轨道交通混合能源动力系统实验平台的研究与实现

轨道交通迅猛发展对电力能源的需求越来越大,为减少能耗、降低运营成本,储能技术在轨道交通领域的应用成为近年来研究的热点,将储能系统充当动力源,在车辆牵引时输出能量,在车辆制动时吸收能量。为给轨道交通储能系统的前期研究及后期验证提供实验条件,本文结合轨道交通实际运行工况、功率参数、容量配置等条件,围绕储能元件特性、变流器系统设计展开,具体研究内容和工作如下：首先,分析储能系统需求。由于轨道交通车辆运行工况特点和储能元件的特性,单一储能元件无法充分满足车辆的功率和能量需求,需要将功率型和能量型储能元件互补使用以匹配列车动力系统的功率和能量需求。结合储能元件特性以及轨道交通实际需求,列举和分析不同拓扑间的优势和劣势,出于系统完整性的考虑,选取双DC/DC变换器拓扑结构进行下一步的研究和实现。其次,搭建混合储能系统容量配置仿真模型。首先建立锂离子电池和超级电容的单体等效电路模型,搭建Matlab仿真,将仿真结果对比实际充放电实验数据以验证仿真模型的准确性；其次,将储能元件单体模型封装成组,建立混合储能系统容量配置仿真模型,为储能系统容量的优化配置提供实验条件。最后,搭建混合储能系统实验平台。以轨道交通直流母线电压等级DC750V的一半DC375V为基础,选取锂离子电池和超级电容作为储能元件,以双DC/DC拓扑为实验平台模型,dSPACE为控制器,将实际计算得到或者实际采集到的列车功率曲线数据作为输入,搭建具有牵引耗能和制动馈能的轨道交通混合动力系统实验平台。本文提出的轨道交通混合能源动力系统实验平台为储能技术的研究提供了前瞻性的试验条件和验证性的实验平台,为轨道交通混合储能系统的运行情况作出了分析和评价。