一种车载超级电容储能系统控制方法与流程

本发明涉及一种超级电容储能系统，尤其涉及一种车载超级电容储能系统控制方法。

背景技术：

与道路、航空等交通方式相比，轨道交通运输具有运量大、定时、安全、环保、节能等显著优点。在全球倡导保护环境、防止地球暖化的今天，轨道交通环保、节能的优点已越来越受到人们的重视，大力发展轨道公共交通已成为世界各国的共识。轨道交通车辆采用交流传动技术后，再生制动成为列车常用的制动方式，由于再生制动能量可供相同供电区间内的其他处于牵引状态的列车利用，进一步降低了列车的运行能耗，使轨道交通在节能运行方面的优势越发突出。然而，使用再生制动的前提是线路上必须有足够的负载来吸收再生能量，否则就容成受电弓电压升高超过允许值，引发主电路断开，导致再生制动失效。

近年，随着二次电池、飞轮、超级电容（EDLC）等储能技术的发展，如何利用储能技术来解决列车制动失效、改善列车高速制动力不足得到世界轨道交通界的广泛关注。

技术实现要素：

为了克服列车制动失效、改善列车高速制动力不足的难题，本发明提出一种车载超级电容储能系统控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明通过研究城轨列车的制动能量特点以及超级电容本身特性，分析了二者之间的特性匹配关系，提出一种基于车载超级电容系统间接电流控制方法，通过该控制方法可以有效地抑制线网电压波动，防止再生制动失效，节省列车运行能耗。

车载超级电容储能系统控制方法包括：双向DCDC变换器、电流闭环矫正、间接电流控制三个部分。

所述双向DCDC变换器利用状态空间平均法对双向DC-DC 变换器的降压斩波器和升压斩波器进行建模后，得到统一模型。

所述电流闭环矫正采用PI控制器，将电流开环传递函数校正为一个一阶惯性环节，可使超级电容电流获得良好的稳定性、快速性。

所述间接电流控制能够抑制受电弓处电压跌落、改善其加速性能、防止再生失效和改善其电制动性能。

本发明的有益效果是：针对列车制动失效、改善列车高速制动力不足的问题，提出了一种车载超级电容储能系统间接电流能量管理控制策略，通过此控制策略可以抑制受电弓处直流母线电压的波动，改善列车牵引及制动性能，防止再生失效，节约运行列车能耗。

附图说明

图1 车载超级电容储能系统结构。

图2 双向DC-DC变换器的拓扑结构。

图3 间接电流控制框图。

具体实施方案

图1中，主要由两部分组成：一是能量变换装置双向DC-DC变换器；二是超级电容器组。为了使能量合理分配，两者采用并联的连接关系，双向DC-DC变换器的控制与牵引逆变器的控制是相互独立的，在不改变原有列车控制策略的基础上，超级电容储能装置就能装在既有的城轨列车上使用。 为线网电流；为列车牵引或再生制动需要的电流；为储能系统的输出电流，为逆变器前端电压；为储能系统的前端电压，且满；为超级电容端电压；器件为隔离开关，当超级电容备用时，断开。

双向DC-DC 变换器和超级电容器组构成，结合两者特性利用状态空间平均法对双向DC-DC 变换器的降压斩波器和升压斩波器分别建模，最终得到统一的控制模型。图2中，其中为与超级电容串联的电感电流，与相同；为超级电容电压，为超级电容内阻上的电压；为超级电容端电压；为直流侧端电压；为储能电感，为超级电容容量。

电流矫正环节中，电流的响应时间仅和系统的固有参数相关，的值与超级电容的内阻主要决定着系统的响应速度和超调量，因此可令，得到的值，则可将电流开环传递函数校正为一个一阶惯性环节，可使超级电容电流获得良好的稳定性、快速性。

图3中，的给定方式是通过控制线网电流而间接给定，线网电流与给定线网电流之间的比较值决定了的阈值。在满足相应逻辑条件的基础上就能保证超级电容储能系统按设计的能量管理策略正确动作。限制器A：主要决定着超级电容储能系统动作电压的阈值。限制器B：决定超级电容的充放电电流的上限值，当充放电电流大于上限值时，那么超级电容就以上限值进行充放电，达到保护超级电容的目的。限制器C：决定超级电容的电压上限值，也就是SOC 的限制值，当超级电容的SOC 在放电时接近0.25 时，通过控制kc减小放电电流，直至0；当超级电容SOC 在充电时接近0.95 时，同样控制kc减小充电电流，达到保护超级电容的目的。