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      基于有軌電車運行特性的電源參數(shù)匹配研究

      2018-05-31 08:23:18張繼業(yè)楊繼斌
      現(xiàn)代城市軌道交通 2018年5期
      關(guān)鍵詞:儲能電容動力

      盧 怡, 劉 楠, 張繼業(yè), 楊繼斌

      (1. 西南交通大學(xué)牽引動力國家重點實驗室,四川成都 610031;2. 中車唐山機車車輛有限公司,河北唐山 063035)

      0 引言

      對于有軌電車來說,應(yīng)用車載儲能供電方式,能很好地改善城市景觀,在一定程度上減小安全隱患,更好地提高能量利用率[1-2],因此儲能式有軌電車混合動力系統(tǒng)受到廣泛關(guān)注,研究主要集中在混合儲能系統(tǒng)的能量管理與參數(shù)匹配方面[3-7]。電源參數(shù)匹配一般以能量管理策略為基礎(chǔ),制定相應(yīng)的優(yōu)化目標(如以系統(tǒng)總成本最小為目標[3-5],或在保證車輛動力性能的基礎(chǔ)上以最低配置成本為目標[6]),應(yīng)用智能優(yōu)化算法對電源參數(shù)進行優(yōu)化。

      混合電源系統(tǒng)的參數(shù)匹配不僅影響著車輛的運行性能,如加速度、續(xù)航速度、最大續(xù)駛里程等,還受到質(zhì)量、體積、成本等實際因素的約束[8]。因此,本文基于有軌電車運行特性,以系統(tǒng)質(zhì)量和成本最小為目標,進行動力電源參數(shù)的匹配研究。

      1 有軌電車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

      本文研究的電源參數(shù)匹配所針對的儲能式有軌電車混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示?;旌蟿恿δ芟到y(tǒng)由動力電池、超級電容、雙向 DC/DC 變換器組成?;旌蟿恿δ芟到y(tǒng)與直流母線相連,在有軌電車牽引運行模式下,混合動力儲能系統(tǒng)為有軌電車運行及輔助設(shè)備提供能量;在動力制動模式下,混合動力儲能系統(tǒng)回收再生制動能量,制動電阻消耗多余制動能量以維持母線電壓穩(wěn)定;在站內(nèi)停車時,站內(nèi)充電樁或電網(wǎng)為混合動力儲能系統(tǒng)充電。動力電池組和超級電容組各自分別與DC/DC 變換器相連,這種方式可以主動控制動力電池組和超級電容組輸入和輸出功率。

      圖1 有軌電車混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

      2 電源系統(tǒng)功率需求及能量管理策略

      2.1 有軌電車運行特性

      有軌電車在專有的軌道上行駛,路況簡單,站臺固定,可依照目標速度曲線行駛。而目標速度曲線可根據(jù)定點、準時、節(jié)能等優(yōu)化目標,同時考慮線路條件、速度和功率約束條件等進行優(yōu)化求解。

      假設(shè)目標速度曲線為,表示有軌電車在位置 x 處的期望速度,,x0為運行區(qū)間起點路程標,xend為運行區(qū)間終點路程標。根據(jù)列車的縱向動力學(xué)受力分析,有軌電車驅(qū)動輪的牽引力表示為[7]:

      式(1)中,γ 為有軌電車轉(zhuǎn)動慣量,M 為有軌電車質(zhì)量,t;期望加速度可以表示為:

      有軌電車的運行阻力可以表示為:

      式(3)中,A、B、C 為有軌電車基本阻力系數(shù),為在位置 x 處的坡度千分數(shù),為在位置 x 處的曲率半徑,AR為系數(shù),通常取 600,g 為重力加速度。

      2.2 電源系統(tǒng)功率需求

      已知在一個運行區(qū)間內(nèi),有軌電車能夠完全跟隨目標速度曲線運行,那么混合動力系統(tǒng)的目標功率可以表示為[7]:

      式(4)中,表示有軌電車在位置 x 處的功率,kW。當(dāng)它大于 0 時,表示混合儲能系統(tǒng)放電,為有軌電車運行和輔助設(shè)備提供能量;當(dāng)它小于 0 時,表示混合儲能系統(tǒng)充電,回收有軌電車的再生制動能量。式(4)中,ηd、ηm、ηt分別表示牽引逆變器 DC/AC、牽引電機及傳動系統(tǒng)的效率,近似為定值。Paux為有軌電車輔助功率,kW。,有軌電車的輪周牽引功率 PFt可表示為有軌電車驅(qū)動輪的牽引力與車速的乘積,即:

      2.3 電源系統(tǒng)能量需求

      已知車載動力電源系統(tǒng)的目標功率,那么有軌電車從位置 x0運行到位置 x 時,動力電源系統(tǒng)所需輸出的能量為:

