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城市轨道交通车辆再生制动能量利用技术比较研究
| 论文题名： | 城市轨道交通车辆再生制动能量利用技术比较研究 |
| 关键词： | 城市轨道交通车辆;再生制动能量;资源回收;仿真分析 |
| 摘要： | 城市轨道交通车辆的制动能量相当可观，研究如何将其回收利用，将牵引网电压波动控制在允许范围内，不仅与经济有直接关系，更是建设我国节能、低碳社会的重要一环，这对缓解当前国内外能源短缺的现状具有重要的现实意义。 本文通过对比多种制动能量回收方案的发展现状及各自优缺点，选择基于超级电容的车载式与地面式储能系统作为研究对象。以深圳地铁5号线车辆为原型进行仿真，分析了列车在不同运行条件再生制动能量时间短、功率大、幅值高等特性，以及牵引变电所、牵引网能流和相关损耗的特点。 根据功率约束及能量约束，在放电深度为50％的情况下，确定了车载式与地面式超级电容储能装置的容量配置方案。本文考虑到列车制动时功率冲击较大的特点，选取双向DC/DC变换器拓扑结构为多通道交错并联方式。采用了基于线网电压及超级电容组SoC的储能控制策略并分别对车载式、地面式超级电容储能系统进行了仿真分析，验证了两种储能方式都可有效抑制牵引网电压波动，降低牵引变电所能流，几乎避免了制动电阻消耗制动能量，使得再生制动能量得到有效利用，证明了超级电容储能系统应用于城轨车辆的可行性及控制策略的正确性。 本文对车载式与地面式储能系统的优缺点进行综合比较，由于车载式储能装置可大幅度减小线路损耗且对制动能量利用率达94.46％等明显优势，选定车载式超级电容储能系统为回收城轨车辆再生制动能量的最好方式。并对其环境效益、成本及经济效益作出分析，得出列车配置车载超级电容储能装置后，4年即可节约回成本开始盈利的结论，认为无论从环境效益还是经济效益角度出发，城市轨道交通车辆配置车载超级电容储能装置都是十分有意义的。 设计了基于GUI环境的城轨交通车辆运行计算系统操作界面，用户可自行设定车辆参数、线路参数等信息，以完成对列车牵引能耗及制动能量的理论计算，并验证了其可靠性高、操作简单、系统开放等优势。 论文最后对超级电容组储能控制策略进行样机实验，搭建了DC/DC变换器主电路和单片机控制电路，编写了单片机控制程序对实验样机进行了充、放电及切换测试，在切换过程中，系统动态响应较好。 |
| 作者： | 闫小伟 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 郭世明 |
| 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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