地铁储能系统中超级电容电压均衡问题的研究-电力电子与电力传动专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书） 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 摘 要 轨道交通日益发达的今天，如何减小地铁的能量损耗和运营成本显得尤为重要。地铁再生 制动能量回收利用技术的研究对轨道交通的发展、节能环保有着重大意义，其中，超级电容储 能作为能量回收再利用的重要手段之一，得到广泛应用。串联超级电容的电压均衡是限制超级 电容应用的关键技术问题，成为研究热点。本论文针对 1500V 直流地铁牵引电网的超级电容储 能系统，研究了一种超级电容电压均衡装置，并提出一种新型电压均衡电路，实现了超级电容 较高精度的电压均衡，保障超级电容安全可靠工作。 在高压大功率的地铁再生制动能量回收利用系统中，储能所需的超级电容数量大，需要对 超级电容组的容量、串并联及模块化进行合理设计。针对超级电容组的电压、容量、结构，本 论文所设计的超级电容电压均衡装置采用分层式电压均衡方案，即在超级电容模块间和模块内 采用不同的电压均衡电路。文章提出了一种新型电压均衡电路用于超级电容模块间电压均衡， 该电路实质是一种二级式变换器，特点在于能够实现总均衡电流可控以及电压自动均衡，较于 传统电压均衡电路，在结构、控制方法、均衡精度上具有一定优势，本论文分析其工作原理并 用 saber 软件进行了仿真验证。本论文设计中所应用的 48V 超级电容模块内已集成厂家提供的 电压均衡电路，因此对模块内电压均衡电路，本论文只作独立的设计和功能性验证，采用 TI 公司的一款均衡管理芯片 bq76PL536 设计开关电阻式电压均衡电路，配合单片机 STM8S208RB 的控制实现 48V 超级电容模块内的电压监测、电压均衡功能，制作硬件平台对其进行评估试验。 最后，详细介绍了整个超级电容电压装置的设计思路以及软硬件设计方案，采用 C8051F040 作 为装置的主控芯片，对搭建的实验样机进行了实验研究。实验结果表明，本论文所设计的电压 均衡装置具有良好的均衡能力和较高的均衡精度，且具有完善的辅助功能。 关键词：地铁再生制动能量回收利用，超级电容储能，超级电容模块，电压均衡，均衡电路， bq76PL536 I 地铁储能系统中超级电容电压均衡问题的研究 ABSTRACT With the rapid development of the rail transportation today, how to reduce the subway’s energy loss and operating costs is especially important. The research on metro regenerative braking energy recycling is of great significance to the development of rail transportation, the energy conservation as well as the protection of environment. In metro regenerative braking energy recycling systems, supercapacitors(SCs) are widly used to store the regenerative braking energy. However, the voltage equalization of SCs in series is a key technical problem which limits the application of SC storage systems. The equalizers of SCs become research hotspots. In this thesis, a SC voltage equalization device used in 1500V DC metro traction power grid is studied, and a novel voltage equalization circuit is proposed which is promised to achieve a high equalization