城轨交通牵引供电系统电阻制动控制策略的研究

摘要

随着经济建设的蓬勃发展，各种运输量增加很快，特别是市内客流量成倍或成几十倍的增长，加上城市基础设施建设相对滞后，导致公共交通问题越来越突出，严重的影响了经济建设的进程。目前城市轨道交通已成为国际上一些发达国家和地区解决城市交通难的有效措施。制动系统作为交通工具的重要系统，直接涉及到车辆的运行性能和安全，影响乘客的舒适度。制动性能的好坏还直接关系到车辆运行速度的提高、运能的增长。因此，车辆制动系统类型的选择、性能尤为重要。 本文分析了城市轨道交通牵引供电系统的结构及其数学模型、再生制动的原理及剩余能量的处理方式，分析了一种考虑地面电阻制动的直流牵引供电仿真分析方法。通过建立直流母线设有电阻制动装置的牵引变电所模型，分析了再生制动能量的吸收过程和不同的地面制动电阻开启电压对再生能量的利用率和牵引网电压的影响。 在该算法的基础上，利用MATLAB／SIMULINK建立直流侧电网模型，通过和M文件编写的直流侧算法进行交互，实现了城市轨道交通直流侧潮流计算，并分析了直流侧母线电压的收敛特性和影响牵引变电所直流侧母线电压的因素。 仿真和结果的校验表明：升高开启电压会使变电所总的输出能量减少，提高再生能量的利用率，同时也提高了牵引网的电压；反之，降低开启电压，可限制牵引网的电压，但变电所吸收的能量也相应增多。通过仿真的结果，验证了该系统的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1城市轨道交通的现状及发展意义

1.2城市轨道交通电气制动方式及研究的必要性

1.3本课题的主要任务

1.4 MATLAB/SIMULINK软件简介

本章小结

第二章城市轨道交通牵引供电系统及其数学模型

2.1城市轨道交通牵引供电系统的构成

2.2交流侧系统

2.2.1交流侧变电所

2.2.2交流侧网络拓扑

2.3整流机组

2.3.1整流电路

2.3.2牵引变电所的电路等效

2.3.3交直流变换的稳态数学模型的近似描述

2.4直流侧牵引供电系统及数学模型

本章小结

第三章直流供电回路的仿真模型搭建

3.1仿真模型的结构框图

3.2电气车辆的牵引计算

3.2.1车辆牵引力

3.2.2车辆行驶阻力

3.2.3制动力

3.2.4列车运动方程的建立

3.2.5列车运行工况选择和进站制动

3.3牛顿迭代法与牛顿法的改进

本章小结

第四章城市轨道交通制动策略分析

4.1城市轨道交通基本制动方式

4.2再生制动原理

4.2.1交流牵引系统的再生制动

4.2.2直流牵引系统的再生制动

4.3再生制动能量分析

4.3.1地面电阻制动

4.3.2考虑地面电阻制动的牵引变电所外特性曲线

4.4制动能量吸收系统中的PID控制

4.4.1 PID控制系统原理

4.4.2励磁电流的PID校正

4.4.3制动电流的PID控制

本章小结

第五章牵引供电直流侧仿真计算及结果分析

5.1传统直流牵引供电计算方法及其特点

5.1.1平均运量法

5.1.2梯形法

5.2考虑地面电阻的直流侧牵引供电仿真算法

5.3程序流程

5.4算例仿真

5.4.1牵引变电所处于牵引工况

5.4.2部分变电所解列工况

5.4.3地面制动电阻吸能工况

5.4.4校验程序及结果验证

本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