[发明专利]基于动态设定和协调优化的城轨超级电容储能系统控制方法

说明书

本发明针对超级电容储能系统的城轨列车牵引网电压稳定性问题，提出一种基于动态设定和协调控制的城轨超级电容储能系统控制方法。本发明提出基于动态设定和协调控制的城轨超级电容储能系统能量管理策略，采用四输入‑四输出模式，将设定充放电电压阈值Usubgt;refx/subgt;、超级电容荷电状态(SOCsubgt;x/subgt;)、控制参数和城轨列车与储能装置的距离Lsubgt;x/subgt;作为输入，将电压动态充放电阈值作为输出。根据数学模型，根据输入动态变化，计算输出电压阈值，储能站点根据动态阈值和系统状态调节储能系统的能量吸收和释放，稳定牵引网电压。本发明动态设定和协调控制的方法具有动态性能好，鲁棒性高等优点。

技术领域

本发明涉及的是一种城轨超级电容储能系统能量控制方法，具体的说就是一种基于动态设定和协调优化的城轨超级电容储能系统控制方法。

背景技术

城市牵引车辆具有占地面积少、少污染、载客量大、速度快、等特点，对于缓解特别是大中城市交通压力和规划建设高效节能绿色环保交通，意义重大，符合人类可持续发展原则。城轨列车运行区间距离短，启动、制动频繁，牵引加速阶段需要较大的启动功率，其制动时会产生大量的再生制动能量，如何抑制牵引网压较大波动和有效回收制动能量，改善列车牵引和制动特性、降低牵引变电站输出能耗和提高电能利用率，是目前轨道交通领域的研究热点问题。

近年来，具有功率密度高、充放电速度快、循环使用寿命长等一系列优点的超级电容储能系统在可再生能源发电系统、混合动力车辆、牵引车辆制动能量回收利用等领域日益受到关注并逐渐开发应用，其优质的性能特点非常契合城轨列车运行特性。通过合理控制储能系统充放电，实现能量在供电网络和储能装置间的双回流动，在出现多列车同时启动加速或减速制动时，能减小牵引变电站输出功率峰值和防止再生制动失效、稳定直流牵引网电压。

根据最优控制理论，传统的储能系统充放电控制策略多采用实现全状态变量反馈的电压、电流双闭环控制结构，控制系统较简单直接，虽然具有很好的牵引网稳压和节能效果，但未考虑协调多套储能系统间的能量流动，以及考虑各储能系统的最大化利用程度等问题。设定的恒定充放电阈值也没有结合列车的动态运行特性，储能效果和功能作用必然不是最优，而储能系统的充放电阈值设定及其优化控制对系统本身的节能效果和使用寿命是有极大影响。本文在传统控制策略的基础上，研究了一种通过跟踪列车实时运行距离的变化，动态设定充放电阈值和协调管理双边储能系统能量流动的新型改进型控制策略。

发明内容

技术问题：在牵引车辆运行过程中，超级电容是其储能元件。但在稳定牵引网电压中，超级电容储能系统起到调节牵引网网压作用，对于超级电容储能系统吸收和释放能量过程中，超级电容的充放电电压阈值一般固定设定，使其不能根据运行状态自行调整，这种超级电容储能系统调节牵引网稳定具有局限性，不能很好保护超级电容和充分发挥超级电容的能力。