[发明专利]一种柔性牵引供电系统混合储能最优容量配置方法

权利要求书

1.一种柔性牵引供电系统混合储能最优容量配置方法，其特征在于，将容量优化过程分为上层和下层两部分，并计及了电池的容量退化过程，具体包括以下步骤：

步骤1：在上层模型中，给定混合储能容量和功率的上下边界，随机生成p组混合储能容量和功率参数，并传递至下层；

步骤2：在下层模型中，基于牵引负荷仿真数据和步骤1得到的混合储能参数，建立下层模型的约束条件，约束条件包括有功功率平衡约束、混合储能动态储能约束、光伏发电系统约束，具体如下：

有功功率平衡约束条件：

式中：为由电网输入到柔性牵引供电系统的有功功率，为由柔性牵引供电系统返还至电网的有功功率；和分别为电池的放电功率和充电功率，和分别为超级电容的放电功率和充电功率，为光伏发电的有功输出；P_t^brake为机车制动时的有功功率，P_t^load为机车牵引时的有功功率；

混合储能动态储能约束条件：

式中：和分别为电池的放电效率和充电效率，和分别为超级电容的放电效率和充电效率，Δt为采样时间间隔，和分别为电池和超级电容在t+1时刻储存的电能，和分别为电池和超级电容在t时刻储存的电能；

式中：和为电池最小和最大荷电状态，和分别为超级电容最小和最大荷电状态，为电池t时刻的实际容量，为超级电容额定容量，和分别为电池和超级电容每天初始时刻荷电状态，和分别为电池在t＝1时刻和t＝T时刻存储的电能，和分别为电池在t＝1时刻和t＝T时刻的实际容量，和分别为超级电容在t＝1时刻和t＝T时刻存储的电能；

式中：和分别为电池和超级电容额定功率，和均为二进制变量，用来保证电池和超级电容的充放电的唯一性，和分别为电池和超级电容的运维时间，π_s为光伏典型场景概率；

光伏发电系统约束：

式中：η_pv为光伏发电效率，A_pv为太阳能光伏板的面积，为每日各时刻光照强度，S^pv为光伏变流器容量；

步骤3：根据电池循环充放电次数和放电深度的关系，建立电池容量退化约束条件，并使用分段线性化方法简化，具体为：

式中：为电池放电深度，为电池的额定容量；

步骤4：计算柔性牵引供电系统运行所需要支付的两部制电价成本，建立下层模型的目标函数；

步骤5：根据步骤2得到的约束条件和步骤4得到的目标函数，建立混合整数线性规划模型，求解得到电池容量退化曲线、混合储能的荷电状态、柔性牵引供电系统日最低电费，并将其传递至上层；

步骤6：在上层模型中，根据步骤5得到的电池容量退化曲线和混合储能荷电状态，计算得到工程周期内混合储能的更换成本、投资成本、运维成本和回收成本，并和步骤5得到的柔性牵引供电系统日最低电费组成上层模型的目标函数；

步骤7：在上层模型中，结合步骤1给定的混合储能参数的上下边界，建立上层模型的约束条件；

步骤8：根据步骤6建立的目标函数和步骤7建立的约束条件，建立非线性数学规划模型，求解得到柔性牵引供电系统最低日综合成本和混合储能参数配置；

步骤9：重复步骤1到步骤8直到牵引供电系统最低日综合成本收敛于某个值，即通过迭代求解得到牵引供电系统的最低日综合成本和对应的混合储能的最优参数。

2.根据权利要求1所述的一种柔性牵引供电系统混合储能最优容量配置方法，其特征在于，所述步骤4中的目标函数包括电价成本和罚款，具体如下：

C_e＝C^ECC+C^DEM+C^PEN (17)

式中：C_e为下层总电费成本，C^ECC为电度电费，C^DEM为需量电费，C^PEN为铁路对返回电网的再生制动能量支付的罚款。