基于能量转移的城轨交通电池储能系统动态阈值能量管理策略研究

摘要

城轨交通地面式电池储能作为一种新型的再生制动能量回收方式可以有效降低列车的运行能耗，减少或避免再生失效。对于地面式电池储能系统能量管理策略的研究，多以储能系统自身的控制为关注点，而本文在传统动态充放电阈值控制策略的基础上，从系统的角度考虑了城轨交通的动态负载特性和电池储能系统的高能量密度特性，以减小变电所峰值功率为目标，对地面式电池储能系统的控制策略进行了优化研究。
　　论文首先详细分析了牵引变电所、牵引网、列车以及电池储能系统的工作原理和特性，搭建了一套考虑地面式电池储能系统的城轨牵引供电仿真平台，实现了在直流供电网、列车与储能系统三者能量交互下的同步潮流仿真。利用实际线路数据进行了算例分析，分析了不同发车间隔以及储能系统充放电阈值对供电系统能量流动的影响，为后文电池储能系统能量管理策略的优化研究提供理论基础。
　　其次，综合考虑城轨交通的负载特性和电池储能系统的高能量密度特性，本文提出了基于能量转移的电池储能系统动态阈值能量管理策略。该策略包括充放电阈值离线优化与放电阈值在线调整两个部分:在线调整部分根据电池的SOC(State of charge)调整放电阈值控制储能系统的放电量，在不影响节能效果的前提下，实现能量从低峰期/平峰期到高峰期的转移，增大储能系统在高峰期的放电量，抑制接触网电压跌落，削减变电所输出功率峰值;离线优化部分结合遗传算法与城轨交通供电系统仿真平台求解不同发车间隔下对应的最优的充放电阈值控制参数，增大储能系统的节能效果和削峰效果。通过搭建的仿真平台验证了控制策略的有效性，并分析了储能系统的容量配置及电池的SOC使用范围对削峰效果的影响。
　　最后，本文利用90kW的地面式电池储能系统实验平台对所提的基于能量转移的动态阈值能量管理策略进行了实验验证，并通过与传统控制策略对比，验证了改进控制策略的可行性和有效性。

目录

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致谢

摘要

1．1．研究背景与意义

1．2．城轨储能装置发展与应用

1．3．地面式电池储能系统能量管理策略研究现状

1．4．论文的主要研究内容

2 含电池储能系统的城轨交通供电系统仿真

2．1 配置电池储能系统的城轨交通牵引供电系统整体模型

2．1．1 牵引变电所模型

2．1．2 列车模型

2．1．3 电池储能系统模型

2．2 配置电池储能系统的城轨牵引供电系统

2．3 仿真与实验验证

2．4 本章小结

3 城轨交通牵引供电系统能量流动分析

3．1 城轨交通牵引供电系统能量流动

3．2 未安装储能系统时城轨交通能量流动

3．3 安装储能系统后城轨交通能量流动

3．3．1 储能系统充电阈值对能量流动影响分析

3．3．2 储能系统放电阈值对能量流动影响分析

3．4 本章小结

4 基于能量转移的电池储能系统动态阈值能量管理策略

4．1 控制目标及整体控制框图

4．2 基于能量转移的放电阈值在线调整模块

4．2．1 SOCref计算模块

4．2．2 基于SOC跟踪的放电阈值动态调整模块

4．3 充放电阈值离线优化模块

4．4 仿真验证及分析

4．5 本章小结

5 控制策略实验验证

5．1 实验平台

5．2 SOC估算实验

5．3 基于能量转移的放电阈值动态调整策略

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 今后研究工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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