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无轨电车是一种使用电力发动，在道路上不依赖固定轨道行驶的公共交通工具，亦即是“有线电动客车”。无轨电车由接触网供电、电动机驱动。一般地，无轨电车的集电杆脱线则会失去动力；而装备有动力蓄电池、超级电容器或柴油发电机的双动源无轨电车，则可在没有接触网的路段实现离线行驶。无轨电车因为使用的橡胶轮胎是绝缘体，不像有轨电车可使用路轨完成电路；故此需要使用一对架空电缆及集电杆。双源无轨电车是在架空线网之外,搭载锂离子电池作为第二动力源,实现了在有线网路段,车载充电机在对电池进行充电的同时取电网电驱动车辆行驶,在无线网区域,利用车载动力电池实现脱网行驶。其脱线运行可以达到lOkm以上,很大程度解决了无轨电车对架空电缆的依赖,使双源无轨电车的供电方式和行驶路线更加灵活多变。双源无轨电车能量可来源于弓网和锂离子动力电池组,实现了“在线充电,脱线依靠电池驱动”的理念。当无轨电车运行至有线网区域时,集电杆在指定位置自动直线升起,车辆行驶的同时集电头自动与线网上捕捉器相连,连接供电线网。当无轨电车驶入脱线运行路段前,由司机操作控制按钮,依靠集电器降落装置,集电杆可以自动下降并对准降落在车顶减震托架上。无轨电车的优点众所周知，由于它采用胶轮和可靠的电力牵引技术，使其具有运营舒适、噪音小、污染少，而且节省能源等优点。无轨电车是介于有轨电车和公共汽车之间的一种客运车辆，它将有轨电车和内燃机公共汽车所有优点于新技术的应用同样可以改善城市中因架设线网而造成的视觉污染，使无轨电车更容易被人们接受。现在可以通过采用双动力源（电+柴油或蓄电池）的方式，使无轨电车在市区路口或不宜架设线网的敏感地区脱离架空线独立行驶。我国无轨电车的电动机现在仍是以直流电驱动为主，仅有北京和广州的部分无轨电车用上了交流变频电动机。而欧美发达国家交流变频电动机驱动的无轨电车已经十分普遍。随着半导体、交流变频和微机控制技术的发展，今后我国越来越多的无轨电车将使用交流变频电动机实际使用上，以电动机驱动的无轨电车拥有比柴油发动机驱动的公共汽车更高的攀斜能力。无轨电车可以使用再生制动，刹车时把动能转化为电能，供其他电车使用，进一步节省能源。在水力发电资源丰富的地区，因为电价较便宜，使用无轨电车的成本更低。视觉不良影响。无轨电车在制动减速过程中采用“再生制动”，可将动能转化为电能，反馈至供电网，进一步节省能源。在下坡控速时，也可如此反馈，降低了实际耗电量。在山坡较多的城市中，无轨电车的电能反馈优势更为明显。像单细胞生物一样，无轨电车系统一处出了问题整条线路都将受到影响。即倘若一处故障或当供电系统发生故障时可能导致全线堵塞，整条线路的运营都要停顿，给本来就拥挤的城市交通增大了压力。像单细胞生物一样，无轨电车系统一处出了问题整条线路都将受到影响。即倘若一处故障或当供电系统发生故障时可能导致全线堵塞，整条线路的运营都要停顿，给本来就拥挤的城市交通增大了压力。不依赖网线的新车型也是解决架空线视觉污染的重要办法。如：电容蓄能式的无辫无轨电车———超级电容车，1min便可充电完毕。还有一种新型电车自身有蓄电装置——双辅源电车，脱离网线后能行驶两三公里再“搭线”，因此所需铺设的线路也就短了很多。供电系统是无轨电车重要成套设备,电车供电系统基本采用一个模式:由供电部门用电缆把高压电源(一般为IOKV)输到电车变电整流站,经过整流站变压器整流输出低压直流(一般为600V),通过架空馈线电缆或地埋馈线电缆供给架空线网,作为电车运行的动力源[5j从宏观上来看,整流站和架空线网是供电系统的核心,是提供电能和输送电能的关键,这种电车的供电技术在相当一段时间不会有太大的改变目前,无轨电车的供电系统存在:整流站投资过大;供电区域过长时,线网末端电压过低(规定末端处最大电压降不能超过600伏额定电压的33.3%)同时造成末端无保护运行的状态;直流供电系统自动化程度较低,线路故障检测和故障点查找还处于人工方式等诸多问题。