一种储能式城轨列车的节能与安全综合计算方法技术

本发明专利技术涉及一种储能式城轨列车的节能与安全综合计算方法，该方法包括以下步骤：(1)获取加入储能模块和未加入储能模块的城轨列车牵引电能，计算节能效率η；(2)获取储能模块节能因素比值；(3)根据节能效率η和储能模块节能因素比值计算城轨列车的节能指数为A；(4)获取城轨列车运行出错概率为Ec，储能模块出错概率为Ee；(5)根据参数Ec、Ee计算城轨列车的安全指数为B；(6)将节能指数A和安全指数B利用加权相加求和法计算得到城轨列车的安全节能率C。与现有技术相比，本发明专利技术具有方法简便，结果可信度高以及现实意义大等优点。

Comprehensive calculation method for energy saving and safety of energy storage type urban rail train

The invention relates to a comprehensive energy saving and safety storage calculation method of urban rail vehicle, the method comprises the following steps: (1) can get to join the storage module and the electric traction city rail train did not join the storage module, calculate the energy saving efficiency; (2) to obtain the energy storage module (such as Subige; 3) according to the energy efficiency and energy saving energy saving index ratio calculation module of rail transit train for A; (4) the acquisition probability of city rail train error is Ec, storage module error probability is Ee; (5) the safety index calculation of urban rail train parameters based on Ec and Ee for B (6; the energy-saving and safety index A) B index by weighted sum sum method to calculate safety and energy saving city rail train rate C. Compared with the prior art, the method has the advantages of simple method, high reliability, high practical significance and the like.

【技术实现步骤摘要】
一种储能式城轨列车的节能与安全综合计算方法
本专利技术涉及一种城轨列车节能与安全计算方法，尤其是涉及一种储能式城轨列车的节能与安全综合计算方法。
技术介绍
随着储能技术的不断成熟与完善，将新型储能器件应用于城市轨道交通车辆制动能量回收是国内外研究的热点。从广义上讲，储能式城轨车辆就是装载储能系统的城轨车辆。车辆的牵引动力由储能系统部分或全部提供。它不仅适用于城市轨道交通频繁起停的特点，实现车辆制动能量回收与再利用；还可以独立于牵引供电网进行自牵引，从而降低对供电网的依赖、避免牵引网故障导致的车辆停运，实现车辆运行方式的灵活化。储能系统的接入给储能式城轨车辆的安全与节能性研究带来了新的挑战。储能器件的选择、储能系统的管理方式和控制策略、大功率电力电子控制器等因素都会对城轨车辆的节能与安全造成影响。此外，在节能与安全效果的评估中，还应综合考虑储能系统的制造代价、使用寿命、废弃处理成本等综合因素，才具有真正的现实意义和指导价值。目前，对城市轨道交通节能和安全领域的研究相对独立，从综合角度对两者的研究还较少，缺乏一套具有一定理论基础的综合评判指标。影响储能式城轨车辆节能与供电安全的因素具有复杂性、耦合性、多层次、多信息量等特点，涉及到信号处理、概率统计、信息论、模式识别、模糊数学等知识领域，需要将多源信息融合并提取和优化相应的特征指标。现在还未有适用于储能式城轨车辆，适用于多目标需求的综合计算方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种储能式城轨列车的节能与安全综合计算方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种储能式城轨列车的节能与安全综合计算方法，所述的城轨列车由多辆储能车辆组成，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)获取加入储能模块和未加入储能模块的城轨列车牵引电能，计算节能效率η；(2)获取储能模块节能因素比值；(3)根据节能效率η和储能模块节能因素比值计算城轨列车的节能指数为A；(4)获取城轨列车运行出错概率为Ec，储能模块出错概率为Ee；(5)根据参数Ec、Ee计算城轨列车的安全指数为B；(6)将节能指数A和安全指数B利用加权相加求和法计算得到城轨列车的安全节能率C。步骤(1)包括如下子步骤：(101)计算节能电量W，其计算公式为：W＝W1-W2；(102)计算节能效率η，其计算公式为：η＝(W/W1)×100％；其中W1为未加入储能模块的城轨列车牵引电能，W2为加入储能模块的城轨列车牵引电能。步骤(2)中所述的节能因素比值包括容量比值L＝Le/Lr、功率密度比值P＝Pe/Pr和质量比值M＝Me/Mr，其中Le为储能模块设计总容量，Lr为城轨列车剩余再生制动能量，Pe为储能模块实际功率密度，Pr为储能模块参考功率密度，Me为单辆储能车辆中储能模块实际质量，Mr为单辆储能车辆中储能模块参考质量。步骤(3)中节能指数为A的计算公式为：A＝η·(a·L+b·P-c·M)，其中a，b，c为权重系数，且满足a+b+c＝1，a∈[0.1，0.2]，b∈[0.65,0.75]，c∈[0.05,0.25]。步骤(4)中获取城轨列车运行出错概率Ec包括如下子步骤：(201)采用Petri网方式计算单辆储能车辆工作设定天数的出错概率为Fc；(202)计算城轨列车的出错概率Ec，其计算公式为：Ec＝1-(1-Fc)n，其中n为组成城轨列车的储能车辆辆数。步骤(4)中获取储能模块出错概率Ee包括如下子步骤：(301)采用Petri网方式计算单辆储能车辆中储能元件工作所述的设定天数的出错概率Fe；(302)计算储能列车中储能元件出错概率Ee，其计算公式为：Ee＝1-(1-Fe)n，其中n为组成城轨列车的储能车辆辆数。储能车辆中储能元件为飞轮、超级电容、铅酸电池、钒电池、钠硫电池和锂离子电池中一种。步骤(5)中安全指数B计算公式为：B＝(1-100·Ec)×(1-100·Ee)。步骤(6)中采用加权相加求和法计算安全节能率C计算公式为：C＝x·A+y·B，其中x和y分别为权重系数，且满足x+y＝1，x∈[0.35,0.45]，y∈[0.55,0.65]。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)节能和安全领域的研究在很多情况下相对立，而安全节能率能够通过考虑多种因素，结合安全和节能这两个相互影响的方面，给出一个很具有现实工程意义和价值的数值作为参考。(2)除了节能效率的另外，考虑影响节能效率的三个主要的节能因素比值：容量比值、功率密度比值和质量比值，能够较好地区别不同种类的储能模块的实际综合节能性能。(3)安全指数B计算是基于储能模块的主要部件出错概率的多源因素综合评估，与实际结合紧密，有很高实践的价值。(4)安全性指数B计算综合现在技术成熟的几种储能元件，包括飞轮、超级电容、铅酸电池、钒电池、钠硫电池和锂离子电池，适用范围大。(5)该方法步骤简单，最后得到具体的安全节能率指数，具有较高的可信度。附图说明图1为本专利技术节能与安全综合计算方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例如图1所示，一种储能式城轨列车的节能与安全综合计算方法流程图，该实施例中城轨列车由6辆储能车辆组成，且每辆储能车辆中储能元件均采用超级电容，所述的计算方法包括以下步骤：执行步骤1获取城轨列车各项实验数据或者仿真数据，主要包括电网输入电能、再生制动回馈电网的电能、制动电阻电能损耗，列车牵引电能，根据加入储能模块和未加入储能模块的城轨列车牵引电能，计算节能效率η；执行步骤2获取储能模块节能因素比值；执行步骤3根据节能效率η和储能模块节能因素比值计算城轨列车的节能指数为A；执行步骤4获取城轨列车运行出错概率为Ec，储能模块出错概率为Ee；执行步骤5根据参数Ec和Ee计算城轨列车的安全指数为B；执行步骤6将节能指数A和安全指数B利用加权相加求和法计算得到城轨列车的安全节能率C。节能和安全领域的研究在很多情况下相对立，而安全节能率能够通过考虑多种因素，结合安全和节能这两个相互影响的方面，给出一个很具有现实工程意义和价值的数值作为参考。步骤1包括如下子步骤：(101)计算节能电量W，其计算公式为：W＝W1-W2；(102)计算节能效率η，其计算公式为：η＝(W/W1)×100％；其中W1为未加入储能模块的城轨列车牵引电能，W2为加入储能模块的城轨列车牵引电能。本实施例中基于建模仿真，得到未加入超级电容的储能列车牵引能量W1＝71.2KJ，加入超级电容的储能列车牵引能量W2＝56.3KJ，则W＝71.2-56.3KJ＝14.9KJ，并计算得到节能率η＝(W/W1)×100％＝20.7％。步骤2中所述的节能因素比值包括容量比值L＝Le/Lr、功率密度比值P＝Pe/Pr和质量比值M＝Me/Mr，其中Le为储能模块设计总容量，Lr为城轨列车剩余再生制动能量，Pe为储能模块实际功率密度，Pr为储能模块参考功率密度，取，Me为单辆储能车辆中储能模块实际质量，Mr为单辆储能车辆中储能模块参考质量。该实施例中Le＝Lr＝14.9KJ，Pe＝5000w/kg，Pr＝7000w/kg，Me＝512kg，Mr＝900kg，经计算可得L＝Le/Lr＝1，P＝Pe/Pr＝0.714，M＝Me/M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种储能式城轨列车的节能与安全综合计算方法，所述的城轨列车由多辆储能车辆组成，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)获取加入储能模块和未加入储能模块的城轨列车牵引电能，计算节能效率η；(2)获取储能模块节能因素比值；(3)根据节能效率η和储能模块节能因素比值计算城轨列车的节能指数为A；(4)获取城轨列车运行出错概率为E

