王似玉

摘 要：輕軌列車車載儲(chǔ)能裝置可以吸收利用車輛的再生制動(dòng)能量，穩(wěn)定直流網(wǎng)電壓，防止再生失效，是近年來(lái)城軌交通領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近兩年功率型鈦酸鋰電池的出現(xiàn)，使得鋰電池的充放電速率、功率密度等性能有了大幅度的提高，鋰電池越來(lái)越符合城軌車輛儲(chǔ)能裝置的需求。本文利用MATLAB軟件對(duì)輕軌車輛鋰電池車載儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。

關(guān)鍵詞：輕軌交通牽引；車載儲(chǔ)能系統(tǒng)；鋰電池；再生制動(dòng)

中圖分類號(hào)：TM922.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）07-0080-01

1 引言

輕軌列車的制動(dòng)能量十分可觀，約占總牽引能量的30%-40%[1-2]。我們應(yīng)該有效的回收利用。本文設(shè)計(jì)了一種基于輕軌車輛的鋰電池儲(chǔ)能裝置，主要功能是回收列車的再生制動(dòng)能量，并在列車啟動(dòng)過(guò)程中釋放存儲(chǔ)的能量，承擔(dān)部分牽引負(fù)荷，同時(shí)抑制由于列車頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)造成的牽引網(wǎng)的大幅度電壓波動(dòng)。

2 車載儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

輕軌交通采用直流供電系統(tǒng)，列車通過(guò)受電弓從接觸網(wǎng)或者第三軌獲得直流電，再通過(guò)牽引變流器給牽引電機(jī)供電。車載儲(chǔ)能裝置通過(guò)雙向DC/DC變換器并聯(lián)在牽引網(wǎng)上[2]。當(dāng)車輛啟動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)能裝置向牽引網(wǎng)放電，抑制網(wǎng)壓下降；當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)能裝置回收再生制動(dòng)能量，緩解網(wǎng)壓抬升。輕軌車載儲(chǔ)能系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 車載儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略

由于列車處于牽引工況時(shí)，啟動(dòng)電流很大，線路電阻上的壓降比較大，導(dǎo)致牽引網(wǎng)電壓跌落嚴(yán)重[1]；列車惰行時(shí)，牽引網(wǎng)電壓基本維持在變電所空載時(shí)的電壓值；列車制動(dòng)時(shí)，逆變器向牽引網(wǎng)饋送再生制動(dòng)能量，由于變電所使用的是二極管不控整流，能量無(wú)法回流，導(dǎo)致大量能量囤積在直流網(wǎng)上，進(jìn)而網(wǎng)壓升高[2]。因此，直流網(wǎng)電壓可以作為儲(chǔ)能裝置充放電的控制信號(hào)。此外，為了保證儲(chǔ)能裝置的正常工作，其自身也有電壓和電流的限制，充放電應(yīng)在安全電流范圍內(nèi)進(jìn)行。車載儲(chǔ)能裝置的控制策略如圖2所示。

控制策略中為實(shí)際直流網(wǎng)側(cè)電壓，為充放電動(dòng)作電壓，為鋰電池實(shí)際充放電電流，為經(jīng)PI計(jì)算后的充放電控制目標(biāo)電流。分別為外環(huán)電壓和內(nèi)環(huán)電流的限制單元，防止鋰電池的過(guò)流充放電，最終的PWM控制信號(hào)作用于雙向DC/DC電路中的IGBT開關(guān)管上。

4 車載儲(chǔ)能系統(tǒng)的仿真分析

圖3為仿真中使用的日本輕軌列車牽引功率曲線。直流牽引網(wǎng)的額定電壓為600V（日本），其允許的電壓波動(dòng)范圍是600±50V。

仿真中使用的功率型鈦酸鋰電池是由日本東芝公司生產(chǎn)的，型號(hào)為MP146396PAJ，與普通鋰電池相比它最大的優(yōu)勢(shì)就是功率密度大大增加，快速充放電的能力得到提高。

用該鋰電池作為儲(chǔ)能介質(zhì)進(jìn)行的列車模型仿真結(jié)果分別如圖4所示。

上述仿真結(jié)果驗(yàn)證了車載儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略的可行性，儲(chǔ)能裝置可以有效回收列車的制動(dòng)能量，穩(wěn)定直流網(wǎng)壓波動(dòng)。并且在這方面，鈦酸鋰鋰電池充放電性能表現(xiàn)很優(yōu)秀。

參考文獻(xiàn)

[1]陶章榮，潘愛強(qiáng).城市軌道交通能饋式再生制動(dòng)技術(shù)及其對(duì)電網(wǎng)的影響[J].華東電力，2009，37（12）：2035-3037.

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