关于基于快速模型预测控制的超级电容城轨充电
超级电容在有轨电车中应用的关键技术
166总465期2018年第15期(5月 下)0 引言城市轨道交通与其他交通方式相比具有运量大、运行耗能低、安全性高等优点。
对于大中型城市,现代有轨电车是地铁等大运量交通系统的有效补充,能有效解决城市环境污染、交通拥堵等各方面问题,是交通运输体系多层次体系的重点发展方向。
对于我国一些城市规模较小,人口密度较低,同时经济实力有限,难以承担建设地铁或轻轨带来较大财政压力的中小城市,有轨电车可以承担主要交通运输任务。
1 现代有轨电车供电方式国内外有轨电车典型的供电方式有三种:1.1 全线接触网全线使用接触网供电,不需要车载储能供电。
1.2 无触网无触网技术包括第三轨供电、储能式供电、磁感应式供电三种。
第三轨是指安装在城市轨道线路旁边的,单独用来供电的一条轨道。
优点是不影响城市景观,检修便捷、架设成本较低等。
缺点是由于安装在地面,相对较危险、对安检巡查要求较高,如有不慎可能造成人员伤亡。
储能式牵引供电系统利用车载储能代替地面与车辆的实时供电,是现代电动汽车技术在现代有轨电车系统的延伸与发展,充分利用了储能技术和现代电力电子控制技术的发展成果。
采用储能式牵引供电系统,彻底消除了架空接触网对城市景观的不利影响。
该系统适合城市内对景观要求比较高的现代有轨电车系统。
1.3 组合供电在景观要求不高,无特殊条件限制的路段使用接触网供电;在景观要求高,有特殊条件限制的路段使用储能电池供电。
在有网段运营时,接触网既给车辆提供正常用电,同时也给储能装置充电;储能装置容量足够时,还可为车辆供电提供双重保障,万一某有网区段或某些非相邻站点供电出现故障,不会影响车辆的正常运营,可通过车辆储能装置给车辆提供应急用电。
2 超级电容在有轨电车中的应用超级电容是一种适用于无轨和有轨电车、轻轨、高铁、采矿的高性能储能产品。
与传统有轨电车相比,采用超级电容作为储能元件的超级电容储能式有轨电车,能够无接触网运行,利用超级电容功率密度高、充放时间短、寿命长的特点,将电能快速存贮在大功率储能元件中,作为车辆正常牵引的动力源。
城市轨道交通车载超级电容的优化配置方法
城市轨道交通车载超级电容的优化配置方法王俭朴【摘要】从功率、容量及最优的放电深度等方面研究了满足车辆制动能量回收的城市轨道交通车载超级电容理论及优化配置.通过超级电容能量存储配置方法的理论分析,得出电容装置最小的电容总数及电容最优的放电深度的算法.在满足能量存储的条件下应使电容总数最小.算例分析表明,超级电容储能装置的电容设备不仅要考虑功率和容量的要求,还要考虑电容的配置和放电深度.%From aspects of power,capacity and the optimal discharge depth,the theory and optimal configuration of on-board super capacitor are studied to meet the vehicle braking energy recovery of urban rail transit.Through analyzing the super capacitor energy storage configuration method,a calculation method of minimum capacitance? and the optimal discharge depth is obtained,which shows that on the premise of meeting the energy storage,the capacitance capacitor device should be controlled in the smallest number.Example analysis indicates that super capacitor energy storage device capacitance device should not only consider the power and capacity requirements,but also consider the configuration of capacitance and the depth of discharge.【期刊名称】《城市轨道交通研究》【年(卷),期】2017(020)003【总页数】5页(P36-39,50)【关键词】城市轨道交通车辆;车载超级电容;能量存储;优化配置【作者】王俭朴【作者单位】南京工程学院汽车与轨道交通学院,211167,南京【正文语种】中文【中图分类】U270.35目前,国内大部分城市轨道交通车辆的制动能量是通过制动电阻以热量的形式散发掉的,不仅浪费了能量,同时也影响了周围环境。
