[发明专利]一种内燃发电机组加超级电容的混合动力列车能量管理策略的优化方法及系统

说明书

本发明提供一种内燃发电机组加超级电容的混合动力列车能量管理策略的优化方法及系统，包括：能量管理系统、混合动力系统、自动驾驶系统、牵引系统；自动驾驶系统计算出列车运行时实际所需求的牵引力F_t^*，并传递至牵引系统；牵引系统将实际的需求牵引力传送至牵引电机，产生作用于列车车体运动的轮轴牵引力；能量管理系统根据列车在不同线路的运动状态以及混合动力系统实际需求的能量状态，进行合理规划，使得混合动力系统在最优状态下工作。混合动力系统为列车的牵引系统提供能量，并将自身的状态信息发送至能量管理系统。本发明能够使列车在不同的实时运动状态下，将能量的利用得到合理规划并运用于列车。

技术领域

本发明涉及一种内燃发电机组加超级电容的混合动力列车能量管理策略的优化方法及系统。

背景技术

随着我国运输服务规模的快速发展，交通运输行业已成为我国能源消费增长最快的行业。目前，交通部门的石油产品消费占全部石油消费量的40％左右，其中汽油消耗大约4000万吨，占整个汽油消费量的85％～90％。随着人们对环境的保护意识日益加强以及响应政府节能减排的号召，混合动力列车便应运而生。其目的是替代传统单纯以燃油为能源的交通工具。混合动力列车采用的是两种以上的动力源对列车进行驱动，其主要工作原理是在根据列车在不同的实时运动状态下，给列车提供所需的能量并将能量的利用率得到最大的优化。

本发明针对一种超级电容+内燃发电机组的列车，这种列车没有外部电网，混合动力系统为列车提供运行能量。内燃发电机组输出功率范围广，启动和运行较快，可对其输出功率进行实时控制，让其工作在高效区。但目前的缺陷在于通用的能量管理策略不能够使得能量得到合理利用，如当列车需要爬坡运行时，超级电容剩余能量不足；当列车需要吸收制动能量时，超级电容剩余能量过多。

西南交通大学博士学士论文(“混合动力列车运行控制及能量管理策略研究”，陈彦秋，中国博士学位论文全文数据库工程科技ll辑，2016年第一期)中公开了基于已知路线的能量管理优化策略，其考虑了线路信息，并估算了目标功率曲线，对一个运行区间进行的子区间划分和能量分析，给出了能量优化方法。但是该文章中有以下几个缺陷：在子区间划分及优化过程中没有考虑列车停靠站充电情况。优化范围只限于一个运行区间，不能使用于整条线路。能量分析时没有考虑变流器效率。没有给出能量分析时，区域划分的原则。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内燃发电机组加超级电容的混合动力列车能量管理策略的优化方法及系统，特别是其能量管理系统。针对一种具有内燃发电机组+超级电容混合动力系统的列车，提高其能量利用率。混合动力系统主要包括能量管理系统、自驾驶系统、牵引系统。

所述能量管理系统根据列车的运动状态和混合动力系统进行合理规划，使混合动力系统工作在最优状态下，同时能量管理系统还能对列车的牵引系统施加控制，以便实现对混合动力系统的保护。

所述混合动力系统为列车的牵引系统提供能量，并将自身的状态信息发送给能量管理系统；混合动力系统能够为列车在不同的子区段和不同的运动状态下提供能量。混合动力系统提供的能量源有：内燃发电机组和超级电容。如列车内燃发动机组图5所示，内燃发电机组通过内燃发电机端变流器与直流母线相连；超级电容通过超级电容端变流器与直流母线相连；直流母线通过牵引逆变器与列车的牵引电机连接。

所述自驾驶系统根据列车在实际运行状态实时计算出列车所需要的牵引力F_t^*并传递至牵引系统。

所述牵引系统用于根据需求牵引力，驱动牵引电机产生能满足列车运动的轮轴牵引力，使列车在所需求的牵引力下运动。