项目介绍
采用车载超级电容储能系统回收再生能量，降低运行成本已经成为世界各国城市轨道交通系统所面临的重大课题。国外日本、加拿大、德国等国研究较多。庞巴迪与德国曼海姆交通公司合作开发的（MITRAC Energy Saver）轻轨车，日本JR东海313系轻轨车均装有超级电容储能系统，国内尚无此类应用。针对车载超级电容储能系统的容量配置，以及列车自身特性、列车运行图以及线路阻抗等重要因素对系统容量的影响，这方面的研究在国内外都比较少。车载超级电容储能系统能量管理主要是匹配储能装置的容量、动态响应与整个列车传动系统的性能，使列车启动、制动性能达到最优，在综合考虑区间多列车运行工况能量管理系统也能最优分配能量流向，最终达到节省电能、稳定架线电压的目的。目前对于此问题研究甚少，国内外在这方面都刚刚起步。
研究内容
针对车载超级电容储能系统轨道交通中的应用，本课题的研究内容主要有以下三个方面：
(1)车载超级电容储能系统建模及仿真验证研究
研究内容包括：
- 超级电容机理，特点及数学模型；
- 针对车载超级电容的容量配置这个重要的问题，提出从仿真的角度研究的观点，建立变电所、线路，以及列车的等效数学模型，根据列车运行，动态仿真网与车之间的功率流动以及加入储能装置后车、网、储能装置三者之间的功率流。研究考虑了列车运行图、线路阻抗以及装置吸收电压等重要因素对超级电容储能系统参数的影响；
(2) 车载超级电容储能系统设计理论研究。
研究内容包括：
- 从最大放电功率，能量输出以及放电效率来对电容器组进行优化设计；
- 比较了几种典型的双向DC/DC电路,主要从有源功率器件的电气应力以及无源元件的体积和电气应力、变换器效率等方面进行比较研究,从中优选出合适的电路拓扑。针对选出的电路拓扑，在几种典型电流控制方式进行系统损耗分析后,从变流器的开关损耗、电感磁芯损耗等方面提出了功率变流器损耗优化方案；
- 双向DC/DC对超级电容恒电流、恒功率充放电控制策略的研究；
(3) 车载超级电容储能系统能量最优管理研究
研究内容包括：
- 超级电容充放电特性分析；
- 列车受流特性特性分析；
- 基于超级电容特性与列车受流特性最优匹配下的网流以及超级电容充放电电流分配策略。
研究成员及研究任务
赵坤—考虑多列车运行时，车载超级电容容量配置方法及能量管理策略
王椹榕—车载超级电容储能装置的优化设计
王彬—考虑本车与他车信息交换时，车载超级电容储能系统能量管理策略
胡斌—车载超级电容储能装置中三电平DC/DC变换器的设计及控制策略
研究目标
储能装置的实用化