城市軌道交通列車蓄電池應急牽引最佳化控制技術研究

《城市軌道交通列車蓄電池應急牽引最佳化控制技術研究》是依託中國科學院電工研究所，由王珂擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：城市軌道交通列車蓄電池應急牽引最佳化控制技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王珂
• 依託單位：中國科學院電工研究所

項目摘要

城軌交通列車應急牽引是指車輛在失去外部供電條件下，依靠車載蓄電池驅動列車運行至站台等安全區域，是列車新型高效故障導向安全技術之一。然而受蓄電池容量限制，列車運行速度低、距離短，如何通過最佳化節能控制提高列車應急牽引運行距離、縮短旅客疏散時間是亟待解決的技術難題。應急牽引系統工作模式存在諸多特殊性，如變流器處於自然冷卻狀態等，因此系統工作特性分析是最佳化控制研究的基礎。此外，系統最佳化控制涉及電機動態效率最佳化、蓄電池能量最佳化分配等諸多技術難題，相關理論問題尚未得到深入研究。本課題擬對城軌列車蓄電池應急牽引最佳化控制技術展開研究，首先建立系統機、電、熱一體化分析模型，對應急牽引系統工作模式及特性進行深入分析，在此基礎上研究電機動態效率最佳化控制及蓄電池能量非線性規劃最佳化分配方法，進而分別從單位距離能耗最低及時間最短等最佳化目標入手展開系統最佳化控制策略研究。相關研究成果將為新一代城軌車輛研製提供理論依據。

結題摘要

傳統的城市軌道交通車輛當供電系統故障發生時，現有的應急救援機制主要採用外部救援車將故障車牽引至附近站台，這種方式對線路運營影響較大。城軌列車蓄電池應急牽引是指外部供電故障時，依靠蓄電池車載儲能單元為牽引變流器短暫供電進而驅動列車運行至安全區域。車載蓄電池單元主要用於為列車照明、門控系統提供應急供電，其工作特性與電機牽引特性嚴重不匹配，應急牽引運行距離及運行時間受蓄電池單元容量等特性制約較大。應急牽引系統工作模式存在諸多特殊性，如變流器將處於自然冷卻狀態等，因此一體化的系統分析和最佳化配置及控制是提高應急牽引性能的關鍵所在。本項目首先建立了城軌列車蓄電池應急牽引系統機、電、熱一體化分析模型，對應急牽引工況下變流器電熱特性、電機損耗特性等系統工作特性進行了深入分析，並對牽引變流器和蓄電池箱的組合模式進行最佳化，最佳化後的牽引系統配置在提高變流器輸出能力的同時，可匹配蓄電池輸出特性和變流器自然散熱特性。針對城軌車輛牽引運行模式提出模型法離線搜尋尋優方法與線上查表相結合的動態效率最佳化控制策略，從而實現不同運行工況下的電機動態效率最佳化節能控制。針對典型限速值下的最遠運行距離、特定應急牽引距離下最短運行時間兩個典型最佳化目標，分別提出了對應的能量非線性規劃最佳化分配方法及對應的牽引電機控制策略，針對6編組A型車的仿真計算結果表明所提出的策略可將車輛應急牽引運行距離提高60%以上，特定距離救援時間可縮短14%以上。針對所提出的最佳化控制策略，在異步電機對拖試驗平台上進行了模擬試驗研究，在等效運行距離相同情況下，通過最佳化控制策略可使蓄電池輸出電壓提升5%以上。仿真和模擬試驗結果證明所提出控制策略可有效提高急牽引運行距離，縮短應急救援時間。上述分析模型及控制策略已在動車組列車應急牽引系統項目中得到套用。同時為應急牽引系統在現有城軌列車系統中的套用奠定基礎及新一代高性能城市軌道交通車輛的研製提供依據。