超级电容储能式无轨电车充电变流器控制策略的研究

摘要

由于传统控制方式容易受到弓轨接触不良的影响，导致电流剧增等诸多问题，近年来带有超级电容的无轨电车逐渐成为了城市交通的新兴趋势。因此，如何提升超级电容的充电控制性能成为研究热点。 论文以储能式无轨电车超级电容充电控制系统作为研究对象，基于无轨电车充电过程中由于弓轨接触不良引起的系统充电电流剧增的现象，分析了传统的PI控制在面对上述干扰时，存在的问题与不足。并对加入PI参数整定的非线性跟踪微分器的新型控制策略，进行了理论分析与研究。通过仿真对比证明了新型控制策略在发生弓轨接触不良而引起的扰动时，具有较强的抗干扰能力，控制更加稳定。 首先，介绍了论文的研究背景及意义，对超级电容的应用以及充电控制策略做了阐述。分析了充电控制的研究现状。描述了PI双闭环控制系统的主电路模型以及PI控制器的工作原理。分析了传统PI控制双闭环的结构与特点，并对该控制方法进行了充电仿真，在给定充电目标以及参考电流的情况下，加入由弓轨接触不良所引发的对系统负载的变化。实验结果表明传统PI双闭环控制下的超级电容充电过程中受到由弓轨接触不良引起的干扰较大，导致系统负载突变。 其次，提出了一种新型的充电控制策略采用外环电压环PI参数整定，内环电流环非线性微分跟踪器的双闭环控制策略。外环在加入了PI参数整定之后，系统的PI参数更加准确，有利于控制系统的稳定。而采用非线性跟踪微分器的内环电流环通过对输入与反馈的微分及跟踪能够使得系统的抗扰动能力增加。同时建立非线性控制策略的充电仿真模型，在仿真中加入由于负载变化所引起的扰动，并对其进行仿真。验证了新型的控制方法提高了控制响应速度，减少系统由弓轨接触不良所引起的负载变化，以及系统自适应能力更强。 最后，通过搭建系统控制平台，对两种控制算法进行不同的实际工况下的充电实验。通过对比分析两种控制策略的结果，验证所提控制方法有效性。

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