基于功率分配的车载超级电容储能系统控制策略的研究

摘要

城市轨道交通运量大、速度快、准时、全天候,有效地缓解了城市交通堵塞和拥挤的问题,推进了城市的现代化进程。但是城市轨道系统耗能大,再生制动过程中存在再生失效等问题,大大降低了节能效率。超级电容以其功率密度高、循环使用寿命长等特点在解决城轨列车再生失效、改善列车高速制动力不足、实现无馈电线运行等方面有着独特的优势和发展前景。
　　 本文以车载超级电容储能系统为研究对象,首先分析了超级电容的原理和特性,建立了超级电容的等效电路模型,讨论了超级电容的充放电特性。超级电容储能系统包括超级电容器组和双向DC-DC变换器,本文详细分析了储能系统的结构和双向DC-DC变换电路的工作原理,并通过对广州地铁4号线为实例得出了城轨线路容量配置的步骤。基于对传统控制方法的理解和分析,本文提出了一种基于功率分配的车载超级电容储能系统的控制策略,详细介绍了线网电流外环、线网电压环、超级电容电流内环的作用,提出了线网电流限制器实现线网和储能系统功率分配、能量分配的控制理念。在以上基础上,本文以TMS320F28335为核心控制器,搭建了一套3kW的车载超级电容储能系统实验平台,对控制策略进行了实验验证。
　　 Matlab仿真结果验证基于功率分配的控制策略的可行性。实验结果验证了系统硬件结构和参数的正确性;测试了超级电容器组的静电容量和等效串联内阻等特性;通过两组不同线网电流限流曲线的实验,验证了本文提出的控制策略的可行性,并对两组情况下的节能情况进行了分析和对比,得到了限流曲线、容量配置与节能率的关系。