城市轨道车辆电气制动能量建模及分析

摘要

城市轨道交通的迅猛发展,势必对节能提出更高的要求,城市轨道交通列车在发生再生制动时会有部分制动能量再次被吸收利用,减少在隧道中能量的浪费,目前也有相关能量回收方法和装置的研究。因此,为了给中国城市轨道交通车辆运行节能评估提供理论依据和为城市轨道交通列车制动能量回收装置提供理论支持和数学依据。本论文建立城市轨道列车的电气制动能量模型,有效分析列车电气制动时再生制动能量所占总电气制动能量的比例。
　　本文首先剖析城市轨道交通牵引供电系统,研究列车牵引理论,得出列车运行的方程。研究城市轨道交通车辆的制动系统,同时对列车运行状态和状态间的转化过程进行了全面分析,确定本文建模及仿真的牵引策略;其次建立城市轨道交通车辆牵引供电系统模型和列车制动能量模型。对城轨交通车辆的能耗进行分析,根据牵引供电系统的简化模型进行牵引网的拓扑结构模型的建立,用节点法得出列车导纳矩阵和方程组,列出直流牵引网络具体求解流程图。进而根据列车发生再生制动与电阻制动条件建立列车制动能量模型;再次进行算例分析,即通过车辆配置信息、列车负载数据及实测地铁的运行时间的相关参数,根据上海地铁二号线的实际线路条件进行MATLAB仿真;最后详尽分析上海地铁二号线的测试数据,对各个运行区间内的再生制动能量,电阻制动能量进行计算,将结果与仿真数据进行对比,并分析出现误差的原因。
　　仿真结果表明:在发车间隔200s内,计算区间内再生制动能量为电气制动总能量的71.8％,电阻制动占电气制动总能量的28.2%;通过与测试数据的对比,可说明城市轨道交通电气制动模型的有效性。该模型可以为车辆制动电阻设计提供有效研究依据。

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第一章 绪 论

1.1引言

1.2 国内外城市轨道交通现状概况

1.3 本文的研究意义及主要工作

第二章 列车牵引供电系统与制动系统理论分析

2.1 城市轨道交通供电系统的构成

2.2 牵引供电系统与运行方式

2.3 列车牵引计算理论研究

2.4 城市轨道交通列车制动系统

2.5 列车运行状态分析

2.6 列车牵引策略

2.7 本章小结

第三章 城市轨道交通列车制动能量模型

3.1 城市轨道交通列车能耗分析

3.2 牵引供电系统模型简化

3.3 牵引网拓扑结构模型

3.4 电气制动能量求解模型

3.5 本章小结

第四章 上海地铁二号线算例研究

4.1 上海地铁二号线车辆技术参数

4.2 上海地铁2号线线路状况

4.3 MATLAB/SIMULINK仿真结果

4.4 本章小结

第五章 与上海地铁二号线实测数据分析对比

5.1 测试方案

5.2 测试数据分析

5.3 能耗的计算与分析

5.4 仿真结果与测试数据对比及分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