超级电容在城市轨道交通系统中的应用
超级电容在城市轨道交通系统中的应用近年来,为了充分利用城市轨道交通车辆(特别是轻轨和有轨电车)的制动能量,提出了多种能量管理设备,如飞轮、逆变器、超级电容等。
下面就超级电容在城市轨道交通中的应用,进行初步分析和探讨。
应用背景随着城市人口的膨胀,城市轨道交通显得越来越重要。
我们在建设城市轨道交通时,必须考虑经济与环境的和谐发展。
从经济角度看,城市轨道交通系统的能耗最引人关注,能耗费用占了运营费用的相当大的部分。
怎样有效利用能源、减少能耗,是摆在我们面前的一个重要课题。
调查显示,在城市轨道车辆的能耗中,牵引能耗占了,车辆辅助设备能耗占。
如果采取适当的措施,如合理安排车辆运行、使用超级电容等能量管理设备,电能消耗量的就可以在车辆制动时反馈回供电系统,以供给正在加速的车辆使用,如图所示。
此外,由于列车启动和制动会引起电压的波动,若采用合适的能量管理设备,就可以减小电网电压的波动,从而提高供电质量。
工作原理及技术特点工作原理超级电容器也属于双电层电容器,是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种,其基本原理和其他种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。
在传统物理电容中,储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离,极板之间为真空(相对介电常数为)或被一层介电物质(相对介电常数为ε)隔离,电容值为式中为极板面积为介质厚度;所储存的能量为2C(Δ),其中为电容值,Δ为极板间的电压降。
可见,若想获得较大的电容量,储存更多的能量,必须增大面积或减少介质厚度。
在双电层电容器中,采用活性炭材料制成多孔电极,同时在相对的碳多孔电极之间充填电解质溶液。
当在两端施加电压时,相对的多孔电极上分别聚集正负电子,而由于电场作用,电解质溶液中的正负离子将分别聚集到与正负极板相对的界面上,从而形成两个集电层,相当于两个电容器串联,如图所示。
超级电容新型蓄电池充放电电路的预测控制
超级电容新型蓄电池充放电电路的预测控制超级电容新型蓄电池是一种能够快速放电和充电的新型能量储存
设备,具有高能量密度、长寿命、高效能等优点。
预测控制是一种控
制策略,能够通过历史数据的分析和建模来预测未来的电池充电和放
电需求,以此实现对电池充放电的精准控制和优化运行。
超级电容新型蓄电池的充放电过程是一个高度非线性的动态系统,其电压、电流和功率等参数都随着时间的推移而不断变化。
因此,要
实现对电池充放电过程的精准控制和优化运行,需要采用预测控制策略。
预测控制的核心是对历史数据进行分析和建模,通过建立电池的
数学模型,预测未来的充放电需求。
在建模过程中,需要考虑电池的
内阻、电容、电感等物理特性,以及周围环境的温度、湿度等影响因素。
基于建立的数学模型,可以预测未来电池的电压、电流和功率等
参数的变化。
基于预测结果,可以采取相应的控制策略,实现对电池
充放电过程的精准控制和优化运行。
例如,在电池充电过程中,可以
根据预测结果及时调整充电电流和电压,以避免电池过充和过放;在电池放电过程中,可以根据预测结果调整放电电流和电压,以满足负载需求。
城轨车载超级电容储能系统研究
城轨车载超级电容储能系统研究
城市轨道交通具有站间距较短、运行密度大、速度快等特点,列车启动和制动非常频繁,列车在启动时需要大量能量,导致直流牵引网电压下降;列车在再生制动时产生大量能量,导致直流牵引网电压升高,严重时还会使再生制动失效。
