[發明專利]一種電力機車再生制動能量存儲裝置的選址方法

有效

• 申請號: 201711493973.3
• 申請日: 2017-12-31
• 公開（公告）號: CN108197387B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 胡海濤;陳偲;王科;孫文靜;何正友
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06Q50/30
• 代理公司: 成都盈信專利代理事務所(普通合伙) 51245
• 代理人: 崔建中

1.一種電力機車再生制動能量存儲裝置的選址方法，其特征在于，包括：

步驟1.計算定時工況下電力機車的最低能耗運行速度曲線，包括：

1-1.以運行里程為基本步長，建立單質點電力機車的動力學模型：

式(1)中，t為運行時刻，s為運行公里標，κ為單位動能，v為電力機車運行速度；

式(2)中，M為電力機車總質量，ρ為旋轉質量系數，μ_t為牽引力系數，F_t為牽引力，μ_b為制動力系數，F_b為制動力，F_r為基本阻力，F_a為附加阻力；

1-2.以線路坡段為基準，參數化控制向量：

式(3)中，F為全運行區間控制變量向量集，Fⁿ為第n個子區間的控制變量常數向量，由牽引力F_t和制動力F_b構成；

1-3.建立能耗目標模型，求取實際牽引能耗，并取最小值：

式(4)中，J為實際牽引能耗，S₁為線路起始位置，S₂為線路結束位置，η為再生制動能量利用率，F_rb為再生制動力；

1-4.采用控制向量參數化方法求解電力機車最低能耗運行的速度曲線；

步驟2.以最低能耗運行速度曲線為目標速度，進行牽引計算，獲得一輛電力機車在一次完整運行過程中的再生制動能量時空分布特性，包括：

2-1.加速過程：電力機車從靜止發車，以最大牽引力恒轉矩加速運行，直至到達目標速度或者坡段限速，結束加速狀態；坡段坡度較大時，電力機車速度會下降，當速度降至允許范圍以下時，電力機車再次以最大牽引力恒功率加速運行，直至到達目標速度或者坡段限速；加速過程中電力機車消耗牽引能量，不產生再生制動能量，單步長能量為：

E_fu(s,t)＝F_ft(v(s,t))·Δs (5)

式(5)中，E_fu為包含位置和時刻信息的全力牽引能量，F_ft為最大牽引力，Δs為位移步長；

2-2.勻速過程：電力機車到達目標速度或坡段限速后，進入勻速狀態，運行速度保持在允許范圍內；勻速過程中電力機車消耗牽引能量，不產生再生制動能量，單步長能量為：

E_pu(s,t)＝F_pt(v(s,t))·Δs (6)

式(6)中，E_pu為包含位置和時刻信息的部分牽引能量，F_pt為部分牽引力；

2-3.惰行過程：電力機車在進入長大下坡道時，牽引力無需做功速度也可以保持在允許范圍內，此時電力機車處于惰行狀態；電力機車進入制動狀態前會惰行減速一段距離，充分利用動能，這段時間電力機車處于惰行狀態；惰行過程中電力機車不消耗能量，不產生再生制動能量，單步長能量為：

E₀(s,t)＝0 (7)

式(7)中，E₀為包含位置和時刻信息的牽引能量；

2-4.制動過程：電力機車即將停站時，再生制動力和空氣制動力共同作用全力減速直至電力機車速度為0；電力機車速度超過坡段限速時，會優先使用再生制動降低速度，同時產生再生制動能量；制動過程中電力機車不消耗能量，產生再生制動能量，單步長能量：

E_r(s,t)＝F_rb(v(s,t))·Δs (8)

式(8)中，E_r為包含位置和時刻信息的再生制動能量；

步驟3.根據行車運行圖提供的各個車站的地理空間、各個車次發車和到站的時間信息，結合電力機車在一個完整運行過程中的再生能量時空分布特性，構建線路全天24小時再生制動能量的時空分布特性；

步驟4.根據線路全天24小時再生制動能量的時空分布特性，結合線路牽引變電所的位置，統計單個牽引變電所產生的再生能量和牽引變電所從電網側獲取的電量，進而求解再生制動能量存儲裝置的安裝位置，包括：

4-1.根據線路全天24小時再生制動能量的時空分布特性，求解牽引變電所供電區間內可以被存儲的再生能量，其計算公式為：

式(9)中，E_rsum為牽引變電所供電區間內可存儲的再生能量總和，T為線路單日最終運行時刻，E_r為供電區間范圍內某時刻單列電力機車的再生制動能量，E_u為同一區間同一時刻牽引電力機車消耗的能量；S_start為供電區間起始位置；S_end為供電區間結束位置；

4-2.牽引變電所全天24小時從電網側獲取的電量E_sum為：

式(10)中，U_A(t)為t時刻電力系統A相電壓有效值，I_A(t)為t時刻電力系統A相電流有效值，U_B(t)為t時刻電力系統B相電壓有效值，I_B(t)為t時刻電力系統B相電流有效值，U_C(t)為t時刻電力系統C相電壓有效值，I_C(t)為t時刻電力系統C相電流有效值；

4-3.牽引變電所可存儲再生能量比率ξ為：

當ξ超過10％時，在該牽引變電所設置能量存儲裝置。