动力：根据无轨电车实际运行情况考虑将SOC的使用范围控制在30%~90%电机功率始终60KW，控制元件也多为早期的可控硅，制约了电车速度的提高。放眼国外，11、12米级电车功率已达120KW以上，部分更在150KW以上（如美国BBC的一款12米电车就达到265KW）。而目前的电车在高速时震动严重，这个问题出现至今已有几十年之久，却一直没能得以解决，显然制约了电车的行驶平顺性和乘坐舒适性。当然在功率提升、总成改良的同时，线网的优化就变得更为重要。制动：制动性能也是必须强化的部位——尽管现在申沃生产的SWB5105（K）GP-3已带有动力制动，但如何进一步提高性能、降低噪音仍是需要解决的问题。双源无轨电车平均速度为15kni/h,平均减速度为0.4m/s2,空载时,减速工况能量损失的功率大约是lL25kW。相关资料表明,制动能量回收系统可回收损失动能的47.6%。据此计算,制动回收的功率可达到5.3kW。统计计算表明,无轨电车运行过程中,减速时间平均占总运行时间的35%,以一天运行8小时为例,可以有效回收15kW.h,使单位里程能耗降低9.5%_。将整车故障划分为机械、电气、气路、电池和其他等5个系统的故障。其中机械系统故障主要包括集电杆、集电器、车轮、车门、地盘等方面;电气故障主要包括高压、低压等电气附属设备;气路故障包括气路管道、气粟等故障;电池故障包括电池性能、电池管理系统、一致性等方面[39]。在此统计无轨电车运行一年后各故障频率如图3-17所示,此时故障数得到了有效控制,各故障频率趋于平稳。双源无轨电车数量的大量增加可能会对线网产生以下影响:(1)馈线、车线平均电流长时间超过额定值,造成线路热过载,影响线路使用寿命与行车安全;(2)—个区段内车辆数过多,某一时刻若车辆同时加速,则可能造成瞬时电流超过电流保护定值,引起变电站跳闹;(3)车辆过多时负载过大,会造成分路末端电压降低,下降到一定程度时会影响电池充电,继续下降会影响车辆1H常行驶,严重时造成线路瘫痪。交直流混合微网微电网的概念被提出。微网是由分布式电源、储能装置与相应负荷组成的独立可控系统，并且就地提供电能和热能。微网存在并网和孤岛两种典型的运行模式，并网运行时，可由主网为其提供电压支撑；当检测到电网故障或电能质量不满足要求时，微网将及时与主网断开运行于孤岛模式，此时必须有一定数量的、采用电压源逆变器（VoltageSourceInverter，VSI）控制的DG单元为其提供电压支撑，以保证微网正常运行。微网可实现并网和孤岛模式之间平滑切换。可能遇到较多的故障、大容量负荷或电源的投切等情况文献[44]研究了电动机负荷对微电网暂态稳定性的影响，分析了电动机负荷起动、功率变化、故障和电动机负荷比例对微网暂态稳定性的影响，得出感应电动机负荷在电网发生故障时是引起微网暂态不稳定的主要因素，可能引起电压不稳定，且电动机负荷所占的比例越大，临界故障清除时间越短，采用Q-V下垂控制会加剧微网电压不稳定。微网系统中，线路越长，出现短路故障或电动机起动时，线路压降越大，导致感应电动机等负荷母线压降降低，即电源与负荷之间“弱联系”，此时系统稳定性就越差当主网发生故障或者微网内部故障时，微网与主网的公共连接点静态开关须迅速动作，使微网转入非计划孤岛运行模式[66]。由于微网在孤岛运行时必须依靠储能设备的支撑，由于能设备预留的可用容量不足等原因，微网孤岛运行的持续时间可能有限，微网一般尽快恢复并网运行模式，为此一旦孤岛微网检测到主网恢复正常或者微网内部故障清除，就转入并网运行模式。图3.2为微网发生故障时微网保护及模式切换的时序。当主网故障时微网应与之断开，一方面切断微网向故障点提供短路电流的通路，另一方面要保证微网以孤岛状态继安全稳定运行；当主网的故障切除后，能方便可靠的恢复并网运行。当微网内部故障的情况下，PCC开关动作使之转入孤岛运行，然后微网内部DG的低电压保护措施启动，根据微网内部故障信息迅速隔离故障区域，保证微网中其他区域的可靠运行，微网正常孤岛运行区域的DG再将其低电压保护措施切除恢复正常运行，最后微网重新与主网连接转入并网模式。