基于超级电容器的城轨再生制动储能仿真研究

摘要

在城市轨道交通中,列车处于再生制动工况时,能量从列车反馈至牵引网,这将会引起电压的抬升。为了避免这一现象,国内目前主要采用吸收电阻将列车制动产生的能量吸收,但同时会造成隧道温升和能量的浪费。如何将再生制动能量回收利用成为业内关注的热点之一。
　　 本文首先介绍了城市轨道交通再生制动原理,通过仿真,发现城轨再生制动时间短、能量幅值大、回收价值高。文章将超级电容器这一新型储能元件引入城市轨道交通的再生储能系统,介绍了超级电容器的结构和等效模型,仿真研究了其充放电特性。
　　 其次,为了实现了再生制动能量在城轨列车与超级电容器之间的双向流动,本文引入了非隔离式半桥型双向DC／DC这一功率变换器,根据城轨列车牵引、惰行、制动等不同工况,建立了双向DC／DC变换器的数学模型,并研究了它的控制策略。
　　 再次,文章以广州地铁4号线的车辆满载情况下产生的再生制动能量为参考数据,对储能装置的具体参数进行设计,利用MATLAB／SIMULINK建立仿真模型,并进行了能量回收效率分析,验证了超级电容器储能装置应用在城市轨道交通的可行性。
　　 最后,文章将储能装置进行了改进,有效避免了再生制动能量溢出而引起牵引网电压二次抬升。文章还对此保护方案进行了仿真,验证了这种改进方案的可行性。另外,针对国内750V、1500V两种不同电压制式的城轨供电系统,文章还设想了一种可适应不同电压制式的储能方案。