针对这一问题,采用了一种新型的储能装置—超级电容储能装置。
超级电容器具有功率密度高、充放电速度快、使用寿命长等优点。
利用超级电容储能系统在列车启动阶段释放能量,再生制动阶段储存能量;从而达到稳定直流牵引网电压、防止再生制动失效,达到节能的目的。
论文采用了直流牵引网电压外环、电感电流内环的控制策略,从而控制超级电容储能系统充放电。
对超级电容的各种充放电进行了仿真研究,为超级电容储能系统的优化设计提供理论依据。
设计了改进型的双向DC-DC变换器,消除了系统谐振并且实现了零电压开关,减少开关的关断损耗,使系统整体的效率得到提高。
在matlab/simulink中搭建了仿真模型,仿真结果验证了改进型双向DC-DC变换器的优越性和参数设计的合理性。
用状态空间平均法对超级电容储能系统进行建模,得到传递函数,利用bode 图分析得到最佳电流、电压的比列系数和积分系数;在matlab/simulink中搭建了超级电容储能系统和逆变并网系统仿真模型,模拟列车的实际运行状况。
仿真结果验证超级电容储能系统能够稳定直流牵引网电压和控制策略的可行性,逆变并网系统能够逆变一部分升高的牵引网电压,减少车载超级电容的体积。
最后设计了基于DSP芯片为核心的超级电容储能系统硬件和软件,为建立小功率实验平台提供方案。
关于超级电容储能装置在城市轨道交通中的应用
关于超级电容储能装置在城市轨道交通中的应用
北极星储能网讯:摘要:利用超级电容器特性并结合城市轨道交通特点,设计一种用于城市轨道交通的储能装置,以维持在车辆启动和再生制动时的电压稳定,减少隧道内因电阻发热而产生的温升。
通过吸收再生制动能量,在列车启动时释放能量,使其循环利用,实现节约环保。
0 引言
随着石化资源的日益减少,环境和能源危机越来越威胁到人类未来的生存发展,节能减排的重要性逐渐得到了全世界的关注。
随着电力电子技术、电机调速和驱动控制技术的进步和发展,交流变频调速系统已经广泛应用于轨道交通领域。
变频调速系统可以实现将机械能转化为电能,即再生制动,使得一部分能量能够回馈给电网,从而节约能源。
目前的电力牵引系统广泛使用该电制动方式,既回收了部分机械能,又减少了机械制动的损耗,减少了维护时间和费用。
但是以目前的牵引网结构,假如同段线路上没有列车消耗再生电能,牵引网电压则会上升,可能影响供电系统安全运行,目前的解决办法是用电阻消耗多余电能,以维持电压稳定。
在地铁隧道中该方式会造成隧道内温度升高,而且不能有效利用回收能量。
因此,可以在地铁直流供电系统中加入储能环节,它在再生制动时吸收能量,避免浪费;在启动或加速时提供部分功率支持,减少牵引网电压波动[1,2]。
本文研究了超级电容的充放电特性和城市轨道交通的运行特点,选择超级电容作为储能介质,搭建轨道交通超级电容储能系统,分析双向直流变换器的工作过程,采用牵引直流侧电压作为能量控制策略依据,使超级电容储能系。
基于城市轨道交通车辆的超级电容储能系统的研究
基于城市轨道交通车辆的超级电容储能系统的研究摘要:超级电容因其具有高效率、寿命长、污染较少、免维护、快速充放电的优点被广泛应用于城市轨道交通系统中。
但是,电容储电系统中存在直流电网电压波动的问题,我们需要对直流电压进行稳定控制,加强对城市轨道交通车辆超级电容储能系统的研究。
为了解决城市轨道交通车辆在进行状态切换时造成的直流电网电压波动范围过大的问题,我们通过实践发现:当列车加速时,超级电容放电可以提升直流电网电压;当列车减速时,控制电网上的电量转移给超级电容,给超级电容充电,可有效地降低直流电网电压。
这样通过控制超级电容的充放电,可以避免列车在状态更换造成的直流电网电压波动过大的问题。
关键词:电容储能系统;轨道交通车辆;电压波动一,电能存储装置的比较(一)蓄电池蓄电池目前来看,具有很大的市场竞争力。
目前,蓄电池的发展技术较为成熟,在环保型、使用安全性、循环寿命、性能、电池比能量技术方面都有了很大的提升。
蓄电池的工作原理是将化学能转化为电能,实现对列车的供电。
蓄电池在经济上也比较实惠,成本能够被广大人民接受。
蓄电池已经广泛应用于许多领域,例如:航空、通信、汽车等,蓄电池的广泛应用和技术上的提高,也带动了航空、通信、汽车等行业的快速发展。
