[发明专利]基于线路列车功率的超级电容放电电压优化方法及装置

说明书

本发明公开了基于线路列车功率的超级电容放电电压优化方法及装置，该方法包括：根据变电站、列车与超级电容储能装置之间的线路连接构建等效电路模型；获取列车运行状态下的列车功率曲线，将所述列车功率曲线输入所述等效电路模型中，生成储能装置节能率、制动电阻节能率与超级电容寿命预测数据；基于所述储能装置节能率、所述制动电阻节能率和所述超级电容寿命预测数据构建超级电容适应度函数；利用所述超级电容适应度函数生成超级电容最低放电电压。本方法实现了对储能装置的超级电容放电电压的优化，进而提升储能装置的节能效果。

技术领域

本发明涉及超级电容技术领域，具体涉及基于线路列车功率的超级电容放电电压优化方法及装置。

背景技术

近年来，储能技术飞速发展，飞轮、超级电容、电池等储能元件广泛应用于城轨交通储能系统领域。几种储能元件中，超级电容因其具有更高的功率密度、更长的使用寿命、更宽的工作范围，已在城轨交通能量回收利用领域中得到广泛应用。

为了提升储能装置的节能效果，应用最为广泛的策略是阈值调整策略，因为列车牵引制动通常通过网压来体现，储能装置通过对网压的判断控制，即可实现对再生制动能量的回收利用。而储能装置为了跟踪电压参考值，实现充放电功率控制，通常DC/DC(直流转直流)变换器会采用双闭环控制，外环比例积分(PI)控制器调节线路电压，为内环产生参考电流，参考电流由限流器限制，以防止电流指令值超过超级电容器最大电流，内环控制器通过调整IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)驱动脉冲的占空比，将超级电容器电流调节到参考值。根据网压，空载电压等状态，动态优化充放电阈值，从而改变储能装置的充放电功率，影响与列车负载功率的交互从而影响直流网电压和制动电阻上启动情况，但阈值优化的效果是有上限的，因为储能装置功率不仅受充放电阈值控制，还受超级电容本身物理条件的限制—即输出功率受电压影响，所以在阈值调整的基础上，储能装置节能效果还有进一步提升的空间。超级电容在充放电过程中伴随着SOC(Stateof Charge，电荷状态)的不断变化，其SOC的不同决定了超级电容储能量的大小以及初始充放电功率的大小，因此对储能系统SOC的有效管理可以改善系统的节能稳压效果。SOC变化范围受超级电容最低放电电压控制，而超级电容的最低放电电压的设置会影响变电站电压，从而影响牵引网的电压分布以及储能系统、变电站和列车之间的能量流动，还会影响超级电容模组的寿命。

因此，为了降低制动电阻能耗，提升储能系统节能效果，提高超级电容寿命，需要对超级电容的最低放电电压进行动态优化和调整。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的超级电容初始输出功率和储能量之间的矛盾限制储能系统节能率的提升的缺陷，从而提供一种基于线路列车功率的超级电容放电电压优化方法及装置。

本发明实施例提供了基于线路列车功率的超级电容放电电压优化方法，包括如下步骤：

根据变电站、列车与超级电容储能装置之间的线路连接构建等效电路模型；

获取列车运行状态下的列车功率曲线，将所述列车功率曲线输入所述等效电路模型中，生成储能装置节能率、制动电阻节能率与超级电容寿命预测数据；

基于所述储能装置节能率、所述制动电阻节能率和所述超级电容寿命预测数据构建超级电容适应度函数；

利用所述超级电容适应度函数生成超级电容最低放电电压。

可选地，所述将所述列车功率曲线输入所述等效电路模型中，生成储能装置节能率、制动电阻节能率与超级电容寿命预测数据，包括：

将所述列车功率曲线进行离散化，生成离散化数据；