[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

说明书

本发明公开了一种柔性牵引供电系统混合储能最优容量配置方法，将容量优化过程分为上层和下层两部分，在下层模型，基于分段线性化的方法，考虑混合储能充放电特性和光伏发电系统装机容量，以铁路部门所需支付的两部制电价中的需量电费和电度电费最低为目标，得到电池容量退化曲线和牵引供电系统最优调度，并传递至上层；在上层模型，考虑混合储能退化和各项成本，以综合成本最低为目标，进而建立非线性数学规划模型，实现混合储能参数配置的优化，得到对应的最低日综合成本。本发明通过优化储能配置参数和能量调度，提高光伏和列车再生制动能量利用率、减少电气化铁路综合成本，同时考虑了电池容量退化和混合储能各项成本，更好的满足实际需求。

技术领域

本发明属于柔性牵引供电系统优化调度技术领域，具体涉及一种考虑电池容量退化，混合储能最优容量配置和最低综合成本的柔性牵引供电系统调度优化方法。

背景技术

二十一世纪以来，随着全球变暖的加剧，人们对赖以生存的地球的环境问题越来越关注。尤其是铁路牵引供电系统的节能降费得到广泛关注。

在传统的27.5kV交流牵引供电系统中，以负序为主的电能质量问题越来越严重。在传统牵引供电系统中，电力列车通过电分相时会出现失速、过电压等问题，这不仅降低了牵引供电系统供电效率和质量，也影响了铁路运行的经济性。此外，高速发展的中国铁路也面临着新的挑战。以川藏铁路为例，30％坡道坡度大于300km，列车制动时产生大量再生制动能量，然而这些能量不能有效利用。与此同时，我国西部地区太阳能资源丰富，但沿线光伏发电的利用率较低。柔性牵引供电系统的提出可以解决上述问题，同时它存在的直流环节可以为混合储能系统和光伏发电系统提供接口。

发明内容

本发明旨在提供一种柔性牵引供电系统混合储能最优容量配置方法。该方法在利用混合储能装置对牵引负荷削峰填谷的同时，计及混合储能相关的各项成本，并且建立电池容量退化模型，最终利用麻雀搜索算法求解得到最低的综合成本和混合储能的最优配置。

本发明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，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；

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；

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。

进一步的，步骤1中混合储能容量和功率上下边界为：