王似玉
摘 要：轻轨列车车载储能装置可以吸收利用车辆的再生制动能量，稳定直流網电压，防止再生失效，是近年来城轨交通领域的研究热点。近两年功率型钛酸锂电池的出现，使得锂电池的充放电速率、功率密度等性能有了大幅度的提高，锂电池越来越符合城轨车辆储能装置的需求。本文利用MATLAB软件对轻轨车辆锂电池车载储能系统进行仿真分析。
关键词：轻轨交通牵引；车载储能系统；锂电池；再生制动
中图分类号：TM922.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）07-0080-01
1 引言
轻轨列车的制动能量十分可观，约占总牵引能量的30%-40%[1-2]。我们应该有效的回收利用。本文设计了一种基于轻轨车辆的锂电池储能装置，主要功能是回收列车的再生制动能量，并在列车启动过程中释放存储的能量，承担部分牵引负荷，同时抑制由于列车频繁启动、制动造成的牵引网的大幅度电压波动。
2 车载储能系统结构
轻轨交通采用直流供电系统，列车通过受电弓从接触网或者第三轨获得直流电，再通过牵引变流器给牵引电机供电。车载储能装置通过双向DC/DC变换器并联在牵引网上[2]。当车辆启动时，储能装置向牵引网放电，抑制网压下降；当车辆制动时，储能装置回收再生制动能量，缓解网压抬升。轻轨车载储能系统的拓扑结构如图1所示。
3 车载储能系统控制策略
由于列车处于牵引工况时，启动电流很大，线路电阻上的压降比较大，导致牵引网电压跌落严重[1]；列车惰行时，牵引网电压基本维持在变电所空载时的电压值；列车制动时，逆变器向牵引网馈送再生制动能量，由于变电所使用的是二极管不控整流，能量无法回流，导致大量能量囤积在直流网上，进而网压升高[2]。因此，直流网电压可以作为储能装置充放电的控制信号。此外，为了保证储能装置的正常工作，其自身也有电压和电流的限制，充放电应在安全电流范围内进行。车载储能装置的控制策略如图2所示。
控制策略中为实际直流网侧电压，为充放电动作电压，为锂电池实际充放电电流，为经PI计算后的充放电控制目标电流。分别为外环电压和内环电流的限制单元，防止锂电池的过流充放电，最终的PWM控制信号作用于双向DC/DC电路中的IGBT开关管上。
4 车载储能系统的仿真分析
图3为仿真中使用的日本轻轨列车牵引功率曲线。直流牵引网的额定电压为600V（日本），其允许的电压波动范围是600±50V。
仿真中使用的功率型钛酸锂电池是由日本东芝公司生产的，型号为MP146396PAJ，与普通锂电池相比它最大的优势就是功率密度大大增加，快速充放电的能力得到提高。
用该锂电池作为储能介质进行的列车模型仿真结果分别如图4所示。
上述仿真结果验证了车载储能系统拓扑结构和控制策略的可行性，储能装置可以有效回收列车的制动能量，稳定直流网压波动。并且在这方面，钛酸锂锂电池充放电性能表现很优秀。
参考文献
[1]陶章荣，潘爱强.城市轨道交通能馈式再生制动技术及其对电网的影响[J].华东电力，2009，37（12）：2035-3037.
[2]温兆鹏.Translohr系列现代有轨电车技术特点与运营问题研究[J].城市建设理究，2012，（35）.