蓄电池虽然技术上已经取得了很大的进步,为人民的生活带来了便利,但是蓄电池供电相对其他供电系统相比还存在劣势,有待改进,具体体现在:蓄电池单次充电容量较小,并且便携性还差,蓄电池的体积、质量较大。
另外,蓄电池的充电速度有待提升,充电效率过低。
再加上蓄电池中含有化学用品,它的使用可能带来污染问题。
(二)飞轮储能飞轮储能,顾名思义就是利用飞轮储存能量,将飞轮用于储存电能。
利用飞轮储能,飞轮的转速容易受到外界环境的干扰,例如:空气阻力、摩擦力等,这些阻力能够大大降低飞轮的速度,造成飞轮能量的损耗。
并且,还不能找到一种适合的材料提高飞轮的转速,目前飞轮的制作材料对飞轮的转速影响都比较大,不利于飞轮转速的提升。
基于CAN现场总线城市轨道交通超级电容储能控制系统的研究
0 引言随着我国国力的不断增强,基础设施建设水平不断提高,城市轨道交通系统的建设越来越完善。
在全面完善城市轨道交通建设的过程中,如何使城市轨道交通在电流电压的波动中更稳定、更安全的运行成为了一项重要的技术。
大量研究表明直流储能装置能够在城市轨道交通稳定运行的过程中起到重要的帮助,同时超级电容具有寿命长、高效率、低污染、免维护、快速充放电等多种特异性优点,因此在城市轨道交通中得到了广泛的应用。
根据我国最新标准《城市轨道交通直流牵引供电系统》(GB/T10411-2005)的规定,在选用直流牵引供电等级方面以750V 和1500V 为两种主要的使用规格。
而在接触电网的过程中起电压允许波动范围分别为600V-900V 和1000V-1800V[1,2,3]。
当直流电压接完以后可以经过变频器进行逆变为交流电机供电而进行电力拖动。
在城市轨道交通中装载的超级电容储能系统通过双向的DC/DC 变换器和逆变器进行并联,可以使得超级电容的充放电控制系统与列车的控制系统处于两个相对独立的状态,从而使得超级电容的装载与使用非常方便的同时,用电控制也更灵活,在城市轨道交通中得到了广泛的应用。
而CAN 通讯具有可靠性、灵活性、实时性等多样性的优点,基于CAN 现场总线设计城市轨道交通超级电容控制系统可以使得城市轨道交通的用电更稳定、电路操作更灵活,同时及时的反映各种电路故障的信息,将进一步提高轨道交通的安全稳定运行状态。
1 城市轨道交通超级电容储能控制原理双电层电容器最早有1879年德国赫姆霍兹(Helmholtz)提出来,其基本原理是指当一种金属插入到电解液中,由于金属会与溶液进行反应,因此其电荷电子会产生移动,此时带异种电荷的离子会在电极溶液中排成一排,从而维持电极溶液的正负电荷处于平衡的状态。
而这个界面通常有两个电荷层共同组成,一层处于电极上面,而另一层处于溶解液中,成为双电层[4]。
这种双电层的电容器在本质上是一种对静电荷进行储存的元件。
基于轨道交通应用的超级电容性能测试研究
D r r /
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r r
—
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式 中, 为开始充电瞬间超低 电容端 电压 。 2 . 2 . 2恒交流充 电法 利用 恒交流源对 超级 电容充 电, 由于电容对 交流等效 为开路 。但 是 由于等效 串联 内阻 的存在 , 超级 电容两端会 有一定 的电压 降 【 , , 从 而得到等效 串联 电阻为 电压 降 【 , 与恒流 , 之 比。 2 . 2 . 3电压跃变法 将超 级 电容 模组 、 接触 器 、 大功率 放 电电阻连 接构成 一个 放 电回 路。当超级 电容处 于电平衡状态时 , 通过控制接触 器的通断 , 工作 电流 突然变化 , 电容在 电流突变 时可以看成是 开路 。内阻有 电流 通过从 而 造成 电压 的突然升起 或降低 , 引起超级 电容端 电压 的突变 。所 以电容 内阻值 为电压变化值与 电流变化值 的比值 , R=A ( 7 ) 式中: 尺为等效串联电阻 ; △U 为 电压变化值 ; 为电流值 。 采用 大功率放电电阻将储能电源从 8 4 0 V 放 电至6 0 0 V , 利用数据采 集 系统采集超 级电容模组 端 电压 及放 电电流 , 读取放 电 回路通 断时端 电压跃 变值和放 电电流突变值 。根 据公式( 7 ) 计算超级 电容模 组等效 串 联 电阻值 , 超 级电容模组放电曲线如图 2 所示 :
