混合動力動車組動力系統(tǒng)能量流控制策略研究.pdf

1、車載儲能系統(tǒng)和混合動力系統(tǒng)在鐵道車輛上的應用是軌道交通領域一個新的重要的研究方向。本文依托“十二五”國家科技支撐計劃重點項目—“混合動力動車組關鍵技術研究及典型樣車研制”以及“十二五”國家科技支撐計劃重點項目—“軌道交通列車節(jié)能關鍵技術及工程應用示范”，圍繞混合動力系統(tǒng)、大容量儲能系統(tǒng)、雙向DC/DC變換器以及系統(tǒng)能量流控制和管理策略分別展開研究，并通過大量的模型仿真以及地面、樣車實驗對研究成果進行了驗證。
　　為了實現(xiàn)混合動力系

2、統(tǒng)在鐵道車輛上的應用，本文在總結(jié)國外先進應用成果，結(jié)合作者所屬研究團隊既有的一些成果的基礎上，首先進行了混合動力系統(tǒng)容量配置研究，通過進行列車牽引-惰行-制動過程中的牽引計算，完成了對混合動力系統(tǒng)的容量匹配與關鍵部件選型，并對所選的鈦酸鋰電池進行了特性研究。
　　研究過程中分別對系統(tǒng)兩大核心組件柴油發(fā)電機組與雙向DC/DC變換器進行了特性研究與仿真建模。分析了柴油發(fā)電機組機械部分（柴油機及其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)）及電氣部分（永磁同步發(fā)電機

3、）的數(shù)學模型，并據(jù)此建立了仿真模型。進行了柴油發(fā)電機組地面實驗并與仿真結(jié)果進行了對比驗證了柴油發(fā)電機組模型的準確性。
　　隨后研究了大功率雙向DC/DC變換器的工作原理與拓撲結(jié)構，選擇了易于集成的雙向Buck-Boost變換器作為系統(tǒng)拓撲，研究了雙向DC/DC變換器的控制方法，設計了基于電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的負載預測控制系統(tǒng)，以適應混合動車組動力系統(tǒng)負載不斷變化的特點，提高系統(tǒng)在運行過程中的動態(tài)性能，并進行了仿真和地面實驗進行驗證。<

4、br>　　針對混合動力動車組復雜的運行工況，本文著重研究了混合動力系統(tǒng)能量流控制策略，設計了基于永磁同步發(fā)電機自然下垂特性的系統(tǒng)控制及配合策略，實現(xiàn)了通過調(diào)節(jié)中間直流環(huán)節(jié)電壓對混合動力系統(tǒng)內(nèi)部能量流進行主動的流量與流向控制，并設計了混合動力動車組在動力系統(tǒng)在各工況下的能量管理策略與輸出功率受限條件下的減功運行策略以保證混合動力動車組在其復雜的運行工況下的穩(wěn)定運行。研究過程中進行了地面模擬實驗和樣車實驗。實驗結(jié)果證明能量流控制策略基本滿足