[发明专利]城市轨道交通地面式混合储能系统的容量配置方法及装置

权利要求书

1.一种城市轨道交通地面式混合储能系统的容量配置方法，所述地面式混合储能系统包括：电池和超级电容，其特征在于，包括：

根据电池和超级电容的功率密度和能量密度特性及成本，构建等效储能系统的上层优化模型，对各变电所等效储能系统的配置系数和充放电电压阈值进行优化，得到等效储能系统的总功率曲线，其中，等效储能系统为电池和超级电容在牵引供电系统中的电路模型简化后的混合储能系统；

基于所述等效储能系统的总功率曲线，将成本作为第三优化目标函数，将充放电标志位、各站电池和超级电容储能系统的配置参数、功率和能量作为决策变量，构建下层优化模型；

将下层优化模型转化为凸优化模型，得到优化决策变量，其中，所述优化决策变量包括最终的充放电标志位、各站电池和超级电容储能系统的配置参数、功率和能量。

2.根据权利要求1所述城市轨道交通地面式混合储能系统的容量配置方法，其特征在于，所述构建等效储能系统的上层优化模型，包括：

建立等效储能系统的功率源模型，其功率密度和能量密度表达式为：

其中，d_{p_d}为等效储能系统的功率密度，d_{e_d}为等效储能系统的能量密度，d_{p_b}为电池的功率密度，d_{e_b}为电池的能量密度，d_{p_sc}为超级电容的功率密度，d_{e_sc}为超级电容的能量密度，β₁和β₂为权重系数，β₁β₂，w₁和w₂为等效储能系统荷电状态的使用范围；

对功率源进行能量约束，约束表达式为：

其中，p_d.i和E_d.i分别为第i个变电所内等效储能系统的实际功率和额定容量；

运用两阶段优化架构对各个变电所的等效储能系统容量配置系数和充放电电压阈值进行优化。

3.根据权利要求2所述城市轨道交通地面式混合储能系统的容量配置方法，其特征在于，运用两阶段优化架构对各个变电所的等效储能系统容量配置系数和充放电电压阈值进行优化的过程包括：

在第一阶段，将各变电所等效储能系统的配置系数作为第一变量，各变电所等效储能系统的第一输出能耗和第一投资成本作为第一优化目标函数，利用优化算法循环迭代，直到等效储能系统的配置系数和总功率曲线收敛，得到第一优化结果；

在第二阶段，基于所述第一优化结果，将各变电所等效储能系统的充电电压阈值和放电电压阈值作为第二变量，各变电所等效储能系统的第二输出能耗作为第二优化目标函数，计算得到充电电压阈值或放电电压阈值的优化结果；

若所述充电电压阈值或放电电压阈值的优化结果未收敛，则将其输入第一阶段，循环迭代计算，直到充电电压阈值或放电电压阈值收敛，输出第二优化结果，根据第二优化结果计算得到等效储能系统的总功率曲线。

4.根据权利要求3所述城市轨道交通地面式混合储能系统的容量配置方法，其特征在于，基于所述等效储能系统的总功率曲线，得到：

全线n个变电所内等效储能系统各时刻t的功率p_h.i(t)表达式：

p_h.i(t)＝b_i(t)(p_b.i(t)/η_dd+p_sc.i(t)/η_dd)+(1-b_i(t))(p_b.i(t)η_dd+p_sc.i(t)η_dd)

其中，i＝1,2,…,n，b_i为储能系统充放电功率标志位，充电时b_i＝1，放电时b_i＝0，η_dd为DC/DC变流器效率，p_h.i大于0时储能系统充电，反之，p_h.i小于0时储能系统放电，p_b.i和p_sc.i分别为第i个变电所电池和超级电容的功率。