基 于轫厘交通应用明 超级 电容性链测试研究
南车株洲电力机车有限公司技术中心 阳 涛 伍道 乐 陈铁柱 林佳芳
[ 摘 要] 针对轨道 交通车辆应 用的超级 电容 , 建 立并分析 了超级 电容等效模 型。本文详 细介 绍 了时 间常数 法、 电压跃 变法、 恒流 充 电法等 测试 方法并对不 同测试 方法进行 比较 。通过 试验测量 了超 级 电容 的电容量、 等效 串 联 内阻、 漏电流等主要技术参数 , 为超级 电容在轨道 交通 中的应用提供科学的技术 支撑。 [ 关键词] 轨 道交通 超级 电容 测试 方法 电容量 等效 串 联 电阻 自 放电
超级电容在有轨电车中应用的关键技术
超级电容在有轨电车中应用的关键技术作者:朱彤来源:《砖瓦世界·下半月》2020年第10期摘要:为保障有轨电车运行效果,满足当今社会交通需求,本文对超级电容在有轨电车中的关键技术进行分析。
文章首先阐述了有轨电车中超级电容的应用,然后着重分析了其应用的关键技术,包括混合动力电源管理技术和快速充电技术。
以此来为有轨电车中超级电容的良好应用提供参考。
关键词:城市轨道交通;有轨电车;超级电容自上世纪的七十年代末,有轨电车就开始受到人们重视,随着社会经济和科学技术的不断发展,有轨电车也开始逐渐走进我们的生活,并在城市交通事业中发挥出了强大的优势。
超级电容是为有轨电车提供电力,满足其正常运行需求的关键。
因此,随着近年来有轨电车的应用和发展,超级电容在其中的应用技术也开始备受关注。
1 有轨电车中的超级电容应用简述超级电容属于一种性能非常高的储能产品,它在当今的采矿行业、高铁、轻轨和有轨电车等诸多领域中都非常适用。
相比较传统的有轨电车而言,将超级电容应用到有轨电车中,并将其作为一种储能元件,这种超级电容储能形式的有轨电车可以在无接触网的情况下运行。
借助于超级电容所具备的高功率密度、短充电时间、长生命周期等的优势,可以在大功率储存元件中快速储存电能,以此来为有轨电车的正常牵引需求提供足够的动力。
在当今尘世有轨电车技术的发展与普及中,有轨电车再次失效故障越来越引人重视,要想有效避免该故障的发生,良好的储能技术应用才是关键。
而在当今的国际范围内,通过超级电容应用技术来解决该问题已经成为了一项几乎得到一致认定的方法,将超级电容和大功率静止变流开关之间进行有机结合,可以让机动车能量的储存变得更加便利,并在其加速和启动过程中再一次为其提供足够的能量,以此来有效缓解有轨电车启动给供电系统带来的冲击负荷,实现供电系统可靠性和稳定性的进一步提升,让再次失效故障得以有效避免[1]。
2 有轨电车中超级电容应用的关键技术分析将超级电容应用到有轨电车的运行中,需要重点研究的技术就是超级电容和燃料电池或者是接触网之间进行混合充电的关键技术。
基于超级电容有轨电车的充电装置控制研究
对 电 网造 成 谐 波 污 染 。在 此 针 对 传 统 充 电装 置 存 在 的诸 多 问题 ,提 出充 电装 置 采 用 PWM 整 流 方 式 f1],该 方 式 具 有 功 率 因数 可 控 ,谐 波 含 量 低 ,输 出 电压 稳 定 性 好 。动 态 性 能 较 快 等 优 点 ,整 流 器 交 流 侧 采 用 LCL滤 波 器 设 计 ,有 效 减 少 输 出 谐 波 , 抑 制 交 流 电压 失真 和 电流 谐 波 。
采 用 超 级 电容 储 能 作 为 动 力 的有 轨 电 车 会 是 未来 城 市 交 通 发 展 的一 种 新 方 向。 充 电装 置 作 为 电 网 和超 级 电 容储 能介 质 的接 口 。是 整 个 供 电 系 统 的 核 心装 置 。
有 轨 电车 充 电装 置 主 要 采 用 传 统 多 脉 波 整 流 技术 ,由于其 固有特性 ,导致整流器交流输入 电压 畸变 .电流谐波含 量高 ,输 出 电压纹 波大等 问题 ,
因数高 。谐波 含量低 等优 点 ,采用 电压.电流双 闭环 与 电压前馈 相结 合 的控制 策略 ,来 抑制 直流母 线 电压在 超级
