[发明专利]混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法

权利要求书

1.混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对含混合式地面再生制动能量利用装置的城轨供电系统建模；

步骤2：对城轨供电系统中混合式地面再生制动能量利用装置进行配置，建立直流侧节点电导矩阵与交流侧导纳矩阵，模拟实际列车运行工况进行牵引计算，并进行城轨供电计算；

步骤3：根据潮流计算校核配置方案是否满足各项约束条件，并计算该配置下城轨供电系统中混合式地面再生制动能量利用装置的投资成本与系统能耗；

以降低系统中再生制动能量利用装置成本和系统能耗为目标，优化目标函数为：

式中，f(x)为优化目标，f₁(x)为系统中再生制动能量利用装置的成本，f₂(x)为系统全日能耗，x为优化变量，Ω为可行域；

x＝[S₁,S₂,…,S_M,A₁,A₂,…,A_M,B₁,B₂,…,B_M] (2)

式中，S_i为第i座牵引变电所中地面再生制动能量利用装置的安装容量MVA，其取值为等差的离散变量，即S_i＝[0,0.5,1,...]，S_i＝0代表该牵引变电所不安装再生制动能量利用装置；A_i、B_i分别代表第i个牵引变电所中逆变回馈装置与储能装置的配置变量：

每个牵引变电所不安装或仅安装一种再生制动能量利用装置，故对牵引变电所中的装置数量进行如下约束：

式中，M为线路中牵引变电所的数量；

系统中再生制动能量利用装置成本f₁为：

式中，C_EFS、C_ESS分别为逆变回馈装置、储能装置的成本；C_EFS,i(S_i)、C_ESS,i(S_i)分别为第i个牵引变电所中逆变回馈装置与储能装置的成本，其大小取决于S_i；其中，再生制动能量利用装置成本f₁的计算方式为：

C＝C₀+P×S_i (6)

式中，C₀为基本元件成本，P是装置每MVA的元件成本；逆变回馈装置与储能装置成本的计算方式相同，但C₀与P的取值不同；

系统全日能耗f₂为：

式中，P(t)为地铁主变电所在时刻t从电力系统获取的有功功率总和；P_j(t)为第j个主变电所在时刻t从电力系统获取的有功功率；N为主变电所数量；T_d为列车每日的持续运营时间；

地面再生制动能量利用装置的工作特性约束包括逆变回馈装置的工作电流、工作电压约束、逆变回馈装置启动电压的取值范围约束、储能装置的工作电流约束以及储能装置的荷电状态约束，约束条件如下：

式中，I_dEFS,i、U_dEFS,i、U_EFS,i、I_dESS,i、SOC_ESS,i分别代表第i个牵引变电所中逆变回馈装置的直流侧电流、直流侧电压、启动电压、储能装置的直流侧电流、荷电状态；I_max、U_max、I_ESS,max分别代表逆变回馈装置的最大允许工作电流、最大允许工作电压，储能装置的最大允许工作电流；U_EFS,min、U_EFS,max分别代表逆变回馈装置启动电压的下限值、上限值；SOC_ESS,min、SOC_EES,max分别为储能装置允许的最小、最大SOC；

为保证供电系统安全可靠平稳地运行和潮流计算结果的有效性，直流牵引网压及钢轨电位应满足相应的约束条件，潮流计算结果应满足收敛条件，故有

式中，U_d代表直流侧牵引网电压；U_d,min、U_d,max分别代表直流牵引网电压波动的下限值、上限值；U_r代表钢轨电位；P_si、Q_si表示第i个牵引变电所根据潮流方程计算得到的交流测有功功率、无功功率；P_si'、Q_si'表示第i个牵引变电所当前次迭代得到的交流侧有功功率、无功功率；k表示潮流计算的迭代次数；ε代表潮流计算的收敛精度；

步骤4：以城轨供电系统的成本最小与能耗最小为优化目标，利用NSGA-Ⅱ算法求得城轨供电系统中最优的混合式地面再生制动能量利用装置的配置方案。