电气化铁路分区所再生制动能量利用系统及其控制策略

电气化铁路发展迅速,其牵引能耗高、再生制动能量利用率低等问题日益突出。为有效提高电气化铁路再生制动能量利用效率,实现电气化铁路节能减排,该文研究一种分区所再生制动能量利用系统及其控制策略。首先,基于典型重载和高速铁路实测负荷数据分析,提出基于功率融通和储能的分区所再生制动能量利用系统,并分析其运行原理。为保证再生制动能量利用系统在电气化铁路复杂负荷工况下实现再生制动能量的高效利用,提出一种含能量管理层与变流器控制层的双层控制策略。其中,能量管理层接收来自相邻变电所的实时测量信息,基于变电所工况及系统模式管理,执行能量管理策略计算得到系统运行参考功率。变流器控制层跟踪能量管理层给出的参考功率协调控制变流器,实现电气化铁路的潮流管理。最后,通过仿真验证所提分区所再生制动能量利用系统及其控制策略的正确性与有效性。结果表明,所提出的分区所再生制动能量利用系统及控制策略能够有效实现电气化铁路再生制动能量的转移利用与储能利用,提高再生制动能量利用率,有助于电气化铁路节能高效运行。

电液混合动力系统关键技术及能量管理研究综述

现有混合动力驱动技术以油电、油液混合动力为主,旨在提高传统燃油车辆的能量利用率、降低油耗和排放.基于液压技术的大功率密度及能量再生优势,电液混合动力系统可在全速工况范围内实现能量高效利用,提高纯电驱系统的功率密度,有效改善电动车辆续驶里程及蓄电池循环使用寿命.本文对电液混合动力系统构型、能量回收技术、能量释放模式及控制策略等相关研究成果的进展、现状及发展趋势进行综述,分析了利用电液混合动力构型与先进能量管理策略提升纯电动车辆动力性能与能量利用率的可行性技术方案与应用前景.根据已有研究成果,装备电液混合动力系统后车辆最大可降低约40%的能量消耗,在能量高效利用方面具有显著优势.对于电液混合动力系统而言,液压能再生、耦合与释放等与行驶场景及电机工况点密切相关,研究重点应解决动力耦合、再生制动与能量管理等关键技术,从而提升动力系统的综合性能特别是功率密度与节能特性.

基于再生能利用的地铁多车协同折返优化研究

折返站作为影响线路发车上限的重要因素,影响着整条线路的运营效率,也是能量浪费较为严重的地方。因此,有必要在兼顾线路运营效率的前提下减少列车折返运行的能耗。为此,通过提出基于再生制动能量利用的列车折返问题对列车的节能运营进行研究。通过建立底层网络图,构建以列车折返为基础考虑再生制动能量利用的能耗优化模型。为提高模型的求解能力,引入辅助变量将其转变为线性化模型。以上海地铁某折返站作为实例对象,借助Gurobi进行求解并对能耗等数据进行分析,证实模型有效。由该模型得到的折返时刻图在保证折返能力的同时,列车能耗与原始折返方式相比降低了5.74%,为考虑再生制动能量利用的列车折返运营方式提供一定的理论支撑与依据。

电气化铁路同相储能供电系统能量管理及容量配置策略

为进一步降低电气化铁路对三相电网的负序影响,兼顾牵引变电所节能经济运行,提出了一种电气化铁路同相储能供电系统能量管理策略和容量配置方案.首先,以三相电压不平衡度限值为约束,确定了不同负序超标情况下储能装置启动阈值;而后,建立了储能供电系统负序补偿模型,计算储能装置充放电电流;最后,以牵引变电所实测数据为例,给出储能装置容量配置方案,并计算验证了所提能量管理策略的可行性和正确性.研究结果表明:该同相储能供电系统通过实时控制储能装置充放电,可实现负序满意度补偿、负荷削峰填谷、兼顾再生能量利用,负序补偿度由储能装置放电功率决定,削峰填谷效果和再生能量利用率由储能装置启动阈值和储能容量决定;储能容量一定时,越小阈值,再生制动能量利用率越高.

电气化铁路再生制动能量利用系统保护方案研究

再生制动能量利用系统在实现电气化铁路再生能量回收利用、节能减碳中发挥着重要作用。然而,基于潮流控制技术的再生制动能量利用系统将改变牵引供电系统原始功率潮流,其故障保护对保障电气化铁路的运行安全至关重要。为此,该文针对电气化铁路再生制动利用系统的故障保护方案开展研究。首先,根据再生制动能量利用系统的运行原理分析系统接入对牵引供电系统既有保护的影响。然后,结合影响分析结果提出基于“故障导向安全”原则的再生制动能量利用系统保护方案。该方案对不同类型系统故障制定分级保护策略,在此基础上通过系统自保护与牵引供电系统既有保护的协同配合保障再生制动能量利用系统的运行安全。最后,选取牵引变电所和分区所2种典型应用案例对所提保护方案进行验证。结果表明,所提保护方案能够实现再生制动能量利用系统在不同应用案例中的有效保护,保障了再生制动能量的安全利用。

