超级电容储能系统硬件设计作者：邢华刚 李凯 钱荣 兴志来源：《科技资讯》2017年第30期 DOI：10.ki.1672-3791.2017.30.083
摘 要：城市轨道交通需要频繁启动和制动，由于传统牵引供电变电站不能反向吸收能量，车辆再生制动时产生的多余能量都被浪费。针对超级电容在轨道交通应用方面的特点，给出了三电平双向直流变换器的工作原理，并完成了参数设计，最后设计了基于DSP控制器的硬件电路。本系统具有控制精度高、响应快等优点。 关键词：超级电容 城市轨道交通 功率
中图分类号：U270 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（c）-0083-03
轨道交通车辆运行的特点是站间距离短、运行速度高、启动与制动频繁。如何有效回收轨道车辆的制动能量，提高整个系统的能量利用效率，增强电网电压的稳定性，对轨道交通系统安全、可靠、高效运行有着重要的意义。超级电容作为轨道交通的储能单元，可以满足
启动频繁、加速、爬坡的高功率要求，同时在制动时可以进行大功率的能量回收。但基于超级电容的城市轨道交通储能系统，目前还没有成熟产品，而国内研究采用超级电容器吸收再生制动能量也才刚起步，所以研究超级电容储能系统具有很大的发展空间。
1 功率拓扑结构设计
三电平DC-DC分为共地和不共地两种拓扑，图1为输入输出共地式拓扑，其中Cfiy为飞跨电容，Q1、Q2、Q3、Q4是四只开关管，L是滤波电感，VH和VL分别是高端电压和低端电压，CH和CL分别是高压端电容和低压端电容。稳态时Cfly是飞跨电容，电压为输入电压的一半，即Vcfly=VH/2。
在储能系统中对超级电容进行充电，对于双向DC-DC变换器来说为Buck模式；超级电容中的电放到系统中，对双向DC-DC变换器来说为Boost模式。在Buck模式下占空比D=UO/Ui，在Boost模式下占空比D=（UO-Ui）/Ui；控制Q1～Q4的占空比D分为D>0.5和D0.5时刻驱动波形。
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