城轨列车再生制动的节能控制系统研究

摘要

城轨列车处于制动状态时，会产生可观的再生制动能量并反馈到牵引网，但同时也造成了牵引网压的抬升。因此将牵引网电压控制在允许波动范围内的前提下对制动能量回收利用，不仅提高了经济效益，更对缓解能源紧缺的现状具有重要意义。本文提出PMSM牵引下的城轨再生制动超级电容储能控制策略，对城轨牵引传动和超级电容再生制动储能控制相结合进行分析研究。　　首先分析列车的五种再生制动能量吸收方式的利弊，采用较占优势的超级电容储能方式。对24脉波整流牵引变电站、永磁同步电机SVPWM矢量控制的牵引传动部分进行建模。根据超级电容的结构及特点、通过建模仿真研究其充放电特性并确定等效电路。利用能量、功率约束条件得出超级电容器组的串并联方式及等效模型的各参数值。　　其次选定储能控制系统的DC/DC变换器拓扑结构，并对结构中滤波电容电感以及储能电感参数进行设计。对双向 DC/DC 采用状态空间平均法对系统进行建模推导出数学模型，从而通过伯德图对系统电压外环、电流内环的双闭环控制器进行效果分析和校正。然后根据已设计的参数和控制器搭建储能控制系统的模型并仿真。　　最后，结合城市轨道交通列车启动与制动的特点，将牵引变电所模型、列车模型、超级电容储能系统模型组合起来，构成城轨列车超级电容储能系统，搭建城轨牵引传动储能控制系统整体模型，利用MTLAB/Simulink 仿真软件对列车在牵引、惰行、制动运行状况下的地铁牵引传动与再生制动能量控制进行整体仿真。仿真结果分析表明再生制动能量回收利用的可行性和对牵引网电压的改善效果。

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