【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于动车组，特别是涉及一种用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法。
技术介绍
1、随着城市化进程的不断推进和人们对环境保护的日益重视，市域动车组作为城市公共交通的重要组成部分，其动力系统的发展也受到了更多关注。
2、燃料电池技术作为一种清洁、高效的能源转换技术，具有零排放、高能量密度、低噪音等优点，在市域动车组中具有广阔的应用前景。
3、然而，现有对于燃料电池的能量管理方案，未综合考虑各动力源的运行特性，并更多地将各个动力源的运行参数视为一致，侧重于固定参数下的管理和控制。因此，在能量密度、动态响应能力、耐久性和可靠性方面存在局限性，尤其是在复杂的动车运行环境中，如起停频繁、加速减速剧烈等工况下，这些缺陷可能影响整个动力系统的稳定性和性能，制约了氢燃料电池在市域动车组中的广泛应用。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提出了一种用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法，多目标分层能量管理方法的引入，使得系统能够在考虑燃料电池寿命、氢气消耗、动力电池耐久性等多方面因素的基础上，实现对动力系统整体性能的综合优化，确保了系统在复杂城市运行环境下的稳定可靠性，提高了系统的运行经济性。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法，基于最优效率运行控制装置包括：由动力电池构成的动力电池快速响应及回收系统，燃料电池集群系统和控制单元，动力电池快速响应及回收系统和燃料电池集
3、用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法，包括步骤：
4、首先，在顶层采用多目标优化管理方法，基于各燃料电池服役寿命、系统氢气消耗、动力电池耐久性、soc波动范围及等效氢气消耗，构建成本函数以综合优化动力系统整体运行性能；
5、在顶层控制中，将动力电池快速响应及回收系统和燃料电池集群系统分别视为一个独立运行的整体；
6、其次，在中间层针对燃料电池集群系统采用性能一致性协调控制策略，针对动力电池采用soc一致性协调控制策略；利用深度学习方法实时更新各动力源发电参数，并实时调整其输出功率和运行范围；
7、最后，在底层控制中，针对各动力源包括所有燃料电池和所有动力电池，采用自适应功率电阻特性控制策略，控制动力源输出最优功率；
8、在中间层及底层中实现对每个动力源的单独管理和控制，并依据各动力源当前运行状态约束其输出功率和功率波动幅值。
9、进一步的是，所述控制单元包括：
10、信号交互系统责处理动力源产生的电信号，随后将缩放的电信号传输至动力电池快速响应及回收系统控制单元和燃料电池集群系统控制单元中；
11、动力电池快速响应及回收系统控制单元，包括依次连接的数模转换、数据计算处理、控制信号产生和信号接收，处理并分析来自动力电池快速响应及回收系统的电信号，并与总能量控制单元进行信号交互，实现系统中间层及底层控制；
12、燃料电池集群系统控制单元，包括依次连接的adc转换单元、数据处理单元、数据转换传输单元和数据接收单元，处理并分析来自燃料电池集群系统的电信号，并与总能量控制单元进行信号交互，实现系统中间层及底层控制；
13、和总能量流动控制单元，包括依次连接的信号接收、数据分析处理、控制信号产生和信号传输，处理来自动力电池快速响应及回收系统控制单元与燃料电池集群系统控制单元的信号，实现系统顶层控制。
14、进一步的是，所述信号交互系统包括n个相互并列的信号交互支路，每个信号交互支路包括一次连接的电压电流互感器、信号调理电路和fpga数据采集处理模块，并将各信号交互支路通过控制信号传输单元进行输出，同时各信号交互支路的输出数据传输至数据记录模块。
15、进一步的是，所述动力电池快速响应及回收系统控制单元通过处理各组动力电池的输出电压和电流，分析各动力电池荷电状态soc、等效氢气消耗及服役状态，并基于各动力电池当前服役状态实时调节其soc可允许的运行上下限。
16、进一步的是，基于实时采集动力电池端口信号，利用卷积神经网络与长短时记忆网络结合的方法计算各动力电池soc；
17、基于多项式回归方法建立各自动力电池等效氢气消耗量计算模型，并使用交叉验证方法进行调优；
18、综合考虑动力电池容量、内阻、温度等因素建立各动力电池服役状态评估模型，利用贝叶斯滤波器预测各组动力电池服役状态；
19、基于燃料电池运行电压、电流信息，建立燃料电池燃料消耗模型与发电效率模型，并采用群体智能算法对模型参数进行优化和更新；综合考虑燃料电池电压电流特性与效率，建立燃料电池运行性能评估模型，并利用燃料电池实时输出电信息评估其运行性能。
20、进一步的是，在顶层中构建成本函数以综合优化动力系统整体运行性能，包括步骤：
21、s11,设置系统初始值，母线牵引电压vbus设置为1500v，约束动力电池输出功率上下限pbat_l和pbat_u，约束燃料电池输出功率上下限pfc_l和pfc_u，约束燃料电池输出功率最大可允许波动范围δpfc，约束动力电池soc上下限socl和socu，设置牵引功率pload，有以下关系成立：
22、
23、其中，pbat_i表示第i组动力电池输出功率，pfc_i表示第i套燃料电池输出功率，pfc_rate表示燃料电池额定输出功率；
24、s12,建立成本函数f(x)：
25、f(x)＝min(kfccfc_d+kfchcfc_h2+kakfc_effcfc_eff+kbatcbat_d+kfcbcbat_h2+ksoccsoc)；