高速铁路再生制动能量存储利用方案研究

为降低高速铁路牵引供电系统能耗,实现节支增效和低碳发展,对再生制动能量存储利用方案进行研究。分析高速铁路再生制动能量的特性,阐述存储利用装置构成以及优选钛酸锂电池作为储能介质的依据,制定能量管理策略和多变流器协同控制策略,结合现场实测数据仿真验证能量管理与控制策略的正确性及有效性,并在此基础上测算节能效果和全生命周期投资收益。研究结果表明,本文所述再生制动能量存储利用方案能够高效消纳再生制动能量,减少牵引用电量,经济效益良好。

基于背靠背变流器的铁路牵引供电节能效益评估

再生制动电能反送电网的问题广泛存在于铁路牵引供电系统中,影响电能质量且不利于电能的高效利用。为实现牵引供电系统的节能,科学利用再生制动电能成为了关键举措。以加装背靠背变流器实现铁路牵引供电节能为对象,建立了背靠背变流器的控制策略及经济性模型,以内部收益率为评估指标,利用实际牵引负荷和典型参数,分析了加装背靠背变流器的节能效益。算例结果表明,加装背靠背变流器的节能效益可观,具备投资价值。

轨道交通车辆再生制动能量及利用率的仿真研究

介绍了锂离子电池储能系统在轨道交通再生制动能量回馈利用中的应用。为了确定电池储能系统的容量和功率等级,建立了再生制动能量的计算模型。通过该模型可以对单辆车的再生制动能量进行仿真计算。在此基础上研究了车辆再生制动时直流牵引网络的能量传递模型,分析了其它车辆运行状况对再生制动能量利用率的影响。并且以广州地铁4号线为例进行仿真研究,验证了轨道交通再生制动能量仿真模型的正确性,为电池储能系统的应用奠定了基础。

重型车辆液压再生制动能量回收率的研究

在传统后驱重型车辆的基础上,加入液压泵、轮毂液压马达、蓄能器等装置形成一种新型液驱混合动力系统,可实现液压再生制动。通过在传统制动踏板空行程内标定纯再生制动阶段的方式,实现基于制动踏板行程的制动力控制。建立整车和液压系统模型,进行再生制动过程仿真,分析蓄能器能量回收率及其影响因素。仿真结果表明:相同挡位下,制动踏板行程越大,蓄能器能量回收率越低;相同制动踏板行程下,挡位越低,蓄能器的回收率越高。

城市轨道交通再生电能的吸收与利用分析

在城市轨道交通中,如果采用车辆吸收电阻吸收列车运行过程中的再生能量,则将带来隧道和站台内的温升问题,同时也增加了站内环控系统的负担,造成大量的能源浪费并使城市轨道交通的建设费用和运行费用增加。为了降低隧道洞体和车站内的温度并提高洞内空气质量,应进行再生能量吸收的相关技术系统研究,并在城市轨道交通工程中使用成熟的再生能量回收装置。

液压混合动力工程车辆联合制动系统优化与仿真

针对液压混合动力工程车辆制动系统能量回收率较低的问题,以某混合动力装载机为原型对其联合制动系统中的再生制动系统进行分析,对影响系统能量回收率的主要参数采用遗传算法进行优化,并对优化过的系统在整车仿真模型中进行仿真验证。仿真结果表明:系统优化后车辆的能量回收率得到了显著的提高,达到了节能减排的目的。

电气化铁路同相储能供电技术

为进一步优化电气化铁路牵引变电所经济节能运行,提出了一种电气化铁路同相储能技术研究方案.该方案基于运行图和历史数据,以负荷削峰为控制目标,实时控制储能装置充放电,治理以负序为主的电能质量问题;同时,降低系统对设备容量要求,节省运行费用,并能有效利用列车再生制动能量.以京沪高铁实测数据分析了同相储能供电系统解决负序的有效性,并以飞轮作为储能装置进行了仿真分析和试验验证,最后分析了同相储能供电系统的经济性能.研究结果表明:同相储能供电技术可取消50%电分相环节,治理负序的效果由储能装置功率决定,当储能装置功率为牵引负荷功率95%概率大值的10%时,可降低负序限值10%.