电容接 入瞬 间引起 的波 动 。通过 设计 LCL滤 波来 吸收整 流器 交流侧 的电流谐 波 ,并推 导 了 仿真 和实验 证实 了该控 制 的有效 性 。
关键 词 :滤波 器 ;超级 电容储 能 ;有 轨 电车 ;整 流器
中圈分类号 :TN713
文献标识码 :A
基于模型预测控制的电动汽车充电优化
基于模型预测控制的电动汽车充电优化电动汽车(Electric Vehicle,EV)是一种使用电动发动机驱动或辅助驱动的汽车。
在不断增长的EV市场中,一个到处可见的问题是电池续航里程和充电时间,如何优化EV充电问题成为了一个热门的研究领域。
本文讨论了基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的EV充电优化。
一、MPC的原理MPC是一种广泛应用于自动化和工业领域的控制方法,主要用于控制多变量、非线性、时变的系统。
它基于对未来状态的预测和对目标函数的优化,通过在每个控制周期内对优化问题求解来实现控制目标。
MPC的优点是能够考虑到多个因素的影响,并可以适应动态的工作环境。
因此,MPC被广泛应用于电力系统、化工、交通运输及机械制造等领域。
二、基于MPC的EV充电优化1. 充电时间优化在考虑EV充电优化时,首要考虑的是充电时间。
减少充电时间可以提高EV的利用率。
通过MPC控制器对充电电流进行优化调节,可以有效减少充电时间并提高电池的寿命。
2. 充电策略优化充电策略的优化是EV充电优化的另一个重要方面。
目前,市场上的绝大多数EV充电站采用的是平均充电速率,这种方法忽略了电池的实际情况,通常导致电池∏充电完全。
而采用MPC控制器,可以根据电池状况制定充电策略,从而实现最佳充电效率。
3. 动态充电优化当EV在行驶中时,根据路线规划和电池容量等因素,MPC控制器可以实时调整充电策略,实现动态充电优化。
这种方法可以提高EV的续航里程,并延长电池寿命。
三、实验验证为了验证基于MPC的EV充电优化方法的有效性,我们进行了一系列实验。
我们使用了一辆特斯拉电动汽车作为实验对象,通过在不同路线和充电条件下进行实验,验证了基于MPC控制器的充电优化方法的有效性。
实验结果表明,MPC控制器可以显著减少充电时间、提高充电效率,并延长电池寿命,从而使EV的利用率得到了大幅提升。
四、总结本文主要介绍了基于模型预测控制的EV充电优化方法。
基于城市轨道交通车辆的超级电容储能系统的研究的开题报告
基于城市轨道交通车辆的超级电容储能系统的研究的开题报告一、研究背景和意义:随着城市轨道交通的迅猛发展,城市轨道交通车辆中的能量回收和储能的需求越来越大。
目前,城市轨道交通车辆中主要采用的储能技术包括电池储能和超级电容储能两种。
虽然电池储能具有高能量密度的特点,但其充电时间长、寿命短等缺点限制了其在城市轨道交通车辆中的应用。
超级电容储能具有高功率、长寿命、可快速充电等特点,是城市轨道交通车辆中的理想储能方案。
然而,超级电容储能也存在着一系列问题。
其中最为关键的问题是如何提高其能量密度,以满足轨道交通车辆实际运行需求。
因此,本研究旨在探究基于城市轨道交通车辆的超级电容储能系统,尤其是超级电容储能的能量密度提高方法,从而提高其在城市轨道交通车辆中的应用效果,进一步提高城市轨道交通系统的能源利用效率和可持续性。
二、研究内容和方法:本研究将采用文献调研、系统分析、数值模拟等方法,研究基于城市轨道交通车辆的超级电容储能系统。
具体内容包括:1. 对城市轨道交通车辆中超级电容储能特性、储能系统结构等进行分析和比较,确定研究对象的关键参数和指标;2. 对现有超级电容储能技术进行综述和分析,总结其发展现状和存在的问题;3. 通过文献调研和数值模拟等方法,研究超级电容储能的能量密度提高方法,分析其适用性和实际应用效果;4. 基于系统分析和数值模拟等方法,探究超级电容储能与轨道交通车辆控制系统的优化匹配方案,研究其对轨道交通系统能源利用效率和可持续性的影响。
三、研究意义:本研究旨在探究基于城市轨道交通车辆的超级电容储能系统,尤其是超级电容储能的能量密度提高方法,从而提高其在城市轨道交通车辆中的应用效果,进一步提高城市轨道交通系统的能源利用效率和可持续性。
