[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

本發明公開一種燃料電池混合動力有軌電車參數匹配聯合優化方法；根據運營需求及目標線路條件，設計有軌電車動力系統指標和有軌電車運行工況，確定燃料電池混合動力系統的參數可行域，形成初步的參數匹配備選方案；以該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，采用基于概率指數的自適應群體智能優化算法完成任一參數組合下的負荷分配，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；遍歷所有備選參數組合，在個體最優的基礎上尋找全局最優，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。本方法可有效減少氫耗量，提高整車效率，可在運營過程中達到經濟性最優狀態。

技術領域

本發明屬于混合動力技術領域，特別是涉及一種燃料電池混合動力有軌電車參數匹配聯合優化方法。

背景技術

一直以來，人類賴以生存的能源多以化石能源為主，不僅對生態環境造成了巨大的污染和破壞，而且化石能源的大規模采用也加速了其枯竭的速度。而人類社會的進步與發展又離不開能源的支撐，于是人類開始關注清潔能源的開發與使用。在眾多清潔能源中，氫能是人類社會的終極能源，并具有高效、清潔的特點。氫能的收集、貯存技術已非常成熟，其技術應用也得到了長足的發展，其中燃料電池就是氫能利用的主要及重要方式。

燃料電池是一種通過氫能的電化學反應而產生電能的裝置，其效率更可達45％—50％，其環境友好的特點表現為反應產物僅為水，無任何溫室氣體排放，是一種真正的零排放發電裝置，因此對生態環境不會造成任何污染和破壞，具有有效的節能減排作用。

目前燃料電池已在各行業領域得到不同程度的發展，而在軌道交通領域，燃料電池的技術應用也是近些年研究的熱點問題。此外，有軌電車是一種運量中等、成本較低的軌道交通方式，較為適用于中小型城市，可作為疲勞的地鐵及城市公交系統的有力支援。而傳統的有軌電車通過接觸網供電，不僅影響了城市的美觀和安全性，更容易增加車輛的故障率和運行成本，而以燃料電池及其他儲能設備為混合動力源的有軌電車可有效避免這一傳統問題。

客觀上，燃料電池具有持續的發電能力，但其動態響應相對遲緩，無法滿足機車加速過程瞬時大功率的需求等，于是增加超級電容為輔助動力源和儲能設備，彌補燃料電池動態響應的不足，有效避免機車加速能力較差等問題，其次加入了蓄電池，與超級電容結合，按序投入工作，盡可能回收機車在制動時由電機反轉回饋回來的制動能量。

現有混合動力有軌電車的參數匹配方法一般認為有兩種，第一種是基于動力指標的獨立子系統多階段參數最大化設計，另一種是基于高速基于概率指數的自適應群體智能優化算法的參數聯合可行域尋優設計。基于這兩種方法的設計的優點在于可操作性強，足以滿足工程實際前期配置的需要。不過現有方法的設計并未考慮機車運行過程的負荷功率分配，即在參數匹配過程中未同時進行后期能量管理的深入研究，導致車輛動力系統設計冗余過大，造成裝車設備的浪費和運維成本增加。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種燃料電池混合動力有軌電車參數匹配聯合優化方法，能夠保證整車動力系統結構最簡、所配置的容量及功率最優，可有效提高整車效率，降低氫耗量，減少投資與成本，并提高穩定性。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種燃料電池混合動力有軌電車參數匹配聯合優化方法，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；