      2.4 基于邏輯門限的功率分配策略

      有軌電車運行的線路一般站間距相對較短,并且制動時間和在站內(nèi)停留時間也較短。同時,由于動力電池的充電電流被限制在較小的范圍內(nèi),為了避免變換器狀態(tài)的頻繁切換,這里規(guī)定動力電池不回收動力制動能量,以及在中間車站不充電。由于超級電容能夠進行瞬時大電流充電,則由超級電容來回收動力制動能量,以及在中間車站補充電量。在有軌電車運行過程中,動力電源系統(tǒng)基于邏輯門限的功率分配策略流程如圖 2 所示。

      圖2 功率分配策略流程圖

      圖2 中,Pbo、Pco分別表示電池和超級電容的期望放電功率,Pbi、Pci分別表示電池和超級電容的期望充電功率,ηD表示直流變換器 DC/DC 的效率。Pbto為設(shè)置的邏輯門限值,應(yīng)不大于動力電池組的最大放電功率 Pbmo,即:

      邏輯門限值 Pbto可以表示為:

      式(8)中,Vb0為電池等效電動勢,Rb為電池內(nèi)阻,Ibt0為電池輸出電流限制值,SOC 為電池的荷電狀態(tài)。

      Pcmo和 Pcmi分別為超級電容的最大放電功率和最大充電功率,可通過式(9)和式(10)計算。

      式(9)、(10)中,SOE 表示超級電容能量狀態(tài),Vc、Rc分別表示超級電容組的電壓和內(nèi)阻,Icmo和 Icmi分別表示超級電容組允許的最大放電和充電電流。超級電容電壓,其中 Ec為超級電容存儲的能量,kW · h;Cc為超級電容額定容量,F(xiàn)。

      3 電源系統(tǒng)參數(shù)匹配

      3.1 約束條件

      3.1.1 功率約束

      在牽引模式下,有軌電車對動力電源系統(tǒng)的需求功率大于 0。由于動力電源是有軌電車配備的僅有動力源,因此,為了滿足有軌電車運行在每一個位置的牽引功率需求,動力電源系統(tǒng)最大輸出功率應(yīng)不小于對混合動力儲能系統(tǒng)的需求功率,即:

      式(11)中,,表示在位置 x 處對混合動力儲能系統(tǒng)的需求功率;分別表示在位置 x 處電池組和超級電容組所允許的最大放電功率。

      3.1.2 能量約束

      動力電源系統(tǒng)的能量約束可表示為:在有軌電車運行時所處的每一個位置,電池組的可用能量 Eb和超級電容的可用能量 Ec之和應(yīng)不小于運行完剩余路程所需的能量,即:

      式(11)描述的是有軌電車運行過程中每一個位置的電源系統(tǒng)功率約束,而在動力電源系統(tǒng)能滿足功率約束時,也一定能滿足能量約束,即當(dāng)式(11)成立時,式(12)也成立。

      3.1.3 電池組和超級電容組的串聯(lián)電壓約束

      動力電池以及超級電容組的電壓受其相應(yīng)功率轉(zhuǎn)換器件(DC/DC 變換器)的工作電壓范圍約束,如式(13)所示,由此來確定動力電池和超級電容的串聯(lián)模塊數(shù)量范圍。

      其中, nbs、ncs分別表示動力電池和超級電容單體的串聯(lián)數(shù)量,分別表示向下和向上取整函數(shù),VDimax、VDimin分別表示 DC/DC 變換器電源側(cè)的最高和最低工作電壓,Vbum、Vcum分別表示動力電池和超級電容單體的最高電壓。由于電池組和超級電容組都受最大充放電電流約束,為了使得儲能部件輸出更大的功率,一般應(yīng)使電池組或超級電容組的電壓盡可能處于較高狀態(tài)。

      3.2 優(yōu)化目標

      以動力電源系統(tǒng)的初始成本和質(zhì)量的加權(quán)和最小化為優(yōu)化目標 T,即:

      其中,λ1和 λ2分別表示質(zhì)量和成本的權(quán)重,m1和 m2分別表示單個電池和超級電容模塊的質(zhì)量,c1和 c2分別表示單個電池和超級電容模塊的初始成本。

      在電池和超級電容模塊所允許的數(shù)量范圍內(nèi),可以根據(jù)動力電源系統(tǒng)的初始成本和質(zhì)量的加權(quán)和最小來選擇電源系統(tǒng)參數(shù)。

      4 應(yīng)用分析

      某型有軌電車在某一線路以最短時間運行策略行駛,續(xù)航速度為 40 km/h。有軌電車最大載重為 78 t,輔助功率取最大 50 kW,并以最大啟動加速度 1.2 m/s2和最大制動減速度 -1.2 m/s2運行,此時對動力電源系統(tǒng)的功率和能量需求更大,儲能系統(tǒng)的需求功率如圖 3 所示。

