基于车载的城市轨道车辆制动能量控制及回收方法的研究

频繁的启动和制动是城市轨道车辆运行的最大特点,而制动所产生的能量有很大一部分消耗在车载制动电阻上，由此产生的热量散发到地铁隧道内，使隧道内的温度逐年升高。为解决这一问题，提出一种新的基于车载的城市轨道车辆制动能量控制方法，并对制动能量进行回收并合理利用，减少列车制动时在制动电阻上的能量消耗。本项目针对城市轨道车辆制动能量控制及回收方法的关键基础理论问题，通过建立列车制动过程的随机性和制动能量分布的非线性条件下的制动能量实时分析模型，基于城市轨道车辆运行外特性及制动能量回收系统多参数耦合特性条件下建立制动能量回收效率模型，结合牵引电机特性，尝试解决多参数耦合对制动能量回收效率的影响机理问题；研究在短暂制动时间的条件下，储能元件充电的快速、稳定及可靠技术；解决车辆在制动电阻存在条件下，基于储能元件的制动能量快速回收问题，有望为城市轨道车辆制动能量回收及再利用的应用提供理论依据和技术基础。

本项目提出了一种基于车载的城市轨道车辆制动能量控制方法，对城市轨道车辆制动过程中产生的再生能量进行回收及合理利用，以减少电阻制动的投入使用率。项目针对城市轨道车辆制动能量控制和回收方法的若干关键基础理论问题开展研究。（1）基于牵引供电网络拓补结构，建立了列车制动过程的随机性和制动能量分布的实时分析模型。研究依据上海地铁2号线的实际线路数据，进行了算例分析，研究结果显示，当列车的发车间隔为200s时，电阻制动占总电气制动能量近30%。（2）基于城市轨道车辆制动能量特性以及制动能量回收系统多参数耦合特性条件，建立了制动能量回收效率模型。由SIMULINK仿真可计算得出三种工况的制动能量回收效率均在75%以上。（3）最后结合牵引电机在再生制动过程中的运行特性，研究了牵引电机、DC/DC变流器以及储能器在多参数耦合条件下对制动能量回收效率的影响机理问题。. 基于理论研究结果，本项目在实验室条件下实现了车辆制动过程中储能元件充电的快速、稳定及可靠技术，并将实验结果与理论研究结果进行了对比分析。本项目基本解决了车辆在制动电阻存在的条件下，以储能元件为主的制动能量的控制及回收过程中能量合理分配的问题，为城市轨道车辆制动能量回收再利用的应用提供了理论依据和技术基础。. 另外，本项目在城市轨道交通车辆制动能量回收技术现状以及研究进展方面做了深入研究。在分析城市轨道交通车辆制动能量回收的可行性与潜力的基础上，介绍了国内外各种制动能量回收技术，深入对比分析了不同制动能量回收技术的特点，指出制动能量回收技术存在的问题、拟采取的解决方案和国内外对此问题研究的热点方向，并对该领域的发展趋势进行了讨论，对城市轨道车辆制动能量回收的研究重点和方向具有重要的指导意义。