人们的视线。 城市化的不断推进和城市人口的剧烈增长也造成了严重的环境污染、交通堵塞等问题，发展公共交通、坚持可持续发展的绿色交通是解决这些问题的有效措施。燃料电池混合动力现代有轨电车由于其载客量大、尾气排放的无污染、能耗低等优点引起了社会的关注。 本文主要对燃料电池与超级电容的混合动力有轨电车的整车建模、构建适合于有轨电车的运行工况、在不同控制策略下对整车进行了仿真分析。本文的主要工作如下: (1)考虑到燃料电池混合动力有轨电车的运行区间、适用场景和燃料电池输出特性的问题，构建了适合燃料电池/超级电容混合动力有轨电车运行的仿真行驶工况，并与ADVISOR仿真软件相互关联。 (2)通过比较蓄电池和超级电容的功率输出特性，并结合质子交换膜燃料电池动态响应较慢、输出特性较软的特点，选择功率密度更大的超级电容作为混合动力系统的辅助能量源。分析燃料电池和超级电容组成的不同拓扑结构的优缺点，最后根据实际情况和仿真控制难度选择了本文中所用的并联拓扑结构和参数。 (3)通过构建完成的运行工况，完成有轨电车的牵引电机、主能量源燃料电池、辅助能量源超级电容的参数的确定。 (4)分析了燃料电池/超级电容混合动力有轨电车的动力部分的工作原理并建立仿真模型。针对ADVISOR独特的仿真方式，对有轨电车整车进行了力学分析，建立整车动力学模型，同时建立牵引电机模型、燃料电池功率-效率模型、超级电容模型。 (5)分析了功率跟随控制的模式切换和能量管理策略，完成了在文中所构建的工况下的整车性能仿真，得到了燃料电池、超级电容、牵引电机等部件的输出功率等工作曲线，并通过计算得出了有轨电车中主要部件的工作效率。 (6)完成了基于以电机需求功率和超级电容SOC值为双输入、比例系数K为单输出的模糊控制策略的设计，嵌入到ADVISOR软件中，并以此作为控制策略对混合动力有轨电车进行仿真分析。仿真结果表明:功率跟随控制策略在控制燃料电池输出稳定性和波动性方面有一定的优势，在整个过程中燃料电池的动态负荷较小;但模糊逻辑控制策略不仅能够满足工况的功率需求，同时也使得整车的经济性和动力性得到了很大的提升。 |
| 作者： | 雷霄 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 戴朝华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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