研究成果有望为城市轨道交通系统的能源管理和可持续发展提供重要的技术支撑和智力支持,具有重大的经济、社会和环境价值。
基于超级电容的城轨列车储能变流器主电路的分析和设计
基于超级电容的城轨列车储能变流器主电路的分析和设计摘要:城轨列车在回馈制动时,会释放电能到供电网上面,使电网电压升高,列车启动时从供电网上面吸收能量,导致供电网上面的电压降低。
如果加入储能回馈变流器装置,当城轨列车回馈制动时,将制动产生的能量存储到储能装置中,则会降低列车回馈制动对电网产生的影响;同理,在列车启动时,投入储能装置,由储能装置和供电网一起向列车供电,也会减少列车启动时对供电网的影响。
在发生紧急停车制动时,储能装置处于关闭状态,采用常规的制动方式将电能快速消耗在制动电阻上面,实现列车的紧急制动[1]。
通过以上情况可以得出,储能装置变流器主电路具有能量的双向流动和紧急释放功能,本文根据不同工况下储能装置所要实现的功能对储能装置变流器主电路进行分析和设计。
关键词:储能装置;主电路;储能;释放1、储能装置变流器主电路的功能在列车制动时,释放电能到供电网上面,如果电网上面的电压升高到最大限制电压时,启动储能回馈变流器装置,由供电网向超级电容储能系统进行充电,待超级电容上面的电压上升到其所允许的最大电压后,关闭变流器主电路,停止对超级电容充电。
同理,在列车启动时会从电网上面吸取能量,导致供电网上面的电压降低,如果供电网上面的电压下降到最小限制电压时,要启动储能回馈变流器装置,由超级电容储能系统向供电网进行放电,待超级电容上面的电压下降到其所允许的最小电压后,关闭变流器主电路,超级电容停止放电。
在发生紧急停车制动时,储能回馈变流器装置处于关闭状态,采用常规的制动方式将电能直接消耗在制动电阻上面,实现列车的紧急制动。
2、储能装置变流器主电路的拓扑结构储能回馈变流器主电路主要实现的功能有三个:一是在列车制动时实现降压储能,把能量储存起来;二是在列车启动时实现升压,向供电网输送能量;三是实现常规的电阻制动,实现快速停车。
概括起来也就是实现双向DC/DC变换功能加上电阻制动功能。
双向DC/DC变换器[2]可分为隔离式和非隔离式两种。
城轨列车超级电容储能系统仿真分析
城轨列车超级电容储能系统仿真分析【摘要】本文针对城市轨道交通中再生制动能量吸收系统展开了研究。
文中主要探讨了超级电容储能系统的控制策略,针对系统的储能模式进行了建模与仿真,定性分析了仿真结果,提出了安全可靠的控制策略,对城轨列车超级电容储能系统的实际应用具有一定的指导和借鉴意义。
【关键词】超级电容;再生制动能量;能量管理Abstract:In this paper,the charging and discharging control strategies of the super capacitor energy storage system has been discussed.First,through the super capacitor energy storage system for analysis,the corresponding mathematical models,and propose a super capacitor charging and discharging control strategy.Secondly,the paper has simulated the V oltage change of the grid by Matlab/Simulink simulation platform and super capacitor energy storage system which provides a theoretical guidance and application basis for the practical engineering.Key Words:Ultra-Capacitor;Regenerating energy;Energy management1.引言在全球倡导节约能源、保护环境的今天,轨道交通节能、环保的优点越来越受到人们的重视,大力发展城市轨道交通已成为世界各国的共识。
一种超级电容储能有轨电车的 车辆段与停车场智能循环充电系统解决方案