26、其中，cfc_d表示燃料电池集群系统服役性能退化程度，kfc表示燃料电池集群系统服役性能退化奖惩系数；cfc_h2表示燃料电池集群系统氢气消耗，kfch表示燃料电池集群系统氢气消耗奖惩系数；cfc_eff表示燃料电池集群系统运行效率，kfc_eff表示燃料电池集群系统运行效率奖惩系数，kα用于约束燃料电池运行在划分的高效运行区域以提高系统运行效率；cbat_d表示动力电池系统服役性能退化程度，kbat表示动力电池系统服役性能退化程度奖惩系数；cbat_h2表示动力电池系统等效氢气消耗，kfcb表示动力电池系统等效氢气消耗奖惩系数；csoc用于约束动力电池soc波动范围，ksoc表示限制动力电池soc波动范围的奖惩系数；
27、s13,设置动力系统约束条件：
28、
29、其中，dfc_i表示第i个燃料电池性能退化程度，pbat_i表示第i组动力电池输出功率，dbat_i表示第i组动力电池性能退化程度；
30、s14,基于成本函数进行最优值求解。
31、进一步的是，所述基于成本函数进行最优值求本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法，其特征在于，基于最优效率运行控制装置包括：由动力电池构成的动力电池快速响应及回收系统，燃料电池集群系统和控制单元，动力电池快速响应及回收系统和燃料电池集群系统均连接至牵引负荷，控制单元控制动力电池快速响应及回收系统和燃料电池集群系统；
2.根据权利要求1所述的一种用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法，其特征在于，所述控制单元包括：
3.根据权利要求2所述的一种用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法，其特征在于，所述信号交互系统(300)包括n个相互并列的信号交互支路，每个信号交互支路包括一次连接的电压电流互感器、信号调理电路和FPGA数据采集处理模块，并将各信号交互支路通过控制信号传输单元进行输出，同时各信号交互支路的输出数据传输至数据记录模块。
4.根据权利要求2所述的一种用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法，其特征在于，所述动力电池快速响应及回收系统控制单元(400)通过处理各组动力电池的输出电压和电流，分析各动力电池荷电状态SOC、等效氢气消耗及服役状态，
5.根据权利要求4所述的一种用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法，其特征在于，基于实时采集动力电池端口信号，利用卷积神经网络与长短时记忆网络结合的方法计算各动力电池SOC；
6.根据权利要求1所述的一种用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法，其特征在于，在顶层中构建成本函数以综合优化动力系统整体运行性能，包括步骤：
7.根据权利要求6所述的一种用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法，其特征在于，所述基于成本函数进行最优值求解，采用基于深度学习的群体智能优化算法进行最优值求解，包括步骤：
8.根据权利要求1所述的一种用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法，其特征在于，在中间层针对燃料电池集群系统采用性能一致性协调控制策略，针对动力电池采用SOC一致性协调控制策略；利用深度学习方法实时更新各动力源发电参数，并实时调整其输出功率和运行范围下；包括步骤：
9.根据权利要求8所述的一种用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法，其特征在于，为进一步计算各燃料电池实时输出功率，有以下算式成立：
10.根据权利要求8所述的一种用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法，其特征在于，对于kci与kdi由下式确定：
...【技术特征摘要】
1.一种用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法，其特征在于，基于最优效率运行控制装置包括：由动力电池构成的动力电池快速响应及回收系统，燃料电池集群系统和控制单元，动力电池快速响应及回收系统和燃料电池集群系统均连接至牵引负荷，控制单元控制动力电池快速响应及回收系统和燃料电池集群系统；
2.根据权利要求1所述的一种用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法，其特征在于，所述控制单元包括：
3.根据权利要求2所述的一种用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法，其特征在于，所述信号交互系统(300)包括n个相互并列的信号交互支路，每个信号交互支路包括一次连接的电压电流互感器、信号调理电路和fpga数据采集处理模块，并将各信号交互支路通过控制信号传输单元进行输出，同时各信号交互支路的输出数据传输至数据记录模块。
4.根据权利要求2所述的一种用于市域动车组的混合动力多目标分层能量管理方法，其特征在于，所述动力电池快速响应及回收系统控制单元(400)通过处理各组动力电池的输出电压和电流，分析各动力电池荷电状态soc、等效氢气消耗及服役状态，并基于各动力电池当前服役状态实时调节其soc可允许的运行上下限。
5.根据权利要求4所述...
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