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我國在鐵路機車制造業(yè)基礎(chǔ)上，通過技術(shù)引進、消化吸收、自主創(chuàng)新，在新型供電制式與車載儲能技術(shù)等關(guān)鍵領(lǐng)域取得突破，形成了目前的新型儲能式軌道車輛。選擇具有長壽命、寬溫度、高倍率等特性的車載儲能系統(tǒng)，不僅響應(yīng)節(jié)能環(huán)保的號召，還可以降低系統(tǒng)成本。

目前，儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)、電動汽車等領(lǐng)域已經(jīng)開展了許多深入的研究。為了匹配功率和能量的綜合需求，選用功率型和能量型的儲能元件混合使用可以實現(xiàn)它們的特性互補。儲能系統(tǒng)可以很好地平抑電力系統(tǒng)中的負荷波動，對其配置優(yōu)化主要是基于整組能量與成本之間的權(quán)衡，不需要涉及如車載儲能系統(tǒng)中的質(zhì)量邊界和體積邊界，且對于儲能元件特性也沒有嚴格要求。

針對電動汽車中的混合儲能系統(tǒng)，目前的方法都是基于工況預測、拓撲比較、能量調(diào)度等角度進行最優(yōu)化設(shè)計。如采用動態(tài)規(guī)劃對公交車車載混合儲能系統(tǒng)進行拓撲分析和優(yōu)化配置，同時考慮能量管理策略以及全壽命周期成本。相比于電動汽車，軌道車輛對儲能系統(tǒng)的功率等級和電壓等級的要求明顯更高，且在此高功率工況下，儲能元件的充放電效率明顯降低，循環(huán)壽命急劇縮短，從而直接影響車輛的性能和運行。

近年來，國內(nèi)外也逐步開展了關(guān)于軌道車輛車載儲能系統(tǒng)容量配置的研究。如采用雨流法建立儲能元件的循環(huán)壽命模型，推導包含初始成本和運行成本的多目標函數(shù)，并利用遺傳算法對此配置模型進行尋優(yōu)求解，最終得到輕軌車輛車載儲能系統(tǒng)的優(yōu)化配置。

顯然，電動汽車和儲能式軌道車輛存在著一個共性的問題，即如何尋找一個最優(yōu)配置以實現(xiàn)車載儲能系統(tǒng)的高能效和低成本?，F(xiàn)有的優(yōu)化模型都是基于在滿足車輛運行能耗需求的條件下追求成本最小的配置方案，這對于實際應(yīng)用具有一定的指導意義。

然而，由于儲能式軌道車輛運行的規(guī)律性、高功率和高能量，使得地面充電站的功率和容量也必須能夠匹配車載儲能系統(tǒng)的充電需求。而且，地面能量補給是保證儲能式軌道車輛系統(tǒng)正常運營的關(guān)鍵，是整個儲能系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換的重要組成。因此，為了實現(xiàn)整個軌道網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟運行就需要聯(lián)合考慮車載儲能系統(tǒng)的容量配置和地面充電站的功率匹配，這也是軌道交通車載儲能優(yōu)化配置有別于電動汽車的最大特點。

目前，國內(nèi)外還沒有針對軌道車輛車地一體化容量配置問題的研究。為了實現(xiàn)儲能式有軌電車系統(tǒng)的經(jīng)濟運行，北京交通大學電氣工程學院的研究人員韋紹遠、姜久春等，提出了軌道車輛車地一體化配置模型，分析并推導了包含車載儲能系統(tǒng)全壽命周期和地面能量補給的綜合成本函數(shù)；結(jié)合儲能系統(tǒng)的安全工作區(qū)間和總質(zhì)量等約束條件，采用基于自然選擇的混合粒子群優(yōu)化算法對綜合成本函數(shù)進行尋優(yōu)，求解得到了可以實現(xiàn)有軌電車系統(tǒng)經(jīng)濟運行的優(yōu)化配置方案。有關(guān)研究成果發(fā)表于2019年《電工技術(shù)學報》第2期，論文題目為“儲能式有軌電車車地一體化配置模型”。

基于現(xiàn)有運行的純超級電容儲能“站站充”模式，他們從經(jīng)濟性的角度分析了以超級電容和鋰電池混合的車載儲能系統(tǒng)，以及超級電容系統(tǒng)“站站充”和鋰電池“首末充”的能量補給模式。出于降低地面充電站容量的設(shè)計目標，該配置方案采用的模糊控制不僅要合理地分配儲能系統(tǒng)的功率以實現(xiàn)儲能元件的特性互補，更要通過增配的鋰電池系統(tǒng)來調(diào)節(jié)超級電容系統(tǒng)的放電深度，以減小其對充電站的高功率需求。最后，通過對有軌電車實際運行工況進行算例分析，進一步驗證了所提優(yōu)化配置模型的有效性和經(jīng)濟性。

據(jù)了解，車載儲能系統(tǒng)回站的SOC主要取決于儲能系統(tǒng)容量和車輛能耗，對于規(guī)律運行的軌道車輛，車載儲能系統(tǒng)的容量配置將直接決定能量補給的功率和時間。因此，需要在儲能系統(tǒng)成本和充電站成本中進行權(quán)衡才能實現(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟運行。與純超級電容方案相比，混合儲能方案在日均綜合成本上降低了15.6%，對充電站容量的需求降低了68%。