【技术特征摘要】
1.一种储能式城轨列车的节能与安全综合计算方法，所述的城轨列车由多辆储能车辆组成，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)获取加入储能模块和未加入储能模块的城轨列车牵引电能，计算节能效率η；(2)获取储能模块节能因素比值；(3)根据节能效率η和储能模块节能因素比值计算城轨列车的节能指数为A；(4)获取城轨列车运行出错概率为Ec，储能模块出错概率为Ee；(5)根据参数Ec、Ee计算城轨列车的安全指数为B；(6)将节能指数A和安全指数B利用加权相加求和法计算得到城轨列车的安全节能率C。2.根据权利要求1所述的一种储能式城轨列车的节能与安全综合计算方法，其特征在于，步骤(1)包括如下子步骤：(101)计算节能电量W，其计算公式为：W＝W1-W2；(102)计算节能效率η，其计算公式为：η＝(W/W1)×100％；其中W1为未加入储能模块的城轨列车牵引电能，W2为加入储能模块的城轨列车牵引电能。3.根据权利要求1所述的一种储能式城轨列车的节能与安全综合计算方法，其特征在于，步骤(2)中所述的节能因素比值包括容量比值L＝Le/Lr、功率密度比值P＝Pe/Pr和质量比值M＝Me/Mr，其中Le为储能模块设计总容量，Lr为城轨列车剩余再生制动能量，Pe为储能模块实际功率密度，Pr为储能模块参考功率密度，Me为单辆储能车辆中储能模块实际质量，Mr为单辆储能车辆中储能模块参考质量。4.根据权利要求3所述的一种储能式城轨列车的节能与安全综合计算方法，其特征在于，步骤(3)中节能指数为A的计算公式为：A＝η·(a·L+b·P-c·M)，其中a，b，c为权重系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁海泉，韦莉，胡景泰，王之琪，陈宇飞，吴婷，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31