[发明专利]一种面向电动汽车多源系统的容量配置与控制参数协同优化方法

说明书

本发明涉及一种面向电动汽车多源系统的容量配置与控制参数协同优化方法，属于储能系统配置优化技术领域。现有技术中，电动汽车多源系统中通过配置超级电容延长动力电池寿命，从而降低储能系统的配置成本，但存在如何实现最优经济性的问题。本发明所述的方法基于由动力电池与超级电容组成的电动汽车多源系统，对储能单元配置成本建模，进行储能单元容量以及协同运行控制参数的同步寻优。采用本发明所述的方法，针对所设定的运行工况，可获得一组合理的储能单元容量配置以及协同运行控制参数。采用该参数对电动汽车多源系统进行容量配置以及协同运行控制，可在保证系统稳定运行的基础上实现最优的经济性。

技术领域

本发明属于储能系统配置优化技术领域，具体涉及一种面向电动汽车多源系统的容量配置与控制参数协同优化方法。

背景技术

电动汽车的运行性能与其能量源系统密切相关。传统的电动汽车仅由动力电池提供能量，但一方面电池的功率密度有限，难以提供或吸收较高的瞬时功率；另一方面直流母线的高频功率波动也不利于延长动力电池的使用寿命。由动力电池和超级电容组成的多源系统中，母线的高频功率由具有高功率密度的超级电容负责吸收或释放，从而提高电动汽车的运行性能，平滑动力电池功率波动。

相比于仅动力电池储能，由动力电池与超级电容构成的多源系统虽然通过延长动力电池的使用寿命降低了电池的更换成本，但也增加了额外的超级电容与双向直流变换器的配置成本。目前国内外对于电动汽车多源系统的研究主要集中于对储能单元的功率分配以及协同运行控制^[1]，对于经济性问题的研究较少。应用于各类传统微电网的容量配置优化方法由于在系统工况、储能元件类型、运行控制策略等方面的差异而不能直接应用于电动汽车多源系统中^[2]。为提升电动汽车多源系统的经济性，需要对面向电动汽车的容量优化配置方法进行研究。多源系统中，不同的协同运行控制参数所对应着不同的容量配置结果，因此为求解使系统长期运行成本最低的最优参数配置，需要同时对容量配置与控制参数进行寻优。专利[3]中基于混合储能式有轨电车系统提出一种储能容量配置优化方法，但未考虑运行控制方法的影响，并且其对于锂电池循环寿命的计算忽略了充放电电流倍率以及温度等因素。专利[4]中针对城规交通供电系统进行了能量管理控制参数和容量配置方案的协同优化，但该系统中仅以超级电容作为储能装置，不适用于电动汽车多源系统中。

刘栋良,杨响攀,崔丽丽,张绪,屈峰.一种复合模糊控制的电动汽车复合电源系统控制方法[P].浙江省：CN110979030A,2020-04-10.

赵玮,孙海新,王正平,崔增坤,宋文乐,张涛.微电网容量配置与运行调度方法及装置[P].北京市：CN108964048B,2020-07-28.

陈维荣,安祺,王轶欧,齐洪峰,戴朝华.一种混合储能式有轨电车系统的配置优化方法[P].四川省：CN110896246A,2020-03-20.

陈怀鑫,杨中平,林飞,夏欢,王彬.基于遗传算法的城轨交通超级电容储能装置能量管理和容量配置优化研究[J].铁道学报,2019,41(09):59-66.

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是在保证电动汽车运行性能与续航里程的前提下，对多源系统中动力电池与超级电容的容量配置与运行控制参数进行协同优化，求解使系统长期运行总成本最低的参数配置，实现多源系统最优的经济性。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种面向电动汽车多源系统的容量配置与控制参数协同优化方法，包括以下步骤：

(1)根据电动汽车多源系统的结构建立仿真模型与优化配置模型：仿真模型中包括由动力电池和超级电容组成的储能单元以及由功率分频与电容电压平衡控制组成的协同运行控制单元；优化配置模型中目标函数为使用年限内储能单元的最小总配置成本计算函数，约束条件根据多源系统性能要求指标确定；