基于庞特里亚金极小值原理的混合储能型有轨电车能量管理策略在线循环优化

发布时间：2020-08-02 15:23

【摘要】：现代有轨电车以其运量大、速度快、安全性高、能耗低等优点,近年在我国大中型城市得到快速发展。为消除接触网对城市景观的影响,部分有轨电车采用车载储能的无网供电技术,其中混合储能系统(Hybrid Energy Storage System,HESS)利用不同储能元件配合工作,功率密度和能量密度均表现良好。基于此背景,本文针对电池-超级电容混合储能型有轨电车,研究混合储能系统的容量配置和能量管理策略(Energy Management System,EMS)优化问题。论文首先对有轨电车机车牵引制动特性进行介绍,分析需求功率的来源;对混合储能系统进行建模分析,介绍储能元件的工作特性,分析其工作原理及相关公式的推导;对比不同拓扑结构的优缺点,选定合适的拓扑,为后续仿真设定初始条件。其次,论文对有轨电车容量配置多目标优化进行设计,对列车实际运行中的约束条件进行分析。利用武汉东湖线有轨电车线路参数,采用牵引计算的方式,对东湖线有轨电车的功率曲线进行计算。在此基础上,对比多种不同可在线的能量管理策略对有轨电车进行仿真,利用粒子群优化算法完成容量配置的快速寻优。并利用Matlab编制了独立的容量配置软件,可以对不同线路、不同HESS构成进行容量配置的优化,并增加EMS验证界面,方便对优化后的容量配置结果进行仿真验证。本文提出利用庞特里亚金极小值原理(Pontryagin's Minimum Principle,PMP)对由牵引计算得到的功率曲线进行离线优化,并与固定比例的EMS进行了比较。由于有轨电车HESS在线能量管理策略的实际效果差,且有轨电车相较于电动汽车和地铁所具有的特殊路权属性,本文提出基于地面通信的方式,对有轨电车运行曲线进行循环预测,在列车运行的过程中持续预测下一段路程的运行功率曲线情况,如此往复,利用PMP极值原理实现在线循环优化,并通过一个站间的工况预测进行了仿真验证,实现能量管理策略的在线调节,验证了该策略相较于固定比例策略的优越性。最后,通过有轨电车混合储能系统样机完成了能量管理策略的对比实验。本文利用改进的双环控制策略,在样机上实现HESS不同功率分配策略,利用DSP控制板对EMS进行调整,通过对有轨电车负载功率进行缩放,在90kW实验平台验证了本文提出的在线能量管理策略的有效性。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U482.1
【图文】：

截止２０１８年末，中国大陆地区共计３７个城市己开通并运营城轨交通，总．运营里逡逑程达５５３９．１９公里，其中２０１８年新增８３３．６３公里，优势较大的有轨电车也得到迅逡逑猛发展。图１－１为我国２０００年至２０１８年的有轨电车里程数据。从２０１２年开通４９．４逡逑公里到２０１７年的２３９．６８公里再到２０１８年３７９．９９公里，以极高的增速上升，而且逡逑增长的速度也越来越快，有轨电车正逐步走进人们生活中。逡逑４００逦３７９．９９逡逑３５０逡逑３００逡逑Ｐ２Ｓ０逦＾６８！逡逑＾邋２００逦，６８．ｉ７７邋＾！邋Ｉ逡逑８，0逡逑ｗ逦９１５邋■邋ｉ邋＿邋Ｉ逡逑Ｉ邋Ｉ邋Ｈ邋１１逡逑３２邋１逦３２邋ｉ邋４１．９邋４１．９邋４１．９４＇邋￣邋Ｕ逦纟逦＿逦漏~忓义希担板澹保玻�６邋１２．６１２．６１２．６１２．６１２．６２０－５邋＾逦３邋ＳＩ邋Ｓ邋Ｆ！逦１邋＾逦＇＇逦■逡逑�'《１？１＿１~F＿１１嫊＿邋Ｉ邋垜隋义希掊澹掊澹掊澹掊澹掊澹掊澹掊澹掊澹掊澹掊澹掊义夏攴蒎义贤迹保�１我国有轨电车里程数逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｍｉｌｅａｇｅ邋ｏｆ邋ｓｔｒｅｅｔｃａｒ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ逡逑有轨电车的出现，成功解决了城乡结合地区的交通压力，缓解拥挤路段的车逡逑流压力。而且为了使有轨电车更加便于人们出行，１００％低地板新型有轨电车应运逡逑而生，几乎与地面等高使得有轨电车在造型上和使用方便程度上均有更大地优势，逡逑这种现代新型有轨电车也是有轨电车的复兴热潮兴起的重要原因［３］。逡逑作为城市轨道交通的一种，有轨电车的运行方式与地铁相似，在固定的轨道逡逑上行�

本文编号：2778701