基于混合粒子群算法的城軌交通超級電容儲能系統(tǒng)能量管理和容量配置優(yōu)化研究.pdf

1、城市軌道交通在我國正處于高速發(fā)展階段，與其他交通方式相比它具有運量大、準(zhǔn)點安全、節(jié)能環(huán)保等顯著優(yōu)點。如何有效利用城軌列車再生制動能量，降低牽引變電站輸出能耗，以及如何改善直流網(wǎng)壓波動，保證列車牽引制動性能等問題，已成為國內(nèi)外城軌交通領(lǐng)域的研究熱點。由于超級電容儲能系統(tǒng)具有功率密度高、循環(huán)壽命長、能量管理方便等優(yōu)點，將其應(yīng)用于城軌交通供電系統(tǒng)中會帶來良好的節(jié)能穩(wěn)壓效果。基于此背景，本文針對城軌線路多套地面式超級電容儲能系統(tǒng)的能量管理策略和

2、容量配置的優(yōu)化問題展開研究。
　　本文首先分析了城軌列車、牽引變電站、超級電容儲能系統(tǒng)三者的工作原理和特性，為后文超級電容儲能系統(tǒng)能量管理策略和容量配置的優(yōu)化研究提供理論基礎(chǔ)。由于典型直流電壓雙環(huán)控制策略的不足，提出了一種基于空載電壓和SOC(state of charge)的動態(tài)閾值能量管理策略。該能量管理策略基于超級電容模組端電壓和24脈波整流機組網(wǎng)側(cè)電壓，通過動態(tài)調(diào)整超級電容儲能系統(tǒng)的充放電閾值，不僅可以有效防止空載電壓波動

3、帶來的影響，還可以協(xié)調(diào)管理多套超級電容儲能系統(tǒng)，在整體上提高所有超級電容儲能系統(tǒng)的節(jié)能穩(wěn)壓效果。論文通過仿真驗證了動態(tài)閾值能量管理策略在多種列車運行工況下的有效性。為了定性和定量地分析超級電容儲能系統(tǒng)在不同能量管理策略和容量配置方案下對直流供電網(wǎng)的影響及節(jié)能穩(wěn)壓效果，基于實際的城軌交通供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理，對包含超級電容儲能系統(tǒng)的城軌交通供電網(wǎng)各模塊進(jìn)行建模，搭建了多站、多車、多套超級電容儲能系統(tǒng)之間相互耦合的城軌交通供電系統(tǒng)仿真平臺。提

4、出了一種結(jié)合混合粒子群算法和城軌交通供電系統(tǒng)仿真平臺的優(yōu)化方法，并詳細(xì)闡述了目標(biāo)函數(shù)的計算方式和混合粒子群算法的改進(jìn)原理。該優(yōu)化方法針對不同的城軌線路以及不同優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，可以同時優(yōu)化得到超級電容儲能系統(tǒng)最優(yōu)的能量管理策略參數(shù)和容量配置方案。最后論文對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了分析和總結(jié)。搭建了城軌交通供電網(wǎng)雙儲能系統(tǒng)實驗平臺，可以模擬多站多車以及不同超級電容儲能系統(tǒng)之間的能量流動。實驗驗證了動態(tài)閾值能量管理策略在牽引變電站不同空載電壓以及列車不同