城轨交通地面式超级电容储能系统容量配置优化方法研究

摘要

城市轨道交通相比于其他交通方式具有运量大、准点安全、节能环保等显著优点。近年来，随着城轨列车再生制动技术的普及，列车再生失效情况频繁发生。如何利用储能技术来降低列车发生再生失效频率，降低城轨交通运行能耗，已经成为国内外城轨交通领域的研究热点。超级电容由于其充放电速度快、循环寿命长、环境友好等特点，在解决城轨交通再生失效问题中具有独特的优势与发展前景。基于此背景，本文围绕着地面式超级电容在城轨线路中的容量配置及其优化进行了深入的研究。
　　论文搭建了一套考虑地面式储能装置的城轨牵引供电仿真平台。结合城轨交通再生制动及多列车运行等特点，建立了多列车牵引计算及直流供电网模型，实现了在直流供电网、城轨列车与储能装置三者能量交互下的同步潮流仿真。通过仿真平台实时输出的牵引变电所、列车及超级电容的电压电流等值，为下一步地面式超级电容的容量配置提供了数据支持。
　　论文提出了一种适用于地面式超级电容储能系统的基本容量配置方法。该方法以完全吸收剩余再生制动能量和功率为约束条件，综合考虑地面式超级电容容量配置影响因素，以国内某地铁线路为例，通过城轨牵引供电仿真平台得到了在不同发车间隔下全线各牵引变电站均设置超级电容时的容量配置方案。
　　论文提出了一套基于改进型遗传算法的地面式超级电容容量配置优化方法。该方法采用BP神经网络以提高优化效率，并通过在传统遗传算法中加入模拟退火算法避免了局部收敛的发生。基于该优化方法，论文以提高城轨交通节能稳压效果、降低投资成本为优化目标，得到了不同发车间隔及全天运行工况下的超级电容容量配置优化方案，并通过成本效益分析验证了该方法的有效性。
　　论文在实验室条件下搭建了一套考虑地面储能的城轨牵引供电系统半实物仿真平台。通过平台实现了对城轨交通多列车运行工况的模拟，并通过实验验证了在多列车运行工况下地面式超级电容控制策略的合理性，验证了储能装置的加入以及经容量配置优化后对城轨直流供电网稳压效果的影响。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 地面储能系统研究现状

1．2．1 城轨交通牵引供电仿真研究

1．2．2 地面超级电容容量配置研究

1．3 论文的主要内容

1．4 论文的主体框架

2 考虑储能装置的城轨牵引供电仿真

2．1 列车牵引计算仿真

2．1．1 单车牵引计算

2．1．2 多车运行仿真

2．2 直流牵引供电网建模

2．2．1 城轨列车建模

2．2．2 牵引变电所建模

2．2．3 地面式储能系统

2．3 城轨牵引供电仿真平台

2．3．1 实际线路仿真

2．3．2 仿真结果分析

2．4 小结

3 地面式储能系统容量配置方法

3．1 列车制动能量分析

3．1．1 列车再生能量

3．1．2 剩余再生能量

3．2 容量配置影响因素分析

3．2．1 发车间隔

3．2．2 发车间隔时间差

3．2．3 充放电阈值

3．3 基本容量配置方法

3．3．1 容量配置流程

3．3．2 容量配置实例

3．4 小结

4 地面式储能系统容量配置优化方法

4．1 位置优化分析

4．1．1 初始位置方案

4．1．2 位置优化分析

4．1．3 可优化性分析

4．2 容量配置评价系统

4．2．1 优化变量

4．2．2 目标函数

4．2．3 约束条件

4．3 容量配置优化方法

4．3．1 优化配置流程

4．3．2 优化配置结果

4．3．3 成本效益分析

4．4 小结

5 城轨牵引供电半实物仿真平台

5．1 半实物仿真平台架构

5．1．1 半实物仿真原理

5．1．2 平台子系统介绍

5．2 平台基本功能实验

5．2．1 单列车负载模拟实验

5．2．2 多列车网流模拟实验

5．2．3 超级电容控制策略实验

5．3 容量配置优化方法验证

5．3．1 全线直流供电网模拟

5．3．2 优化方法实验验证

5．4 小结

6 总结与展望

6．1 结论

6．2 今后研究工作展望

参考文献

作者简历

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