      根據(jù)3.1節(jié)所描述的約束條件,同時采用表 1~表 3 所示的電池模塊、超級電容模塊和DC/DC的基本參數(shù),對電源系統(tǒng)參數(shù)進行匹配,得到動力電池和超級電容模塊的數(shù)量邊界如圖 4 所示。圖 4 中藍色數(shù)據(jù)點的右上方區(qū)域即為滿足有軌電車運行性能需求的參數(shù)范圍。

      根據(jù)式(14)可知,優(yōu)化目標的最小值在動力電池和超級電容模塊所允許數(shù)量范圍的邊界上取得。因此,對圖 4 中邊界上的點進行初始成本和質(zhì)量的計算,結(jié)果如圖 5 所示。圖 5 表明電源系統(tǒng)初始成本及質(zhì)量與電池模塊個數(shù)的關(guān)系,可在成本和質(zhì)量較小的范圍內(nèi)選取電源參數(shù)。

      當(dāng)加權(quán)系數(shù) λ1和 λ2分別取 0.6 和 0.4 時,對數(shù)據(jù)進行歸一化處理后,可得指標 T 與電池模塊數(shù)量的關(guān)系如圖 6 所示。由圖 5 和圖 6 可知,在動力電池的數(shù)量在 600~1 200 時,指標 T 相對較小。由于所選擇的電池模塊數(shù)量增多時,所需超級電容模塊的數(shù)量會隨之減小,因此,可結(jié)合實際情況,選擇合適的動力電池和超級電容模塊數(shù)量。

      圖3 儲能系統(tǒng)的功率需求曲線

      表1 動力電池模塊參數(shù)

      表2 超級電容模塊參數(shù)

      表3 直流變換器 DC / DC 參數(shù)

      圖4 滿足約束條件的電池和超級電容模塊數(shù)量邊界

      圖5 初始成本及質(zhì)量與電池模塊個數(shù)的關(guān)系

      結(jié)合圖 4 和圖 6,比如,電池模塊數(shù)量可以選擇為1 056 個(串聯(lián)數(shù)選擇 132),超級電容模塊數(shù)量則為 66個(串聯(lián)數(shù)選擇 11)。此時,可使得動力電源系統(tǒng)的初始成本和質(zhì)量較小,串聯(lián)數(shù)量也滿足式(13)。這種配置情況下得到的電池組和超級電容組功率曲線如圖 7 所示,可滿足功率需求(即滿足式(11)),因此,此配置能夠滿足有軌電車的運行需求。

      圖6 指標值與電池模塊個數(shù)的關(guān)系

      圖7 電池和超級電容功率曲線

      5 結(jié)束語

      針對動力電池與超級電容混合的儲能式有軌電車,本文給出了動力電源參數(shù)匹配方法。該方法基于有軌電車運行特性和能量管理策略,在實時位置所需功率約束和電壓約束的條件下,以初始成本和質(zhì)量加權(quán)和最小為優(yōu)化目標。在后續(xù)研究中,對于電源參數(shù)的優(yōu)化匹配問題,需要綜合考慮有軌電車駕駛策略和能量管理策略,以尋求有軌電車駕駛模式、電源參數(shù)及能量管理策略的最佳組合。

      [1]王健全,袁富衛(wèi). 城市有軌電車供電方式探討[J]. 電力機車與城軌車輛,2015,38(1):47-51.

      [2]劉小涵,李群湛. 現(xiàn)代有軌電車供電方案的綜合評價[J]. 都市快軌交通,2015,28(5):86-90.

      [3]Herrera V, Gazta?aga H, Milo A, et al. Optimal operation mode control and sizing of a battery-supercapacitor based tramway[C]// Vehicle Power and Propulsion Conference.IEEE,2015:1-6.

      [4]Herrera V, Milo A, Gazta?aga H, et al. Adaptive energy management strategy and optimal sizing applied on a battery-supercapacitor based tramway[J]. Applied Energy,2016(169):831-845.

      [5]Herrera V, Milo A, Gazta?aga H, et al. Optimal energy management and sizing of a battery-supercapacitorbased light rail vehicle with a multiobjective approach[J].IEEE Transactions on Industry Applications,2016,52(4):3367-3377.

      [6]楊繼斌,張繼業(yè),宋鵬云. 儲能式有軌電車能量管理策略多目標優(yōu)化[J]. 電源學(xué)報,2017,15(5):137-143.

      [7]陳彥秋. 混合動力列車運行控制及能量管理策略研究[D]. 四川成都:西南交通大學(xué),2014.

      [8]于遠彬,王慶年,王加雪,等. 混合動力汽車車載復(fù)合電源參數(shù)匹配及其優(yōu)化[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版), 2008,38(4):764-768.

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