Analytical analysis of 3kV DC railway regenerative braking energy storage system with current controlled DC-DC bidirectional converters

Analytical and Cost Analysis of 3kV DC Railway Regenerative Braking Energy Storage System with Current Controlled DC-DC Bidirectional Converters Energy Storage Options, Software Implementation & Simulation, ROI. Hefty amount of regenerative braking energy in trains is wasted in already installed trains mainly due to their old infrastructure or mismanagement of train stations. One solution provided as the base of this thesis is to implement an active bi-directional electrical substation to send this energy back to the grid but there are many commercial and corporate problems in doing so. An energy storage system is a viable option to store this energy and then utilizes it some other time increasing the efficiency of the railway system. A DC-DC bidirectional converter is designed for this purpose; its properties differ for different storage devices such as a fly wheel or a super capacitor. We used a commercially available super capacitor and designed our converter with a current control scheme for deciding the direction of power flow to or from the super capacitor. Fly wheel and super capacitors (from now onwards SC) are also discussed for their parameters and properties which make them feasible for such applications. We implemented the Matlab Simulink model using the real time data for its designing and then also studied some cases to understand the effect of storage system on the system, such as minimising the affective peak load from the utility. Train model for braking energy storage will also be discussed for different load and braking scenarios forming our model to be of a complete electric substation with energy storage banks in the form of SC. The fact that this system costs a lot marks a question of its return of investment. This thesis suggested a pattern for its cost calculation and also about the energy utilisation increasing the efficiency of the system and returning of the capital for fly wheel and the super capacitors.

Analisi analitica e dei costi del sistema di immagazzinamento dell'energia di frenata rigenerativa ferroviaria a 3kV CC con convertitori bidirezionali cc-cc controllati in corrente Opzioni di storage energetico, implementazione e simulazione del software, ROI. Una notevole quantità di energia di frenatura rigenerativa nei treni viene sprecata nei treni già installati principalmente a causa della loro vecchia infrastruttura o della cattiva gestione delle stazioni ferroviarie. Una soluzione fornita come base di questa tesi è quella di implementare una sottostazione elettrica bidirezionale attiva per inviare questa energia alla rete ma ci sono molti problemi commerciali e aziendali nel farlo. Un sistema di accumulo di energia è un'opzione praticabile per immagazzinare questa energia e quindi utilizzarla in un altro momento aumentando l'efficienza del sistema ferroviario. Un convertitore bidirezionale DC-DC è progettato per questo scopo; le sue proprietà si differenziano per diversi dispositivi di memorizzazione come una ruota o un super condensatore. Abbiamo utilizzato un super condensatore disponibile in commercio e progettato il nostro convertitore con uno schema di controllo corrente per decidere la direzione del flusso di energia verso o dal super condensatore. Volano e super condensatori (d'ora in poi SC) sono anche discussi per i loro parametri e proprietà che li rendono fattibili per tali applicazioni. Abbiamo implementato il modello Matlab Simulink utilizzando i dati in tempo reale per la sua progettazione e quindi studiato anche alcuni casi per comprendere l'effetto del sistema di archiviazione sul sistema, come la riduzione al minimo del carico di picco affettivo dall'utilità. Sarà inoltre discusso il modello di treno per lo stoccaggio di energia di frenatura per diversi scenari di carico e di frenata che formano il nostro modello di una sottostazione elettrica completa con banchi di accumulo di energia sotto forma di SC. Il fatto che questo sistema costa molto segna una questione sul suo ritorno dell'investimento. Questa tesi ha suggerito un modello per il suo calcolo dei costi e anche per l'utilizzo dell'energia che aumenta l'efficienza del sistema e il ritorno del capitale per la ruota volatile e per i super condensatori.