一种超级电容储能有轨电车的车辆段与停车场智能循环充电系统解决方案摘要:随着超级电容储能供电的有轨电车应用,以及有轨电车车辆运维管理水平的要求不断提高,原场/段采用人工手动操作对有轨电车进行补/充电人方式,已不能满足有轨电车车辆在日间客运发车高峰期或车辆夜间回场/段后,需要在极短时间内对多列有轨电车进行快速补/充电的工作。
本文提出一种可无人值守,更安全可靠,效率更高的全新智能控制的循环充电系统解决方案,来解决场段多列车短时快速挪车并补/充电的需求。
在硬件配置上,场段安装两座以上的大电流充电装置,通过多个接触器、双极隔离开关的组合,形成一个充电电源互为备用,每一轨道又相互独立的充电网。
在软件方面,结合原有电力监控的体系,集成“实时在线监测”、“实时车辆行驶安全预警图像处理”模块,软、硬件进行完美融合。
通过“软硬结合”的系统方案,整合在线设备监控功能、视频在线安全预警功能、远程操作、远程控制、电力能管(共享于电力监控)功能,借助交换机的实时数据交换,工控机实时数据分析,进行总体场/段补/充电的协调管理控制工作,可以有效解决城市有轨电车线路运营网络覆盖化后,多线共用的场/段实行无人值守的超级电容补/充电需求。
且系统通过多重安全判断的机制,使运营更安全可靠,通过共享电力监控数据分折功能,使能源使用效率进行可视化监控,完全能达到场/段多列车短时快速挪车并安全稳定补/充电的运营需求。
关键词:超级电容储能,有轨电车,车辆段,停车场,智能,循环充电,系统方案一、绪论现代有轨电车,是一种采用大容量低地板车辆、集成先进电力牵引、车辆制动、通信信号及空调等系统,运量适中、环境友好、资源节约的绿色交通工具。
基于超级电容能量密度不高的特性,因此有轨电车车辆在日间客运发车高峰期或车辆夜间回场/段后,需要在极短时间内对多列车辆进行快速补/充电。
目前对车辆超级电容的补/充电,一般采用人工手动切换的方式,需要检修中心、调度中心多人、长时间的协调工作,人力成本高。
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关于基于快速模型预测控制的超级电容城轨充电
0 引言随着城市建设的不断推进,城轨,地铁等便捷、无拥堵的交通工具正在公共交通系统中扮演着越来越重要的角色[1]。
超级电容储能式城轨作为一种新兴的城市轨道交通设备,利用了超级电容功率密度大,充放电速度快,寿命长的优点[2],不再需要大范围架设的牵引电缆,而仅由车载超级电容组供电即可保证列车的正常运行。
列车进站时,站台充电机利用乘客上下车的30 s时间为车载超级电容组充电,以维持列车至下一站前的正常运行[3]。
实际运行测算中,需要至少维持430 A的电流使车载超级电容组在30 s内从500 V充满电至900 V。
保证充电电流从0 A平稳快速地上升至430 A,同时避免充电过程中出现的电流尖峰破坏功率器件,是设计储能式城轨充电机所需解决的关键问题之一。
考虑到上述的充电要求,储能式城轨超级电容充电可归结为一个带约束的优化问题并采用模型预测控制(MPC)算法进行求解[4]。
考虑到基于开关器件的充电电路控制周期很短,将MPC应用于储能式城轨超级电容充电需要解决优化目标快速实时求解的问题,而这也是MPC在电力电子领域应用的一大研究热点[5]。
近年来,众多学者提出了一类简化或改进后的经典优化算法以降低MPC计算复杂度。
文献[6]通过对二次规划问题的标准求解算法进行改进提高MPC在线求解的速度;文献[7]引入固定障碍参数的机制,将传统内点法求解由两层迭代简化为一层迭代,使MPC实时计算量大幅降低;文献[8]将传统的牛顿-拉夫逊算法进行扩展,使二次规划问题的求解得到了大幅简化。
本文首先基于MPC算法设计超级电容充电控制率,在最优解求解时,采用改进的内点法实现快速求解。
相较于传统方法使障碍参数不断逼近于0,仅用一个经过试验验证的固定参数进行求解;同时采用一种暖启动机制,将该时刻求解值用作下一时刻的初始解,大大简化求解的计算量。
通过Matlab仿真对障碍参数进行选取,并利用缩比试验平台验证快速充电策略的有效性。
1 系统建模1.1 超级电容充电机模型超级电容充电机基于Buck电路搭建,其系统模型如。