基于超级电容的地铁再生制动能量存储利用研究

地铁列车再生制动时产生可观的再生电能,对这部分再生制动能量进行吸收和利用,是在城市轨道交通领域提高能源利用率的举措,节能的同时也起到保护环境的作用,随着地铁建设的加快和储能技术的发展,这方面的研究显得日益重要。作为具有许多优良特性的储能元件,超级电容近年来发展迅速,本文的研究以吸收站形式的超级电容能量存储系统(SCESS)为核心内容,主要包括以下几个方面： 结合动力学分析和制动特性曲线方法,定量仿真计算出列车再生制动能量大小,以此为基础,设计储能系统的电容量等参数和储能阵列的串并联方式。对超级电容串并联组成的储能阵列,介绍了电压均衡措施。通过分析系统的功能需求,确定了变换器的结构和工作模式。 论文建立超级电容储能系统的数学模型,详细分析其工作原理,为了达到吸收站SCESS存储能量和稳定网压的功能需求,研究设计了电压电流双环控制结构,实现对双向DC.DC变换器的控制。并在此基础上,设计了一种新的带限流限压闭环的三环控制结构,当临近超级电容电压限制值时采取限流限压控制策略,在最大限度利用超级电容容量的同时,有效控制其电压在限制值以内。论文还设计了辅助的逆变电能利用单元,通过分析逆变器的数学模型,得到超级电容电压和逆变输出电压的线性关系,进行了以调制度为控制量的控制器设计 最后利用MATLAB/SIMULINK仿真软件建立系统模型,通过仿真,表明本文所设计的控制策略实现了对SCESS储能和释能工作模式有效、快速地控制,系统起到了稳定网压、存储能量的作用,三环控制结构也有效地起到限流限压作用。对辅助的逆变电能利用单元,仿真验证了其功能。仿真结果说明了本文系统设计、数学模型和控制策略的正确性和有效性。结合仿真结果,还对系统的节能效果进行了分析评价,对制动能量回收效率、系统容量利用率的影响因素进行了分析讨论。