[发明专利]一种混合储能式有轨电车系统的配置优化方法

说明书

本发明公开一种混合储能式有轨电车系统的配置优化方法，建立有轨电车的混合储能式动力系统的全寿命周期经济性模型，建立有轨电车混合储能式动力系统的体积模型；以储能式动力系统的成本和体积为目标，以锂电池数量和超级电容数量为优化变量，根据全寿命周期经济性模型的量化结果和体积模型的量化结果构建多目标函数；根据混合储能式动力系统有轨电车动力性和安全性的要求，确定优化搜索空间；在所述优化搜索空间内，采用枚举法对所述多目标函数进行求解，获取配置方案。本发明能够为有轨电车配置适用性较强的混合动力系统的配置参数，提高混合动力系统在有轨电车中的匹配度，保证了有轨电车运行的可靠性和稳定性。

技术领域

本发明属于有轨电车技术领域，特别是涉及一种混合储能式有轨电车系统的配置优化方法。

背景技术

现代有轨电车作为城市轨道交通的重要分支，凭借其建设周期短、运量适中、节能环保、乘坐舒适等诸多优点，越来越受到人们的关注和青睐。混合储能式有轨电车具有高能量密度和高功率密度并存的特点，能够适应轨道交通复杂的工况。相比于传统的接触网式有轨电车，混合储能式有轨电车不仅可以解决城市道路局部区域难以架设接触网以及城市道路美观等问题，同时车载储能设备可回收大量的再生制动能量，极大地提高能源利用率，在轨道交通领域具有广阔的应用前景。

目前国内外针对储能式有轨电车的研究已有一些积淀。法国、日本、俄罗斯、西班牙等国先后开发研制了储能式有轨电车，并在试验线上进行了测试。在国内，也有诸多企业和高校对储能式有轨电车也进行了研究。

在混合储能式有轨电车现有的参数匹配研究中，目前尚未有研究给出对动力系统空间尺寸和成本的选择依据。现有方式无法用以优化混合动力系统参数，无法使得有轨电车在满足列车动力性能需求前提下的系统空间尺寸和成本均得到用户的满意，造成了混合动力系统和有轨电车中的不匹配，严重影响了有轨电车运行的可靠性和稳定性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种混合储能式有轨电车系统的配置优化方法，能够根据动力系统空间尺寸和成本的选择依据，得到优化有轨电车混合动力系统的配置参数；能够为有轨电车配置适用性较强的混合动力系统的配置参数，提高混合动力系统在有轨电车中的匹配度，保证了有轨电车运行的可靠性和稳定性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种混合储能式有轨电车系统的配置优化方法，包括步骤：

S10,建立有轨电车的混合储能式动力系统的全寿命周期经济性模型，用以量化混合储能式动力系统在全寿命周期下的成本；建立有轨电车混合储能式动力系统的体积模型，用以量化混合储能式动力系统的体积大小；

S20,以储能式动力系统的成本和体积为目标，以锂电池数量和超级电容数量为优化变量，根据全寿命周期经济性模型的量化结果和体积模型的量化结果构建多目标函数；

S30,根据混合储能式动力系统有轨电车动力性和安全性的要求，确定优化搜索空间；

S40,在所述优化搜索空间内，采用枚举法对所述多目标函数进行求解，获取配置方案。

进一步的是，在所述步骤S10中，所述混合储能式动力系统的全寿命周期成本模型包括购置成本模型、替换成本模型和维修成本模型。

进一步的是，建立有轨电车的混合储能式动力系统的全寿命周期经济性模型时分别建立其中超级电容和锂电池全寿命周期经济性模型；

所述锂电池全寿命周期成本模型为：C_{b_cost}＝Bat_my+Bat_cy+Bat_ry；

所述锂电池的全寿命周期经济性模型中购置成本模型为：

Bat_my＝(f_dP_d.b+n_bC_bf_b)·CRF；