[发明专利]一种混合动力列车能量管理策略的优化方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及车载储能装置的混合动力技术领域，尤其涉及一种混合动力列车能量管理策略的优化方法及系统。

背景技术

目前的城市轨道列车中，第一类是接触网或者第三轨供电方式。这种方式存在的问题在于，接触网和第三轨的架设会影响城市美观，提高轨道交通建设成本的同时还存在一定的安全隐患。第二类是具有车载超级电容的城轨列车，在站台为超级电容快速充电，以供列车在下一个区内行驶。由于超级电容能量密度较小，因此在非站台的故障停车后很难再次启动，降低了行驶安全可靠性。第三类是车载超级电容+蓄电池的列车，在没有外部电网时，车载储能为列车提供运行能量。蓄电池具有高能量密度，超级电容具有高功率密度，形成互补。但目前的缺陷在于通用的能量管理策略不能够使得能量得到合理利用，如当列车需要爬坡运行时，超级电容剩余能量不足；当列车需要吸收制动能量时，超级电容剩余能量过多。

西南交通大学的博士学位论文(“混合动力列车运行控制及能量管理策略研究”，陈彦秋，中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑，2016年第1期)中公开了基于已知线路的能量管理优化策略，其考虑了线路信息，并估计了目标功率曲线，对一个运行区间进行的子区间划分和能量分析，给出了能量优化方法。但是该文章中有以下几个缺陷:在子区间划分及优化过程中没有考虑列车停靠站的充电情况；优化范围只限于一个运行区间，不能适用于整条线路；能量分析时没有考虑变流器效率；没有给出能量分析时区域划分的原则。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，针对一种具有蓄电池+超级电容混合储能系统的列车以及只有车站架设电网的线路，提出一种能量能够得到合理利用的能量管理策略。一、考虑了列车在车站停车充电的过程以及对区间运行的影响，提出一种新的子区段的划分原则和数学表达方式。二、给出了能够针对整条线路进行全局优化的方法。三、在能量分析时，考虑了变流器的效率。四、明确地指出了是混合能量储存系统的功率分配方法决定了能量分析时区域的划分和能量计算方法。五、直接使用超级电容剩余能量相对值SOE作为优化过程的中间变量，并给出了新的推导过程。

一种混合动力列车能量管理策略的优化方法，包括以下三个步骤：

步骤一，按照功率需求模式与功率分配方法，将线路划分为若干个子区段并进行能量估算和分析；

步骤二，根据能量估算和分析的结果进行全局优化，得到超级电容能量状态相对于里程的参考值；

步骤三，根据全局优化结果，确定功率分配方法及混合动力系统中各储能部件的具体分配参考值；

其中，所述功率需求模式包括：低功率模式：0≤P_D≤P_BOM；高功率模式：P_D>P_BOM；电网模式：有网运行；车站模式：停车充电，P_D＝0；负功率模式：P_D<0；

其中，P_D为列车需求功率；P_BOM为电池最大输出功率。

进一步地，如上所述的混合动力列车能量管理策略的优化方法，所述低功率模式下，对应功率分配方法包括：

M_L1，令列车需求功率完全由蓄电池提供，超级电容不放电P_B^*＝P_D，P_C^*＝0；

M_L2，令列车需求功率完全由超级电容提供，蓄电池不放电P_B^*＝0，P_C^*＝P_D；

M_L3，令列车需求功率由蓄电池提供，同时蓄电池为超级电容充电P_B^*＝P_BOM，P_C^*＝P_D-P_BOM；

其中，P_B^*为蓄电池输出功率期望值；P_C^*为超级电容输出功率期望值。

进一步地，如上所述的混合动力列车能量管理策略的优化方法，所述高功率模式下，对应功率分配方法为：