本發(fā)明涉及一種超級電容儲能系統(tǒng)，尤其涉及一種車載超級電容儲能系統(tǒng)控制方法。

背景技術：

與道路、航空等交通方式相比，軌道交通運輸具有運量大、定時、安全、環(huán)保、節(jié)能等顯著優(yōu)點。在全球倡導保護環(huán)境、防止地球暖化的今天，軌道交通環(huán)保、節(jié)能的優(yōu)點已越來越受到人們的重視，大力發(fā)展軌道公共交通已成為世界各國的共識。軌道交通車輛采用交流傳動技術后，再生制動成為列車常用的制動方式，由于再生制動能量可供相同供電區(qū)間內(nèi)的其他處于牽引狀態(tài)的列車利用，進一步降低了列車的運行能耗，使軌道交通在節(jié)能運行方面的優(yōu)勢越發(fā)突出。然而，使用再生制動的前提是線路上必須有足夠的負載來吸收再生能量，否則就容成受電弓電壓升高超過允許值，引發(fā)主電路斷開，導致再生制動失效。

近年，隨著二次電池、飛輪、超級電容（EDLC）等儲能技術的發(fā)展，如何利用儲能技術來解決列車制動失效、改善列車高速制動力不足得到世界軌道交通界的廣泛關注。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服列車制動失效、改善列車高速制動力不足的難題，本發(fā)明提出一種車載超級電容儲能系統(tǒng)控制方法。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發(fā)明通過研究城軌列車的制動能量特點以及超級電容本身特性，分析了二者之間的特性匹配關系，提出一種基于車載超級電容系統(tǒng)間接電流控制方法，通過該控制方法可以有效地抑制線網(wǎng)電壓波動，防止再生制動失效，節(jié)省列車運行能耗。

車載超級電容儲能系統(tǒng)控制方法包括：雙向DCDC變換器、電流閉環(huán)矯正、間接電流控制三個部分。

所述雙向DCDC變換器利用狀態(tài)空間平均法對雙向DC-DC 變換器的降壓斬波器和升壓斬波器進行建模后，得到統(tǒng)一模型。

所述電流閉環(huán)矯正采用PI控制器，將電流開環(huán)傳遞函數(shù)校正為一個一階慣性環(huán)節(jié)，可使超級電容電流獲得良好的穩(wěn)定性、快速性。

所述間接電流控制能夠抑制受電弓處電壓跌落、改善其加速性能、防止再生失效和改善其電制動性能。

本發(fā)明的有益效果是：針對列車制動失效、改善列車高速制動力不足的問題，提出了一種車載超級電容儲能系統(tǒng)間接電流能量管理控制策略，通過此控制策略可以抑制受電弓處直流母線電壓的波動，改善列車牽引及制動性能，防止再生失效，節(jié)約運行列車能耗。

附圖說明

圖1 車載超級電容儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖2 雙向DC-DC變換器的拓撲結(jié)構(gòu)。

圖3 間接電流控制框圖。

具體實施方案

圖1中，主要由兩部分組成：一是能量變換裝置雙向DC-DC變換器；二是超級電容器組。為了使能量合理分配，兩者采用并聯(lián)的連接關系，雙向DC-DC變換器的控制與牽引逆變器的控制是相互獨立的，在不改變原有列車控制策略的基礎上，超級電容儲能裝置就能裝在既有的城軌列車上使用。 為線網(wǎng)電流；為列車牽引或再生制動需要的電流；為儲能系統(tǒng)的輸出電流，為逆變器前端電壓；為儲能系統(tǒng)的前端電壓，且滿；為超級電容端電壓；器件為隔離開關，當超級電容備用時，斷開。

雙向DC-DC 變換器和超級電容器組構(gòu)成，結(jié)合兩者特性利用狀態(tài)空間平均法對雙向DC-DC 變換器的降壓斬波器和升壓斬波器分別建模，最終得到統(tǒng)一的控制模型。圖2中，其中為與超級電容串聯(lián)的電感電流，與相同；為超級電容電壓，為超級電容內(nèi)阻上的電壓；為超級電容端電壓；為直流側(cè)端電壓；為儲能電感，為超級電容容量。

電流矯正環(huán)節(jié)中，電流的響應時間僅和系統(tǒng)的固有參數(shù)相關，的值與超級電容的內(nèi)阻主要決定著系統(tǒng)的響應速度和超調(diào)量，因此可令，得到的值，則可將電流開環(huán)傳遞函數(shù)校正為一個一階慣性環(huán)節(jié)，可使超級電容電流獲得良好的穩(wěn)定性、快速性。

圖3中，的給定方式是通過控制線網(wǎng)電流而間接給定，線網(wǎng)電流與給定線網(wǎng)電流之間的比較值決定了的閾值。在滿足相應邏輯條件的基礎上就能保證超級電容儲能系統(tǒng)按設計的能量管理策略正確動作。限制器A：主要決定著超級電容儲能系統(tǒng)動作電壓的閾值。限制器B：決定超級電容的充放電電流的上限值，當充放電電流大于上限值時，那么超級電容就以上限值進行充放電，達到保護超級電容的目的。限制器C：決定超級電容的電壓上限值，也就是SOC 的限制值，當超級電容的SOC 在放電時接近0.25 時，通過控制kc減小放電電流，直至0；當超級電容SOC 在充電時接近0.95 時，同樣控制kc減小充電電流，達到保護超級電容的目的。