地铁再生制动能量利用方案研究

摘要

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，我国城市轨道交通明显满足不了社会的要求。在这种背景下，地铁作为城市轨道交通的主力军，其载客量大、通勤时间短和不占用地面空间的优势就凸显出来了。地铁交通的站间距很短，频繁的启停会产生大量的制动能量，为了响应绿色环保的时代主题，本文的研究内容就是围绕如何选择出最高效、节能和经济的地铁再生制动能量循环利用方案所展开的。
　　首先，本文从地铁牵引传动系统入手，分析了地铁的24脉动整流技术，并且对其进行了仿真验证。从逆变器-电机的驱动控制技术出发，结合地铁列车的实际运行参数在仿真软件中搭建了电气传动模型。同时，还以列车的动力学作为理论基础，结合实验线路计算得到了列车进行正常制动时所产生的再生电能总量，进一步阐述了再生能量循环利用的必要性。
　　其次，系统分析了超级电容储能型再生制动能量利用方案，并根据方案所需的功能模块进行了相关的参数计算。在此基础上，对双向DC-DC变换器进行了控制方案的设计，选择了SoC和牵引网电压联合的整体控制策略，并且在仿真软件中搭建了系统仿真模型。
　　紧接着，本文还针对逆变回馈装置的基本原理，选择了合适的DC/AC逆变器控制方案，以此完成对逆变回馈方案主电路的设计。在逆变完成后，根据要求对波形进行滤波处理，并将逆变后电流的流向分为0.4kV动力电压和35kV中压网络。在仿真软件中建立了0.4kV动力电压方案的仿真模型，根据所得仿真波形详细分析了相关电压、电流的波动情况。
　　最后，结合实验线路的实际情况，提出了基于恒压吸收和多台无交互并联技术的35kV中压网络逆变回馈方案是能够综合考虑成本和效率的合理利用方案，并搭建了仿真模型进行仿真分析，通过实验线路的运行实测数据可以论证该方案的可行性、合理性和经济性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文主要工作

第2章 地铁列车牵引传动系统建模

2．1 地铁列车阻力及动力学分析

2．2 牵引变电站简介

2．2．1 多脉动整流装置理论分析

2．2．2 24脉动整流器的建模和仿真

2．3 地铁列车车辆建模分析

2．3．1 牵引网简介

2．3．2 SVPWM原理分析

2．3．3 异步牵引电机的驱动控制技术简介

2．4 地铁列车牵引制动系统建模和仿真分析

2．4．1 地铁列车以60km／h的初速度进行制动仿真分析

2．4．2 地铁列车以80km／h的初速度进行制动仿真分析

2．5 本章小结

第3章 超级电容储能应用于再生制动能量利用方案的研究

3．1 超级电容储能系统简介

3．1．1 超级电容电路模型

3．1．2 超级电容的充放电特性

3．1．3 超级电容储能系统的工作原理

3．2 储能系统结构与参数设计

3．2．3 双向DC-DC变换器的控制策略分析

3．3 牵引网压与SoC联合控制策略

3．3．1 储能指数(SoC)

3．3．2 牵引网闽值电压设定

3．3．3 储能状态SoC和线电压的联合控制策略

3．4 基于电感参考电流值的超级电容器控制方法

3．4．1 充电状态下电感参考电流的控制方法

3．4．2 放电状态下电感参考电流的控制方法

3．5 超级电容储能系统的仿真分析

3．5．1 超级电容用于再生制动方案的主电路建模

3．5．2 系统仿真波形分析

3．6 本章小结

第4章 逆变回馈应用于再生制动能量利用方案的研究

4．1 逆变回馈方案概述

4．2 DC-AC逆变器简介

4．2．2 DC-AC逆变器控制策略分析

4．3 m型低通滤波器简介

4．4 三相逆变器的控制策略

4．4．1 电流内环设计

4．4．2 电压外环设计

4．5 逆变回馈到动力电网再生系统仿真分析

4．5．1 动力电压逆变回馈方案建模

4．5．2 仿真波形分析

4．6 本章小节

第5章 地铁再生制动能量利用方案选择

5．1 地铁再生制动设计方案比选

5．1．1 列车牵引与制动能量流分析

5．1．2 列车再生制动方案优缺点对比

5．1．3 逆变回馈具体方案比选

5．2 无交互多台并联中压网络逆变回馈方案设计

5．2．1 方案概述

5．2．2 基于恒功率吸收的无交互多台并联中压逆变回馈方案

5．3 逆变回馈到中压电网系统的仿真分析

5．3．1 逆变回馈到35kV母线电网方案建模分析

5．3．2 仿真波形分析

5．4 逆变回馈型装置经济效益及附加效益分析

5．4．1 经济效益分析

5．4．2 附加效益分析

5．5 本章小节

结论与展望

致谢

参考文献