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  • 頭條改進(jìn)的能量管理策略,減輕了有軌電車儲(chǔ)能系統(tǒng)的重量
    2020-04-04 作者:王玙、楊中平、李峰、安星錕、林飛  |  來源:  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員王玙、楊中平、李峰、安星錕、林飛,在2019年第8期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文(論文標(biāo)題為“有軌電車混合動(dòng)力系統(tǒng)能量交互型管理策略與容量配置協(xié)同優(yōu)化研究”)指出,能量管理策略和容量配置是有軌電車混合儲(chǔ)能動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其結(jié)果直接影響有軌電車的運(yùn)行性能和經(jīng)濟(jì)效益。 本文提出一種改進(jìn)后帶有能量交互狀態(tài)的能量管理策略,根據(jù)實(shí)際車輛與線路要求,以重量最輕為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行容量配置優(yōu)化,對(duì)比說明改進(jìn)策略中電池與超級(jí)電容能量交互的優(yōu)越性,并在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行驗(yàn)證。仿真和實(shí)驗(yàn)表明,改進(jìn)后的能量管理策略減輕了儲(chǔ)能系統(tǒng)的重量,使儲(chǔ)能系統(tǒng)在極端情況下能夠正常運(yùn)行。

    現(xiàn)代有軌電車作為一種新興的交通工具,具有客運(yùn)量大、環(huán)保節(jié)能、造價(jià)相對(duì)低廉等優(yōu)點(diǎn),適合在中等城市推廣使用。近年來,隨著清潔能源政策的推行以及對(duì)交通運(yùn)輸工具安全性、美觀性的需求,儲(chǔ)能式有軌電車開始出現(xiàn)并被廣泛地研究。

    儲(chǔ)能式有軌電車在運(yùn)行過程中需同時(shí)滿足大功率和較高的能耗需求,儲(chǔ)能元件中,雖然電池能量密度較大,但功率密度相對(duì)較小;超級(jí)電容有較高的功率密度,但能量密度相對(duì)較小。為提升有軌電車的動(dòng)力性能,以電池和超級(jí)電容混合儲(chǔ)能作為有軌電車的動(dòng)力系統(tǒng),已成為熱門研究方向。

    能量管理策略決定了有軌電車混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作性能,合適的能量管理策略不僅能使有軌電車安全平穩(wěn)地運(yùn)行,而且能夠減少電損耗,降低運(yùn)營成本。

    能量管理策略根據(jù)實(shí)時(shí)性分為在線策略和離線策略兩種。常用的在線能量管理策略有基于規(guī)則的固定閾值管理策略、濾波功率分配策略和基于模糊控制規(guī)則的能量管理策略等,這些策略的特點(diǎn)是規(guī)則簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn),但動(dòng)態(tài)性差,不能根據(jù)需求隨時(shí)調(diào)整,且規(guī)則需要基于一定的經(jīng)驗(yàn)來制定;離線策略如基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的能量管理策略,雖然可以得到全局最優(yōu)解,但是使用時(shí)限制較多,難以在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)用。

    電池與超級(jí)電容的容量配置與能量管理策略相互影響又相互制約。容量配置方案決定了儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量配比和系統(tǒng)的總體質(zhì)量,對(duì)有軌電車的經(jīng)濟(jì)性等有決定性影響。

    本文在按固定比例分配功率的能量管理策略基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn),加入了電池主動(dòng)狀態(tài)下儲(chǔ)能系統(tǒng)間的能量交互,在改進(jìn)策略的基礎(chǔ)上對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量配置進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化,并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比證明了改進(jìn)后能量管理策略的優(yōu)越性。

    本文首先介紹了混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的構(gòu)成及改進(jìn)的能量管理策略;然后描述了在該能量管理策略下與容量配置進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化的詳細(xì)過程;最后基于有軌電車線路進(jìn)行實(shí)際功率分配與容量配置,在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了小功率驗(yàn)證。

    改進(jìn)的能量管理策略,減輕了有軌電車儲(chǔ)能系統(tǒng)的重量

    圖7 90kW混合儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

    結(jié)論

    本文針對(duì)有軌電車的電池-超級(jí)電容混合儲(chǔ)能系統(tǒng)提出了改進(jìn)后的能量管理策略,進(jìn)行了容量配置協(xié)同優(yōu)化,并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該能量管理策略的優(yōu)越性。對(duì)有軌電車混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的在線能量管理策略進(jìn)行了分析并加以改進(jìn),加入電池主動(dòng)狀態(tài)中電池與超級(jí)電容的能量交互,并根據(jù)實(shí)際線路要求,基于改進(jìn)后的能量管理策略完成了容量的優(yōu)化配置,驗(yàn)證了該能量管理策略在容量配置上的優(yōu)勢(shì),即減輕系統(tǒng)重量,降低初始成本。隨后在容量配置不變的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)普通策略和改進(jìn)策略進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步驗(yàn)證改進(jìn)后能量管理策略的優(yōu)越性。