【摘要】： 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市化進(jìn)程的加快,我國城市軌道交通發(fā)展迅速。城市軌道交通車輛再生制動可節(jié)約能源,符合節(jié)能減排的要求,但是目前再生制動能量利用率低下,多余的能源被電阻消耗掉,不但不能節(jié)能,反而增加了城市軌道交通線路通風(fēng)散熱系統(tǒng)的負(fù)擔(dān),因此研究城市軌道交通再生制動能量利用技術(shù),提高再生制動能量利用率,符合城市軌道交通發(fā)展的方向,對節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展具有很重要的意義和實(shí)用價(jià)值。 本文首先建立城市軌道交通系統(tǒng)再生制動能量分析模型,并以南京地鐵1號線車輛數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行仿真研究,揭示了城市軌道交通車輛再生制動能量特征,即城市軌道交通車輛再生動能量具有幅值高、時間短的特點(diǎn),功率沖擊較大。城市軌道交通再生制動能量分析模型為研究再生制動能量利用技術(shù)提供了有力的分析與驗(yàn)證工具。 再生制動能量處理問題產(chǎn)生的根本原因是城市軌道交通供電系統(tǒng)采用了不可逆的整流電路,因此本文提出一種新型能饋式軌道交通牽引供電變流方案,采用雙向階梯波合成變流器實(shí)現(xiàn)城市軌道交通系統(tǒng)的供電與再生制動能量回饋。階梯波合成變流器具有開關(guān)頻率低、開關(guān)損耗小、電磁兼容性好、輸入諧波少、總諧波含量低、濾波器體積小等優(yōu)點(diǎn),特別適合城市軌道交通系統(tǒng)的大功率能饋供電。為了實(shí)現(xiàn)階梯波合成變流器的快速調(diào)節(jié),本文提出了一種新的順序采樣空間矢量調(diào)制(SVM)技術(shù),采用該技術(shù)后,階梯波合成過程中等效采樣點(diǎn)從傳統(tǒng)的每周期6個提高到每周期24個,提高了調(diào)制環(huán)節(jié)的帶寬,減小了調(diào)制環(huán)節(jié)的延時,為提高階梯波合成變流器的動態(tài)性能提供了有利的技術(shù)基礎(chǔ);在分析變換器模型的基礎(chǔ)上,提出了一種SVM調(diào)制延時補(bǔ)償辦法,采用該補(bǔ)償辦法后,降低了dqo坐標(biāo)系下兩相系統(tǒng)的耦合,提高了變換器帶寬,為實(shí)現(xiàn)dq軸電流解耦控制和有功功率、無功功率的獨(dú)立控制提供了必要的基礎(chǔ);提出了階梯波合成變流器的瞬時值閉環(huán)控制策略與參數(shù)設(shè)計(jì)方法,為提高和優(yōu)化階梯波合成變流器的動態(tài)性能提供了必要的依據(jù),為城市軌道交通供電系統(tǒng)直流母線的動態(tài)調(diào)節(jié)提供技術(shù)保障。在3kW實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該雙向階梯波合成變流器除了開關(guān)頻率低、電流波形正弦性好以外,還具有快速的動態(tài)調(diào)節(jié)性能。 在分析了再生制動能量全功率回饋電網(wǎng)與再生制動能量全儲存方式的優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上,本文提出了一種新型的能饋與儲能相結(jié)合的再生制動能量吸收方案,利用能饋系統(tǒng)回饋大部分能量,減少儲能系統(tǒng)的容量、體積以及成本,利用儲能系統(tǒng)為脈沖能量提供一定緩沖,減小再生制動能量對電網(wǎng)的沖擊以及能饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)容量,提高能饋系統(tǒng)的容量利用率。研究了三種容量配置方法,并研究了兩種控制器實(shí)現(xiàn)方式,以實(shí)現(xiàn)兩個系統(tǒng)的功率容量配合。通過仿真模型研究了能饋系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)的能量分配與電網(wǎng)電壓特性。 為了配合提出的能饋牽引供電系統(tǒng),緩沖脈動功率對電網(wǎng)的沖擊,本文最后研究了基于超級電容器的儲能系統(tǒng)。提出了一種模塊化儲能系統(tǒng)功率變換方案,采用該模塊化方案一方面可以使儲能系統(tǒng)適用于多種供電電壓等級的城市軌道交通系統(tǒng),另外一方面還可降低儲能模塊的超級電容器串聯(lián)個數(shù),提高了超級電容器組的可靠性;針對多模塊輸入串聯(lián)結(jié)構(gòu)的儲能系統(tǒng),提出一種具有輸入均壓能力的雙向變換器閉環(huán)控制策略,保障多模塊串聯(lián)結(jié)構(gòu)在雙向變換器場合的應(yīng)用;儲能單元電壓均衡措施是保證超級電容器串聯(lián)應(yīng)用的高效與可靠的關(guān)鍵技術(shù),本文在分析現(xiàn)有均衡電路的基礎(chǔ)上提出了一種新型的電壓均衡電路,根據(jù)均衡速度的需要,該均衡電路可開環(huán)控制也可閉環(huán)控制,控制方法都比較簡單,不需要對多個電容器單元進(jìn)行電壓檢測與決策控制就可以實(shí)現(xiàn)電壓的自動均壓。通過仿真和實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了提出的超級電容儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的可行性。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：U239.5;X70
【圖文】：

南京航空航天大學(xué)博士學(xué)位論文統(tǒng)的諧波治理[37]-[41]，其工作原理如圖 1. 10 所示。當(dāng)整流器向牽引變電所供電時，PWM 逆變器工作在 APF 模式，補(bǔ)償整流器產(chǎn)生的諧波電流；當(dāng)機(jī)車再生制動時，牽引變流器不工作，PWM逆變器向電網(wǎng)回饋能量。Udc圖 1. 9 再生制動能量 PWM 逆變回饋電網(wǎng)原理圖Pt多脈波整流許愛國：城市軌道交通再生制動能量利用技術(shù)研究 C033-4-

圖 1. 14 飛輪儲能裝置結(jié)構(gòu)ucting Magnetic Energy Storage, SMES)采用超通過電力電子變流器與電力系統(tǒng)連接，構(gòu)成既，從而達(dá)到大容量儲存電能、改善供電質(zhì)量、 15 所示，其中超導(dǎo)線圈被置于冷卻容器中以保牽引供SMES圖 1. 15 SMES 儲能系統(tǒng)

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號：2719107