城市轨道交通再生制动能量利用技术研究

随着城市轨道交通系统的日趋普及和逐渐完善,城市轨道车辆制动能量的回收利用逐渐成为人们关注的焦点。城市轨道交通车辆在制动过程中会产生数量可观的制动能量,具有回收价值。为此,论文提出储能型、并网型、储能和并网相结合的三种制动能量回收方案,并进行仿真和实验的研究,制动能量回收技术实现再生电能回收的同时也维持直流牵引网电压的稳定,有效地防止城市轨道交通中电力负荷波动和再生失效问题,实现良好的经济效益和社会效益。 第一,论文搭建一个DC750V直流电气化铁路等效模型仿真平台,该平台采用矢量控制电机来模拟列车启动、惰行和制动过程对直流牵引网电压的影响,同时,为研究再生制动能量利用提供分析和验证工具。 第二,论文设计并网型再生制动能量利用系统回馈再生电能,在研究并网逆变控制时,给出DC-AC变换器的控制策略,设计了三相电压软件锁相环,分析了SVPWM的实现方法,通过仿真验证SPLL、DC-AC变换器控制策略的正确性和有效性。 第三,开发了一台DC-AC变换器,包括硬件电路和控制程序两部分的设计。结合实验室现有条件,搭建实验平台,重点对本文提出的控制策略进行验证,实验结果表明控制策略的可行性。 第四,论文设计超级电容储能系统为列车提供牵引或者吸收再生制动能量,分析该系统的组成及设计方法,建立该系统的数学模型,给出超级电容储能系统充放电控制策略,并进行仿真分析。搭建双向DC-DC变换器实验平台,完成储能系统Buck和Boost工作模式的实验。 第五,在分析再生制动能量全功率回馈和全储存方式优缺点的基础上,论文提出一种储能型再生制动能量并网系统,该系统减小了储能系统的容量、体积以及成本,且缓冲了制动能量并网回馈时对交流电网的冲击。给出并网优先和储能优先两种控制策略,并进行仿真对比,结果表明储能优先控制策略更适合应用于再生电能的回收利用。 最后,为有效利用超级电容存储的再生制动能量,提高储能装置的效率,设计辅助逆变电能利用单元,给出VF和PQ两种控制器的设计方法,并通过仿真和实验验证设计的辅助逆变电能单元合理性。