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储能电源应用于地铁车辆应急牵引的设计研究

发布日期:2021-09-06 17:01:04   浏览量:
地铁车辆在特殊紧急状况下(如:误入无电区),在没有接触网/接触轨等外部电源输入时,通过激活司机室的应急牵引功能按钮/开关,使牵引系统由车载超级电容电源和蓄电池组(DC 110 V)供电,让列车运行一段距离。结合超级电容低内阻、大充放电电流特性,列车在进行应急牵引时,采用超级电容电源与蓄电池组相互结合,给牵引系统应急牵引负载进行供电。当列车进入应急牵引状态时,为了满足应急牵引启动阶段牵引电机较大的电流,我们采用具有大电流放电特性的超级电容电源给牵引系统供电,以实现列车应急牵引顺利启动并加速到目标速度;当列车处于稳定速度运行阶段时,牵引系统电源由超级电容电源切换到蓄电池电源,维持列车应急牵引运行。2当前牵引系统供电电源现状当前国内外城市轨道交通车辆牵引系统输入电源中,均采用接触网或接触轨供电,供电电压为DC 3 000 V、DC 1 500 V或DC 750 V。在列车正常运行时,列车通过受流装置将接触网/接触轨上的电源输入牵引逆变器,为列车上的牵引系统提供电能。一列4动2拖6节编组的地铁A型车辆,在特殊紧急状况下,在没有接触网/接触轨等外部电源输入时,车辆无法正常启动,运营商基本都会采用工程维护车实施救援,将车辆拖出无电区。整个过程最快也需要花费几十分钟,因此会导致其它车辆延误。为了避免对后续车辆运营产生影响,可以在车辆上设置应急牵引功能,通过激活司机室的应急牵引功能按钮/开关,使牵引系统由车载DC 110 V电源供电,让列车运行一段距离,驶出无电区。当前国内列车采用蓄电池组为应急牵引提供电源(DC 110 V),实现列车在紧急情况下应急牵引的功能,让列车在平直轨道、AW2情况下至少运行100 m。目前采用蓄电池进行应急牵引存在以下问题:1)为满足列车紧急牵引功率需求,必须加大蓄电池组的容量,而蓄电池组箱体增大,车辆底架设备布置空间不足;同时蓄电池组受到容量的限制,放电电流和放电能量有限。2)由于蓄电池组安装在拖车上,VVVF安装在动车上,两者之间电缆比较长(20~30 m),因此输入VVVF里的电压降比较大,不利于列车应急牵引。3)为实现紧急牵引功能,蓄电池必须进行大电流放电,导致蓄电池组压降大、温升高,大大缩短蓄电池组的使用寿命,增加运营维护成本。4)受蓄电池自身特性限制,其低温放电时性能差,在低温环境下,无法实现列车紧急牵引。基于以上限制因素,蓄电池组为列车应急牵引系统提供电源存在一些弊端,甚至在低温环境中会出现无法启动应急牵引的情况。为了解决这些问题,本文引入一种新型储能电源,与蓄电池组配合进行应急牵引。3储能电源在城市轨道交通领域的应用设计为了解决蓄电池组应急牵引存在的不足,结合超级电容容量大、寿命长,大电流快速充放电和工作环境温度范围为-40~70℃的特性,利用超级电容电源为列车应急牵引启动过程提供DC 110 V电源,进行大电流放电,满足列车应急牵引功率需求。3.1列车应急牵引性能要求由于应急牵引是为了解决临时的突发事件,对列车的运行速度要求不高,因此在应急牵引的情况下,仅考虑由2节动车为列车提供应急牵引动力。目前国内的A型地铁车辆在空载的情况下,拖车质量为34 t,动车质量为38 t,在AW2工况下载荷量达到113.46 t。DC 110 V电源给牵引系统供电进行应急牵引时的列车牵引特性曲线如图1所示,列车最高运行速度限制在4 km/h。在AW2工况下,列车牵引系统由车载DC 110 V供电,由静止加速到4 km/h并运行100 m距离的过程,列车速度、距离与时间的关系如图2所示。
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