一种电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的优化方法，具体为：将电动汽车与牵引变电所进行电气连接，通过将列车牵引制动策略和电动汽车充放电策略设置为优化变量，根据设计性能和电动汽车随机接入状态设置约束条件，确定优化目标函数，建立满足单目标最优或多目标优化的电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的优化模型；利用智能优化算法对所有可能的列车牵引制动策略及电动汽车充放电策略进行自动比选，确定符合优化目标的最优方案。本发明专利技术能高效、快速、准确的确定系统节能运行方案，提高了电动汽车接入交流城轨供电系统节能运行的精细化水平，降低了交流城轨供电系统的电费成本，满足了电动汽车的充电需求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的优化方法


[0001]本专利技术属于含电动汽车接入的交流城轨供电系统能源优化
，尤其涉及一种电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的优化方法。

技术介绍

[0002]随着能源的日益短缺和可持续发展理念的不断深入，节能减排已成为一个新的研究课题。城轨运营能耗需求将随着城轨运营里程的不断增长而增加。考虑到列车频繁制动进站产生的大量的再生制动能量含有较多的负序分量，将对电网的安全稳定运行造成干扰,供电部门将对这部分能量收取罚金。可以考虑在交流城轨供电系统中引入储能装置，将会有效吸收这部分再生制动能量，降低铁路的电费成本。电动汽车充电设施的缺乏是推广电动汽车的主要困难之一。如果将交流城轨供电系统与电动汽车充电系统相连接，将电动汽车作为交流城轨供电系统的灵活储能装置，可以大大降低降低铁路部门在储能装置上投资成本，同时满足电动汽车的充电需求，高效利用再生制动能量，降低城市轨道交通的电费成本。
[0003]此外，电气化铁路牵引负荷具有冲击性和随机波动性，这不仅影响牵引供电系统的稳定性和可靠性，同时还直接决定了储能装置的充放电策略。然而，既有牵引供电系统并不具备主动调节牵引负荷冲击性、确定最优电动汽车充放电策略的能力。因此，电动汽车参与到交流城轨供电系统中，实现列车牵引/制动策略及电动汽车充放电策略的协同优化的问题亟待解决。

