混合动力列车车载储能与地面充电方案系统优化研究

摘要

为解决有轨电车交通部分线路不宜敷设接触网的问题,配备车载储能装置的混合动力有轨电车应运而生。对于混合动力有轨电车交通系统,合理的车载储能装置电量设计和科学的地面充电装置布局越来越受到关注。优化车载储能电量与地面充电布局方案,能够合理确定混合动力系统规模,降低建设成本。
　　本文以混合动力系统为研究对象,以实现混合动力系统成本最小为目标,在给定有轨电车运行方案的前提下,设计车载储能与地面充电方案全局优化方法。基于该优化方法,开发车线全局优化软件,为车载储能装置与有轨电车地面充电设施设计提供基础平台。
　　在混合动力有轨电车特征分析的基础上,描述功率流动关系,建立有轨电车动力模型、车载储能装置模型、地面充电装置模型。设计运行区间划分规则,分析线路供电方式对地面充电装置布局的影响,建立以车载储能和地面充电方案总成本最小为目标的优化模型。针对车载储能,采用二分法,搜索己知地面充电方案下的最小允许电量;针对地面充电方案,采用遍历算法,搜索已知车载储能电量情况下造价最小的地面充电布局;在此基础上,设计一种车载储能与地面充电方案耦合系统的加权优化方法。利用MATLAB进行仿真,验证设计方法的有效性。
　　根据软件总体设计方案,分析软件需求,对仿真软件进行架构设计及功能模块划分。设计列车牵引解算、车载储能解算、车载储能与地面充电方案系统优化解算等关键模块的算法流程。基于Visual Studio2008环境,完成混合动力系统车线全局优化仿真软件开发。针对某实际有轨电车线路,应用该软件进行仿真计算,并对仿真结果的正确性和有效性进行分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 混合动力有轨电车与地面充电装置研究现状

1．2．2 混合动力列车车载储能与地面充电方案系统优化研究现状

1．3 论文主要研究工作

第2章 混合动力有轨电车特征与建模

2．1 混合动力有轨电车特征分析

2．2 有轨电车动力模型

2．2．1 列车受力分析

2．2．2 有轨电车特性

2．2．3 列车运行阻力

2．2．4 列车运动学模型

2．3 车载储能装置模型

2．3．1 化学电池模型

2．3．2 超级电容模型

2．4 地面充电装置模型

第3章 混合动力车载储能与地面充电方案系统优化方法

3．1 混合动力车线耦合关系分析

3．1．1 有轨电车运行策略分析

3．1．2 混合动力能量管理策略描述

3．1．3 混合动力列车运行优化区间分析

3．1．4 地面充电布局与线路条件分析

3．2 混合动力系统模型

3．2．1 地面充电布局方案约束

3．2．2 车载储能电量状态建模

3．2．3 列车运行能耗建模

3．3 车载储能与地面充电方案系统优化方法

3．3．1 已知地面充电方案的车载储能电量优化方法

3．3．2 已知车载储能电量的地面充电方案优化方法

3．3．3 车载储能与地面充电方案系统优化方法

3．4 车载储能与地面充电方案系统优化仿真

3．4．1 车载储能电量配置优化仿真

3．4．2 地面充电布局优化仿真

3．4．3 车载储能与地面充电方案系统优化仿真

第4章 混合动力系统车线全局优化仿真软件设计

4．1 软件总体框架和结构

4．2 混合动力系统车线全局优化仿真软件概要设计

4．2．1 需求分析

4．2．2 软件程序流程设计

4．2．3 软件功能架构

4．3 表示层模块设计

4．3．1 线路数据预处理模块

4．3．2 列车动力集成设计模块

4．3．3 仿真优化配置模块

4．3．4 仿真结果输出模块

4．4 逻辑层关键问题解决方案

4．4．1 牵引解算流程

4．4．2 车载储能解算流程

4．4．3 混合动力列车车载储能与地面充电方案系统优化流程

第5章 混合动力系统车线全局优化仿真软件实现与测试

5．1 软件界面实现

5．1．1 线路数据预处理模块

5．1．2 列车动力集成模块

5．1．3 车载储能与地面充电方案系统优化模块

5．1．4 数据后处理展示

5．2 软件仿真验证

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果