基于车载储能的轻轨车辆联合供电系统研究

由于轻轨交通具有运量大、方便快捷、安全性高等优点,与地铁相比造价低廉,所以近年来轻轨交通在世界各国的大、中城市发展十分迅速。传统轻轨车辆的制动方式一般为电阻耗能型制动或机械制动,大量制动能量以热能形式耗散掉,造成巨大的能源浪费。因此如何利用储能技术来回收列车的制动能量,降低列车的运行能耗成为了世界轻轨交通的研究热点。 近两年功率型钛酸锂电池的出现,使得锂电池的功率密度、充放电速率、循环使用次数等性能均得到大幅提升。功率型钛酸锂电池在回收轻轨列车制动能量、防止发生再生失效、实现无馈电线运行等方面有着独特的优势和良好的发展前景。因此,本论文将围绕车载钛酸锂电池储能系统的能量管理、控制策略、仿真平台搭建、容量配置以及经济效益等问题进行深入研究。 首先,文章对轻轨交通的储能技术进行了概述,并对功率型钛酸锂电池的充放电性能进行了实验分析。车载钛酸锂电池储能装置主要由双向DC/DC变换器和锂电池组两部分组成,本文详细分析了双向DC/DC变换电路的工作原理和参数设计。 基于典型直流网压控制策略的一些不足,本文提出了一种SOC优化型的车载锂电池储能装置控制策略。该策略从功率的角度对锂电池进行充放电控制,可以更加直接的实现锂电池的能量管理。此外,这种控制策略还可以在锂电池电量不足或接近充满电时实现储能装置的“软切除”,从而避免快速切除储能装置时带来的一系列“阶跃”型电压和电流,有利于系统的稳定和安全运行。文章中也搭建了相应的单车和多车仿真模型并利用半实物硬件实验平台对改进后的控制策略进行了仿真和实验的双重验证。 最后,本文基于上述研究成果,以日本轻轨线路和车辆的实际参数为例,对车载锂电池储能装置的容量配置进行优化,力求整个系统的经济效益最大化。并全方位的对锂电池车载储能系统回收列车制动能量、稳定直流网电压的效果进行评估。