技术实现思路

[0004]针对含电动汽车接入的交流城轨供电系统，为了提高再生制动能量的利用率，同时满足电动汽车的充电需求，降低铁路的电费成本，实现了列车牵引/制动策略与电动汽车充放电策略优化之间的有效连接。本专利技术提供一种电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的优化方法。
[0005]本专利技术的目的是通过如下手段实现的。
[0006]一种电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的优化方法，其特征在于：将电动汽车与牵引变电所进行电气连接，以列车牵引/制动策略G和电动汽车充放电策略（ 、，其中t=1,2,...,T, n=1,2,...,N）作为优化变量，根据设计性能和电动汽车随机接入状态设置约束条件，包括但不限于：牵引网T最低工作电压U
min
和最高工作电压U
max
、电动汽车离开时间T
n
、预期荷电状态SOC
n
、电动汽车电池最大充放电功率、电动汽车电池最大容量，确定优化目标函数，包括但不限于：牵引变电所最低电费成本(C
total
)；通过如下步骤得到满足单目标最优或多目标满意优化的电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行方案：
步骤1：输入电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的优化变量和初始化赋值；步骤2：输入电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的性能要求、约束条件及迭代收敛条件；步骤3：将步骤1和步骤2的数据输入选定的优化目标函数；步骤4：利用智能算法自动迭代寻优；步骤5：满足收敛条件后输出优选结果。
[0007]对上述数学模型进行计算机自动寻优，优化模型结构如图2所示。其中智能优化算法可采用灰狼算法、遗传算法、粒子群算法等，在约束条件限制域内对所有可能的节能运行方案计算目标函数值，通过计算机自动比选筛选优化方案，在满足迭代收敛条件时完成整个优化过程，确定最优供电方案或满意方案。
[0008]采用智能优化算法对电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行时，包括如下的具体步骤：步骤1：输入牵引变电所供电区间的线路平纵面参数、机车特性参数、供电电源参数、电动汽车状态等优化所需的基础数据；步骤2：根据实际设计要求，构建电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的优化模型；包括优化变量：列车牵引/制动策略和电动汽车充放电策略；优化目标函数：牵引变电所最低电费成本、牵引供电系统最低能耗；及约束条件：列车运行时间及距离范围、电力机车工作电压范围、电动汽车离开时间、预期荷电状态、电动汽车电池充放电功率限值、电动汽车电池容量限值；设置优化过程收敛条件及迭代精度要求；步骤3：以遗传算法为例，将优化变量作为个体种群，初始化列车位置和速度，作为列车牵引/制动策略优化的输入参数；步骤4：利用车
‑
网耦合系统交互仿真，求解牵引供电系统潮流分布，若约束条件不满足则终止该个体后续计算，重新代入下一个体；若满足约束条件，则递进至步骤5；步骤5：根据步骤4得到的牵引供电系统潮流分布、电动汽车接入状态及相关约束条件，建立混合整数线性规划模型，采用CPLEX求解器对电动汽车充放电策略优化模型进行求解，计算优化目标函数值；步骤6：根据前后两次种群最优个体对应的目标函数值，推断种群的进化状态，如收敛状态、多样化状态和停滞状态；步骤7：判断优化过程是否满足收敛条件；若不满足步骤2中所设置的收敛条件及收敛精度，则种群继续进化，返回步骤3进一步求解；若满足收敛条件及收敛精度，则迭代过程结束，输出目标函数最优解；步骤8：输出电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的最优方案，优化过程结束。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术将电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的优化过程分为列车牵引/制动策略优化及电动汽车充放电策略优化两个阶段，既满足了电动汽车的充电需求，又最大限度的利用电动汽车降低了牵引供电系统的电费成本；2、本专利技术的列车牵引/制动策略优化阶段优化了列车牵引/制动过程，降低了牵引负荷运行所需能耗，有效提高了再生制动能量的利用率；
3、本专利技术的电动汽车充放电策略优化阶段考虑了牵引负荷随机波动性的特点，优化了牵引变电所与电动汽车之间的能量调度策略，满足了电动汽车的充电需求，同时利用电动汽车对牵引负荷实现了削峰填谷。
[0010]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。
附图说明
[0011]图1 为本专利技术中电动汽车参与交流交流城轨供电系统的电气连接示意图。
[0012]图1中，1
‑
单相牵引变压器，2
‑
潮流控制器（PFC），3
‑
背靠背变流器α相，4
‑
直流环节，5
‑
背靠背变流器β相，6
‑
电动汽车充/放电环节，7
‑
DC/DC变换器。
[0013]图2 为本专利技术的流程示意图。
[0014]图3 为实施例中线路剖面图。
[0015]图4 为牵引变电所日负荷分布曲线。
[0016]图5 为实施例中的优化算法收敛特性图。
[0017]图6 为列车最优牵引/制动策略。
[0018]图7 为部分电动汽车的SOC曲线。
[0019]图8 为案例分析成本对比图。
[0020]图9 为案例分析中案例1与案例3的牵引变电所负荷对比图。
[0021]图10 为案例分析中的再生制动能量利用对比图。
具体实施方式
[0022]本专利技术针对的电动汽车接入交流城轨供电系统的结构如图1所示，一种电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的优化方法流程如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的优化方法，其特征在于：将电动汽车与牵引变电所进行电气连接，以列车牵引/制动策略和电动汽车充放电策略作为优化变量，根据设计性能和电动汽车随机接入状态设置约束条件，包括但不限于：牵引网T最低工作电压U
min
和最高工作电压U
max
、电动汽车离开时间T
n
、预期荷电状态SOC
n
、电动汽车电池最大充放电功率、电动汽车电池最大容量；确定优化目标函数，包括但不限于：牵引供电系统最低电费成本C
total
；通过如下步骤得到满足单目标最优或多目标满意优化的电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行方案：步骤1：输入电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的优化变量和初始化赋值；步骤2：输入电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的性能要求、约束条件及迭代收敛条件；步骤3：将步骤1和步骤2的数据输入选定的优化目标函数；步骤4：利用智能算法自动迭代寻优；步骤5：满足收敛条件后输出优选结果。2.根据权利要求1所述的一种电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的优化方法，其特征在于，所述智能优化算法采用灰狼算法、遗传算法或粒子群算法；在约束条件限制域内对所有可能的节能运行方案自动寻优。3.根据权利要求1所述的一种电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行的优化方法，其特征在于：采用智能优化算法对电动汽车参与交流城轨供电系统节能运行时，包括如下的具体步骤：步骤1：输入牵引变...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈民武，卢文杰，陈垠宇，肖迪文，梁宗佑，陈迎涛，王梦，付浩纯，寇哲超，魏铭池，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：