于微网在外部和内两种故障情况下保护及模式切换的时序不同，因此其电压稳定特性有所不同，下面将分别对两种故障情况进行仿真分析。问题的复杂性和从动态观点来进行研究的必要性，认识到负荷的动态特性、系统元件的动态特性、系统的结构、参数、运行工况以及控制系统等都会影响到电压稳定性，从而开始重视电压崩溃现象的动态机理分析和对仿真模型的要求。进行充电模式的转换自动充电模式：车载充电机检测到网压并大于动力电池电压后，以恒流方式给动力电池充电。当动力电池电压达到额定值时充电机转入恒压充电，直至充电电流小于一定值后自动关闭。受控充电模式：车载充电机按照CAN协议与电池管理实时完成数据交换，充电机将电池管理提供的最大允许充电端电压、最大允许单只电池充电电压、最大允许充电电流、电池组端电压、最高单只电池电压作为充电限制条件，实施充电过程管理，保证电池组内所有单只电池的电压不超限，总电压不超限，充电电流不超限。在牵引工况下，控制器将直流电转换成三相交流电，供给三相鼠笼式异步电机，再通过减速箱的减速和传动轴的传动，驱动车桥和车轮。在制动工况下，异步电机将机械能转化为电能。当由线网供电时，电能消耗到制动电阻上当由蓄电池供电时，反馈的电能先给蓄电池充电，当蓄电池吸收能力受限制时，剩余能量再消耗在制动电阻上。双源无轨电车装配了电源自动转换装置,线网与车载电池之间的自动切换时间约0.001秒,这样可以确保在动力切换时车辆高压电气设备的正常工作,同时有效避免了传统无轨电车在十字路口、交叉路口等绝缘段时车辆可能出现的供电突然中断的情况,确保无轨电车的正常运行。同时双源无轨电车具有完备的电压保护功能,当车载电池组出现过充电或者过放电状态时,系统将自动切断电路以确保电池使用安全[4]。因而最初充电方式为基于电池组端电压的恒压恒流充电[6]:充电幵始阶段釆用恒流模式对电池组进行充电,当电池组端电压达到上限电压,充电机转为恒压控制阶段,充电电流逐渐降低,当充电电流为零时,认为电池组已经充满,并停止充电。随着锂离子电池技术的发展和环境保护的需求,使用安全、能量密度大、寿命长的锂电池技术逐渐成熟,猛酸锂和憐酸铁锂电池逐渐替代铅酸电池作为双源无轨电车的动力源。充屯机要实现对电池组安全快速充电,需要借助电池管理系统的帮助,实现电池状态的实时监控,包括电池组端电压、单体电池电伍、SOC、电池箱温度等。管理系统通过CAN通信与充电机进行数据交换丨8】,从而判断充电幵始、截止条件,充电电流大小。在充电开始前,首先要确保充电机与电池管理系统通信成功,电池管理系统读取电池数据,确定充电方式后将指令发送至充电机,实现充电机受电池管理系统控制的充电模式。充电控制方式有充电温度控制与电压控制两种,充电模式如下图2-3所示。在实际充电过程中,最高允许充电电流值应取It和Iv中较小的值,通过CAN总线将电流值发送给充电机,控制充电机在恒流充电阶段按照给定的电流充电。当单体电池达到最高充电电压限制值或电池组端电压达到最高允许端电压时,充电转入恒压限流充电模式,此时充电机自己做降流处理,不再按电池管理系统给的电流充电。通过电池管理系统的帮助,也可以对锂离子电池的荷电状态进行控制。目前在锂电池的使用时通常认为,电池充满电时,电池荷电状态值应为100%,这样电池可以有更长的工作时间。但是这样做并不能有效地利用锂电池,因为电池组工作在不同的SOC使用区间,寿命衰退情况有所差异,在SOC高端,电池电压比较高时充电,电池的寿命衰退较快,而实际运行中并不需要如此高的SOC使用范围,此部分内容将在本文后面进行研究。电压稳定性如果交流系统自身的短路容量越大,而直流系统输送的功率越小,则认为交流系统越强,换流母线的电压越稳定;如果相反,则认为交流系统越弱,换流母线的越容易出现电压失稳。充电桩和充换电站相比,大型集中充电站负荷的整体状况相对更容易确定,但由于其负荷容量更大,计入电网后带来的冲击影响也更大;同时,集中充电带