地鐵具有運(yùn)量大、速度快、安全準(zhǔn)時(shí)等優(yōu)點(diǎn),對(duì)城市軌道交通發(fā)展起到越來(lái)越重要的作用。將電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝于地鐵供電系統(tǒng),可以有效回收列車(chē)再生制動(dòng)能量和抑制直流網(wǎng)電壓波動(dòng)。
目前,電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在城軌交通上已得到實(shí)際應(yīng)用,如日本東武鐵道、古町線(xiàn)、名古屋鐵路、湖西線(xiàn)北陸本線(xiàn)、鹿兒島谷山線(xiàn)、神戶(hù)市西神-山手線(xiàn)、青梅線(xiàn)、東武野田線(xiàn);韓國(guó)地鐵5號(hào)線(xiàn);意大利米蘭地鐵3號(hào)線(xiàn)、羅馬火車(chē)站-機(jī)場(chǎng)線(xiàn);美國(guó)費(fèi)城等。
近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)城軌交通電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在能量管理和容量配置等方面展開(kāi)了廣泛深入的研究。
文獻(xiàn)[5-7]研究了地面式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理策略。
對(duì)于如何確定電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在城軌交通供電系統(tǒng)安裝的位置及其容量,即容量配置優(yōu)化問(wèn)題,也有學(xué)者做了相應(yīng)研究,文獻(xiàn)[8-9]根據(jù)離線(xiàn)測(cè)得的城軌交通變電所的日負(fù)荷曲線(xiàn),在實(shí)現(xiàn)削峰填谷的前提下,以經(jīng)濟(jì)效率為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)配置進(jìn)行優(yōu)化。
然而上述研究依然存在一些不足。
本文首先建立了包含列車(chē)和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的城軌交通供電系統(tǒng)仿真平臺(tái),結(jié)合城軌交通負(fù)載特性和電池高能量密度特性,提出基于能量轉(zhuǎn)移的改進(jìn)能量管理策略。最后采用智能優(yōu)化算法以及結(jié)合搭建的地鐵供電系統(tǒng)仿真平臺(tái),同時(shí)優(yōu)化電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理策略控制參數(shù)和容量配置方案。
圖1 直流供電系統(tǒng)仿真平臺(tái)
本文首先建立了包含列車(chē)和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的城軌交通供電系統(tǒng)仿真平臺(tái),綜合考慮城軌交通負(fù)載特性和電池的高能量密度特性,提出了基于能量轉(zhuǎn)移的放電閾值動(dòng)態(tài)調(diào)整策略,減小了變電站峰值功率,降低建設(shè)成本。綜合電池實(shí)際運(yùn)行特性,考慮放電深度對(duì)電池使用壽命的影響,建立了電池壽命預(yù)測(cè)模型,用于評(píng)估儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效率。
最后以經(jīng)濟(jì)效率和峰值功率減小率為目標(biāo)函數(shù),提出了基于遺傳算法的可同時(shí)優(yōu)化電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理策略參數(shù)和容量配置方案的方法,最后利用實(shí)際線(xiàn)路數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真分析,為改善城軌列車(chē)制動(dòng)能量回收和提高供電能力提供了支持。