一种混合储能式有轨电车系统的配置优化方法技术方案

本发明专利技术公开一种混合储能式有轨电车系统的配置优化方法，建立有轨电车的混合储能式动力系统的全寿命周期经济性模型，建立有轨电车混合储能式动力系统的体积模型；以储能式动力系统的成本和体积为目标，以锂电池数量和超级电容数量为优化变量，根据全寿命周期经济性模型的量化结果和体积模型的量化结果构建多目标函数；根据混合储能式动力系统有轨电车动力性和安全性的要求，确定优化搜索空间；在所述优化搜索空间内，采用枚举法对所述多目标函数进行求解，获取配置方案。本发明专利技术能够为有轨电车配置适用性较强的混合动力系统的配置参数，提高混合动力系统在有轨电车中的匹配度，保证了有轨电车运行的可靠性和稳定性。

A configuration optimization method of hybrid energy storage tram system

【技术实现步骤摘要】
一种混合储能式有轨电车系统的配置优化方法
本专利技术属于有轨电车
，特别是涉及一种混合储能式有轨电车系统的配置优化方法。
技术介绍
现代有轨电车作为城市轨道交通的重要分支，凭借其建设周期短、运量适中、节能环保、乘坐舒适等诸多优点，越来越受到人们的关注和青睐。混合储能式有轨电车具有高能量密度和高功率密度并存的特点，能够适应轨道交通复杂的工况。相比于传统的接触网式有轨电车，混合储能式有轨电车不仅可以解决城市道路局部区域难以架设接触网以及城市道路美观等问题，同时车载储能设备可回收大量的再生制动能量，极大地提高能源利用率，在轨道交通领域具有广阔的应用前景。目前国内外针对储能式有轨电车的研究已有一些积淀。法国、日本、俄罗斯、西班牙等国先后开发研制了储能式有轨电车，并在试验线上进行了测试。在国内，也有诸多企业和高校对储能式有轨电车也进行了研究。在混合储能式有轨电车现有的参数匹配研究中，目前尚未有研究给出对动力系统空间尺寸和成本的选择依据。现有方式无法用以优化混合动力系统参数，无法使得有轨电车在满足列车动力性能需求前提下的系统空间尺寸和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合储能式有轨电车系统的配置优化方法，其特征在于，包括步骤：/nS10,建立有轨电车的混合储能式动力系统的全寿命周期经济性模型，用以量化混合储能式动力系统在全寿命周期下的成本；建立有轨电车混合储能式动力系统的体积模型，用以量化混合储能式动力系统的体积大小；/nS20,以储能式动力系统的成本和体积为目标，以锂电池数量和超级电容数量为优化变量，根据全寿命周期经济性模型的量化结果和体积模型的量化结果构建多目标函数；/nS30,根据混合储能式动力系统有轨电车动力性和安全性的要求，确定优化搜索空间；/nS40,在所述优化搜索空间内，采用枚举法对所述多目标函数进行求解，获取配置方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种混合储能式有轨电车系统的配置优化方法，其特征在于，包括步骤：
S10,建立有轨电车的混合储能式动力系统的全寿命周期经济性模型，用以量化混合储能式动力系统在全寿命周期下的成本；建立有轨电车混合储能式动力系统的体积模型，用以量化混合储能式动力系统的体积大小；
S20,以储能式动力系统的成本和体积为目标，以锂电池数量和超级电容数量为优化变量，根据全寿命周期经济性模型的量化结果和体积模型的量化结果构建多目标函数；
S30,根据混合储能式动力系统有轨电车动力性和安全性的要求，确定优化搜索空间；
S40,在所述优化搜索空间内，采用枚举法对所述多目标函数进行求解，获取配置方案。


2.根据权利要求1所述的一种混合储能式有轨电车系统的配置优化方法，其特征在于，在所述步骤S10中，所述混合储能式动力系统的全寿命周期成本模型包括购置成本模型、替换成本模型和维修成本模型。


3.根据权利要求2所述的一种混合储能式有轨电车系统的配置优化方法，其特征在于，建立有轨电车的混合储能式动力系统的全寿命周期经济性模型时分别建立其中超级电容和锂电池全寿命周期经济性模型；
所述锂电池全寿命周期成本模型为：Cb_cost＝Bat_my+Bat_cy+Bat_ry；
所述锂电池的全寿命周期经济性模型中购置成本模型为：
Bat_my＝(fdPd.b+nbCbfb)·CRF；
式中，Cb、nb、fb分别是单体锂电池的额定容量、个数以及容量单价；CRF是资本回收系数；fd是DC/DC变换器功率单价,Pdb是锂电池侧DC/DC变换器的功率等级；
所述锂电池的全寿命周期经济性模型中替换成本模型为：
Bat_cy＝NbnbCbfb·CRF；
式中，Nb是锂电池全寿命周期更换次数；
所述锂电池的全寿命周期经济性模型中维护成本模型为：
Bat_ry＝mbT(fdPd.b+nbCbfb)
式中，mb锂电池维护成本系数，T为有轨电车设计寿命；
所述超级电容全寿命周期成本模型为：Csc_cost＝SC_my+SC_cy+SC_ry；
所述超级电容的全寿命周期经济性模型中购置成本模型为：
SC_my＝(fdPd.s+nsCsfs)·CRF；
式中，Cs、ns、fs分别是超级电容的额定容量、个数以及容量单价；Pds是超级电容侧DCDC变换器功率等级；
所述超级电容的全寿命周期经济性模型中替换成本模型为：
SC_cy＝NsnsCsfs·CRF；
式中，Ns为超级电容全寿命周期更换次数；
所述超级电容的全寿命周期经济性模型中维护成本模型为：
SC_ry＝mcT(fdPd.s+nsCsfs)；
式中，mc为超级电容维护成本系数。


4.根据权利要求3所述的一种混合储能式有轨电车系统的配置优化方法，其特征在于，通过雨流法估计锂电池的锂电池全寿命周期更换次数；不需要计算超级电容等效循环寿命；
通过雨流法估计锂电池的锂电池全寿命周期更换次数的过程步骤包括：
设当前为第n个循环周期，锂电池的放电深度为Dn，则锂电池的等效循环寿命NDn的表达式为：



即放电深度为1时的循环次数与放电深度为Dn时的循环次数之比；
则锂电池全寿命周期更换次数Nb为：



式中i为锂电池一个全寿命周期内的循环次数。


5.根据权利要求1所述的一种混合储能式有轨电车系统的配置优化方法，其特征在于，在所述步骤S20中，以所述混合储能式动力系...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈维荣，安祺，王轶欧，齐洪峰，戴朝华，
申请(专利权)人：西南交通大学，中车工业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51