[發明專利]一種燃料電池混合動力有軌電車參數匹配聯合優化方法

有效

• 申請號: 201710712872.4
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107618519B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 孟翔;李奇;陳維榮;張國瑞;王天宏
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B61C3/00
• 分類號: B61C3/00;B61C3/02;B60L50/75;G06F17/50
• 代理公司: 成都帝鵬知識產權代理事務所(普通合伙) 51265
• 代理人: 黎照西

1.一種燃料電池混合動力有軌電車參數匹配聯合優化方法，其特征在于，包括步驟：

S100，確定有軌電車運行工況；進而確定燃料電池混合動力系統的參數可行域，形成由備選參數組合構成的參數匹配初步備選方案集合；

S200，根據上述有軌電車運行工況下的全壽命周期成本、服役時間和整車動力性為優化目標，搭建多目標優化函數；

S300，采用基于概率指數的自適應群體智能優化算法完成參數匹配初步備選方案中參數組合下的負荷分配，并將多目標優化函數取最小值時的負荷分配作為該參數匹配組合下的最優分配結果；首先建立概率指數的一般形式，然后讀取當前時刻的負荷變化率；從而將燃料電池和儲能設備的功率配比劃分在相應的區間內；然后在初步劃分的區間內對其具體輸出的數值進行自適應群體智能優化算法的全局尋優；

S400，根據步驟S300所述參數匹配初步備選方案集合中所有備選參數組合的最優分配結果，在每個最優分配結果的基礎上尋找全局最優分配結果；

S500，由全局最優分配結果，完成燃料電池混合動力有軌電車的最優參數匹配尋優計算。

2.根據權利要求1所述的一種燃料電池混合動力有軌電車參數匹配聯合優化方法，其特征在于，步驟S100中，根據機車基本參數及目標線路條件，設計有軌電車動力系統指標，確定有軌電車運行工況。

3.根據權利要求2所述的一種燃料電池混合動力有軌電車參數匹配聯合優化方法，其特征在于，所述的有軌電車運行工況確定過程，包括步驟：

S101，對機車基本參數進行設置，包括軸重、載重、迎風面積和戴維斯系數；并輸入目標線路條件，包括站點-路程曲線、坡度-路程曲線和彎道-路程曲線；

S102，根據經驗及最優制動曲線建立有軌電車運行速度曲線；

S103，基于牛頓公式及戴維斯公式對機車進行牽引計算，獲得機車運行全程的牽引力-功率曲線，即得到有軌電車運行工況曲線。

4.根據權利要求3所述的一種燃料電池混合動力有軌電車參數匹配聯合優化方法，其特征在于，確定燃料電池混合動力系統的參數可行域，形成由備選參數組合構成的參數匹配初步備選方案集合,包括步驟：

S104，取有軌電車運行工況曲線中需求功率的最大值，并取燃料電池額定功率及儲能設備平均提供功率為恒定值，以蓄電池與超級電容的串并聯總數為自變量，有約束方程一：

P_FC指燃料電池的額定輸出功率，P_SC和P_B分別指超級電容和蓄電池的平均功率；x₁和x₂分別指代超級電容和蓄電池的數量，為自變量；P_t指機車的需求牽引功率，η指電機效率，η_pwm指牽引逆變器效率，η_DC-DC指DC-DC變換器的效率；

S105，取機車加速和爬坡過程，取儲能設備的單體容量為固定值，蓄電池與超級電容的串并聯總數為自變量，有約束方程二：

E_SC和E_B分別指超級電容和蓄電池的所能儲存的能量，以超級電容和蓄電池的荷電狀態SOC值為0.6進行計算；

S106，對于動力系統均有重量以及體積的最大限制，因此在約束中還需考慮輔助設備引起的重量體積增加，有約束方程三：

m_FC·S_{m_FC}+x₁·m_SC·S_{m_SC}+x₂·m_B·S_{m_B}≤m_max

v_FC·S_{v_FC}+x₁·v_SC·S_{v_SC}+x₂·v_B·S_{v_B}≤v_max；

其中，將因輔助設備而額外附加的質量簡化為附加質量系數S_{m_FC}、S_{m_SC}以及S_{m_B}；用m_FC、m_SC和m_B分別表示燃料電池、超級電容和蓄電池的單體質量；用v_FC、v_SC和v_B分別表示燃料電池、超級電容和蓄電池的單體電壓；m_max和v_max分別表示容許動力系統占用的最大質量和體積上限；

S107，根據約束方程一、約束方程二和約束方程三，形成燃料電池、超級電容容量和蓄電池容量的參數可行域；

S108，在參數可行域范圍內，找出滿足有軌電車實際工況的備選參數組合，由備選參數組合形成參數匹配初步備選方案集合。

5.根據權利要求4所述的一種燃料電池混合動力有軌電車參數匹配聯合優化方法，其特征在于，步驟S200中，所述多目標優化函數為：

θ＝m₁·C(P_FC,SOC_bat,SOC_SC)+m₂·ST(P_FC,SOC_bat,SOC_SC)+m₃·DY(P_FC,SOC_bat,SOC_SC)；

其中，m₁、m₂和m₃是權系數；C是全壽命周期成本函數，ST是服役時間，DY是整車動力性，SOC_bat是蓄電池的荷電狀態值，SOC_SC是超級電容的荷電狀態值。