[發明專利]電氣化鐵路地面混合式儲能系統容量配置方法

有效

• 申請號: 202110860247.0
• 申請日: 2021-07-28
• 公開（公告）號: CN113629742B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 高仕斌;羅嘉明;韋曉廣;雷杰宇;何宗倫
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32;G06F30/27;G06N3/126;G06Q10/0631;G06Q50/06;G06F111/06;G06F113/04
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 馬苗苗

本發明公開了一種電氣化鐵路地面混合式儲能系統容量配置方法，該方法針對鐵路混合儲能系統容量配置較為困難的問題，以儲能介質串并聯數作為控制變量，考慮投資成本與經濟效益為優化目標，并設置多種電類及非電類約束，采用多目標遺傳算法迭代得到帕累托解集，并利用成本回收年限對解進行尋優，該方法在降低成本投資的同時兼顧儲能系統的經濟效益，同時滿足牽引供電系統各項約束，具有流程清晰、適應能力強等特點。

技術領域

本發明涉及電氣化鐵路技術領域，尤其涉及電氣化鐵路地面混合式儲能系統容量配置方法。

背景技術

隨著路網規模持續擴大，鐵路電氣化率持續提升，電氣化鐵路巨大的牽引能耗已成為鐵路系統日常運維的主要開支之一，如何降低電氣化鐵道牽引能耗、提升能源利用效率成為亟待解決的問題，而儲能技術的出現提供了新的技術思路。目前電氣化儲能技術的主要技術路線是在牽引變電所加裝混合儲能系統，混合儲能系統一般包含兩種儲能介質，并從牽引變電所接觸線與鋼軌分別引出饋線，經過降壓、整流、直直變換后與混合儲能系統進行功率交換，在列車處于再生制動狀態時吸收再生制動能量，在列車處于牽引狀態時釋放存儲能量，提升再生制動能量利用效率與電能質量。但儲能系統造價高昂，不同儲能介質之間物理特性、采購價格差別較大，因此如何在滿足各類實際約束條件下對混合儲能系統容量進行配置對降低系統投資、縮短成本回收年限具有實際工程意義。

目前儲能系統容量配置主要集中在風電、光伏發電等配電網領域，電氣化鐵路儲能系統容量配置尚在起步階段。中國專利公開號CN111628514A，公開日2020.09.04，發明名稱是儲能裝置放電閾值的確定方法、裝置、終端及存儲介質，該專利公開了一種電氣化鐵道儲能系統放電閾值確定方法及存儲介質，但該方案對存儲介質的描述較為宏觀，缺乏細致量化的容量配置過程；中國專利公開號CN111864774A，公開日2020.10.30，發明名稱是一種電氣化鐵路同相混合儲能供電構造削峰填谷控制方法與公開號CN110829435A，公開日2019.10.09，發明名稱是一種電氣化鐵路儲能式牽引供電系統及其控制方法，分別闡述了兩種適用于電氣化鐵路的儲能系統的結構及控制方法，但兩者皆以完成容量配置為基本前提，且只采用單一儲能介質，經濟性不如混合儲能系統，缺乏對配置過程的描述。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對背景技術的缺陷，提供電氣化鐵路地面混合式儲能系統容量配置方法，解決的技術問題如下：

1.建立電氣化鐵路地面混合式儲能系統容量配置多目標優化模型；

2.量化牽引供電系統各類電類、非電類約束條件；

3.利用遺傳算法求解容量配置多目標優化模型；

4.根據投資回報年限對優化帕累托解集進行尋優。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

本發明提出了電氣化鐵路地面混合式儲能系統容量配置方法，該方法以各儲能子系統儲能介質串聯數與并聯數作為控制變量，以最小等年值投資函數與最大月經濟效益函數為優化目標函數，以電壓、電流、荷電狀態、功率、容量為電類約束，以體積、質量為非電類約束，建立多目標混合儲能系統容量配置模型，再通過遺傳算法求解得到帕累托解集，再通過每個解對應的等年值投資數值與每月經濟效益求得成本回收時間，對解集進行尋優得到最優配置方案；其中，以電氣化鐵路地面混合式儲能系統目標函數為最小等年值投資函數與最大月經濟效益函數為優化目標函數，主要包括以下步驟：

步驟11：計算最小等年值投資函數，設儲能系統相關設備投資為C₁，年均維護費用為C₂，系統殘值率為S，貸款利率為I，使用年限為n，控制變量矩陣的元素為x，最小等年值投資函數如下：