[發明專利]一種混合儲能式有軌電車系統的配置優化方法

有效

• 申請號: 201911232610.3
• 申請日: 2019-12-05
• 公開（公告）號: CN110896246B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 陳維榮;安祺;王軼歐;齊洪峰;戴朝華
• 申請（專利權）人: 西南交通大學;中車工業研究院有限公司
• 主分類號: H02J7/34
• 分類號: H02J7/34;B60M1/30;B60M3/06
• 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

本發明公開一種混合儲能式有軌電車系統的配置優化方法，建立有軌電車的混合儲能式動力系統的全壽命周期經濟性模型，建立有軌電車混合儲能式動力系統的體積模型；以儲能式動力系統的成本和體積為目標，以鋰電池數量和超級電容數量為優化變量，根據全壽命周期經濟性模型的量化結果和體積模型的量化結果構建多目標函數；根據混合儲能式動力系統有軌電車動力性和安全性的要求，確定優化搜索空間；在所述優化搜索空間內，采用枚舉法對所述多目標函數進行求解，獲取配置方案。本發明能夠為有軌電車配置適用性較強的混合動力系統的配置參數，提高混合動力系統在有軌電車中的匹配度，保證了有軌電車運行的可靠性和穩定性。

技術領域

本發明屬于有軌電車技術領域，特別是涉及一種混合儲能式有軌電車系統的配置優化方法。

背景技術

現代有軌電車作為城市軌道交通的重要分支，憑借其建設周期短、運量適中、節能環保、乘坐舒適等諸多優點，越來越受到人們的關注和青睞。混合儲能式有軌電車具有高能量密度和高功率密度并存的特點，能夠適應軌道交通復雜的工況。相比于傳統的接觸網式有軌電車，混合儲能式有軌電車不僅可以解決城市道路局部區域難以架設接觸網以及城市道路美觀等問題，同時車載儲能設備可回收大量的再生制動能量，極大地提高能源利用率，在軌道交通領域具有廣闊的應用前景。

目前國內外針對儲能式有軌電車的研究已有一些積淀。法國、日本、俄羅斯、西班牙等國先后開發研制了儲能式有軌電車，并在試驗線上進行了測試。在國內，也有諸多企業和高校對儲能式有軌電車也進行了研究。

在混合儲能式有軌電車現有的參數匹配研究中，目前尚未有研究給出對動力系統空間尺寸和成本的選擇依據。現有方式無法用以優化混合動力系統參數，無法使得有軌電車在滿足列車動力性能需求前提下的系統空間尺寸和成本均得到用戶的滿意，造成了混合動力系統和有軌電車中的不匹配，嚴重影響了有軌電車運行的可靠性和穩定性。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種混合儲能式有軌電車系統的配置優化方法，能夠根據動力系統空間尺寸和成本的選擇依據，得到優化有軌電車混合動力系統的配置參數；能夠為有軌電車配置適用性較強的混合動力系統的配置參數，提高混合動力系統在有軌電車中的匹配度，保證了有軌電車運行的可靠性和穩定性。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種混合儲能式有軌電車系統的配置優化方法，包括步驟：

S10,建立有軌電車的混合儲能式動力系統的全壽命周期經濟性模型，用以量化混合儲能式動力系統在全壽命周期下的成本；建立有軌電車混合儲能式動力系統的體積模型，用以量化混合儲能式動力系統的體積大小；

S20,以儲能式動力系統的成本和體積為目標，以鋰電池數量和超級電容數量為優化變量，根據全壽命周期經濟性模型的量化結果和體積模型的量化結果構建多目標函數；

S30,根據混合儲能式動力系統有軌電車動力性和安全性的要求，確定優化搜索空間；

S40,在所述優化搜索空間內，采用枚舉法對所述多目標函數進行求解，獲取配置方案。

進一步的是，在所述步驟S10中，所述混合儲能式動力系統的全壽命周期成本模型包括購置成本模型、替換成本模型和維修成本模型。

進一步的是，建立有軌電車的混合儲能式動力系統的全壽命周期經濟性模型時分別建立其中超級電容和鋰電池全壽命周期經濟性模型；

所述鋰電池全壽命周期成本模型為：C_{b_cost}＝Bat_my+Bat_cy+Bat_ry；

所述鋰電池的全壽命周期經濟性模型中購置成本模型為：

Bat_my＝(f_dP_d.b+n_bC_bf_b)·CRF；