混合动力汽车再生制动对能耗的影响

基于某地面耦合型油电混合动力汽车,研究再生制动对整车能耗的影响,为进一步开发混合动力汽车的制动能量管理策略奠定基础。通过新欧洲驾驶循环(New European Driving Cycle,NEDC)工况再生制动过程分析,研究发动机启停控制、电池荷电状态(State of Charge,SOC)对再生制动回收能量的影响,采用单次NEDC循环工况再生制动能量回收效率来评估再生制动控制策略对整车能量消耗的影响。测试结果表明,再生制动过程发动机的启停控制主要受电池SOC的影响,电池SOC越低,发动机启动时刻越提前,停机时刻越延迟,再生制动回收的能量越多,单次循环工况制动能量回收率越高。

地铁车辆再生制动能量利用率影响因素

采用情景分析法,搭建了城市轨道交通车网仿真模型,对发车间隔、上下行发车时间差、载客量、行车密度、路况地理状态等因素对再生制动能量利用率及牵引变电站牵引能耗的影响进行了分析,给出再生制动能量利用率的主要影响因素.通过再生制动能量利用率较低的工况仿真,分析了站点列车制动电阻开启次数、低电压出现次数与该站点再生制动能量的利用以及电能质量间的作用关系.以上海地铁线路运营时段的发车间隔为例,运用仿真方法,探讨了地面储能系统容量配置与城市轨道交通发车间隔的取值控制策略.研究成果可为城市轨道交通节能提供理论指导.

基于压阻数的城轨交通地面储能系统选址方法

传统选址方法存在工作量大、步骤繁琐、易用性差的不足。基于城轨交通地面储能系统功能定位提出压阻数的概念,即全运营周期内所有列车运行至某站点时,该站点出现低电压的次数与制动电阻开启且持续一定时间的次数之和;提出基于压阻数的城轨交通地面储能系统选址方法。首先通过检测站点附近的低电压发生次数及制动电阻开启一定时间的次数计算压阻数;然后采用将平峰时段发车间隔作为选址仿真时的输入,在压阻数大于2 MP (M为全线列车数、P为每列车运行周期)的站点安装地面储能系统的选址策略;最后给出选址流程。算例研究表明:压阻数具有表征站点再生制动能量利用率和电能质量的能力;提出基于压阻数的选址方法是有效的,且受工况及运营图的影响小,具有普适性。

西安地铁列车运行控制节能技术研究

通过概述我国城市轨道交通的能源消耗情况,提出研究西安地铁列车运行控制节能技术的思路,分信号系统调通前和调通后比较列车实际运行与牵引计算软件模拟运行的结果,提出西安地铁2号线在高峰时段采用节能模式运营,在非高峰时段采用降速模式运营,节能效果较好。研究列车运行控制节能技术的发展趋势,提出充分利用再生制动能量是行车组织节能的最有效途径,并对再生制动利用进行量化分析。

含地面再生制动能量利用装置的供电设计和节能指标评估

逆变回馈装置和储能装置等地面再生制动能量利用装置(GRUD)在城市轨道交通牵引供电系统中的应用逐渐普遍。针对GRUD的供电系统设计问题,首先建立不同GRUD的供电计算模型,并以此为基础,建立GRUD的优化设计与运营模型,设计阶段目标函数为GRUD寿命期限内的系统综合成本,运营阶段目标函数为系统牵引能耗。针对含GRUD供电系统的节能效果评估问题,提出从牵引能耗和主变电所能耗两个角度计量的节能效果评估指标,并提出基于节能效果评估的在线监测与控制系统。最后,对含GRUD的供电系统设计提出应转变的思路,为系统设计提供一定参考。

高速铁路再生制动能量利用研究

根据高速列车再生制动原理与工作特性，探讨了几种再生制动能量吸收装置的安装方案，并对其在各种工况下的工作特性进行了计算与分析。结合MATLAB／SIMLINK软件根据某高速铁路建立了仿真计算模型，模拟了不同列车不同工况下再生制动能量利用情况，并在分析的基础上提出了合理的高速列车再生制动能量吸收装置安装方案。

基于多智能体的混合动力汽车再生制动协同控制

为提高混合动力汽车再生制动能量利用率与制动安全性,进一步提升续驶里程,提出一种基于多智能体的再生制动协同控制方法。构建交互式协同控制再生制动系统智能体及子智能体模型,系统智能体通过接受制动工况信息将蓄电池荷电状态(State of Charge,SOC)发送给蓄电池智能体,将再生制动分配系数与制动强度系数发送给车轮智能体和电机智能体;各子智能体以自身最高工作效率为目标,结合各自运行工况与其他智能体进行交互并将各自的任务实时反馈给系统智能体。最后在MATLAB/Simulink中建模,在CYC_UDDS工况下进行仿真验证。结果表明,电机制动力与机械制动力得到合理分配,充电电流控制在合理范围内,制动过程蓄电池SOC增加了近23%、制动能量利用率达17.43%,验证了所提方法的可行性和有效性。

协调余热与回热系统的热能梯级利用技术

针对目前常用余热利用技术的不足,开发了协调余热与回热系统的新型热能梯级利用系统。该系统将锅炉和汽轮机的余热利用与回热循环有机结合起来,可智能分配热流向,具有更好的参数调控性能和工况适应性,不仅动态优化了热能的梯级利用,也改善了空气预热器的性能。以某660 MW空冷机组为例,设置传统低温省煤器回收烟气余热可使供电标准煤耗率在额定功率工况和热耗率验收工况分别降低1.70、1.08 g/(k W·h),采用协调余热与回热系统改造后分别降低3.19、3.74 g/(k W·h),平均多节能约150%,热经济性显著提高。