[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

说明书

本发明提供了一种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，该方法包括：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；基于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。本发明中优化模型结合牵引供电系统仿真平台进行联合优化，简化了优化模型的复杂程度，提高了优化算法效率和求解精度。

技术领域

本发明涉及城市轨道交通技术领域，具体涉及一种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。

背景技术

目前，对于地面式混合储能系统优化配置的研究都是针对单一储能系统，主要通过智能优化算法进行寻优求解来确定系统容量，暂时还没有针对地面式混合储能系统优化配置的研究。地面式混合储能系统优化配置问题涉及到多站多储能系统与牵引供电系统仿真平台联合求解，是一个复杂的时变非线性优化求解问题，储能系统容量配置与能量管理策略、列车运行工况、牵引网和变电所输出特性共同影响着牵引供电系统中再生制动能量的传输与利用。为了综合考虑安装地面式混合储能系统所带来的节能效果和投资成本之间的平衡关系，储能系统的容量配置应依据线路条件、列车运行工况、发车密度、能量管理策略等因素所决定的负载情况来灵活配置。

不同发车间隔造成馈网再生制动能量的差异，从而影响了储能系统的容量配置结果；并且各变电所空载电压之间的差异也会造成其可回收再生制动能量的差异。因此需要考虑发车间隔和各变电所空载电压不同的特征，对地面式混合储能系统容量配置和充/放电电压阈值进行联合优化。由于系统参数优化模型需要对电池、超级电容配置参数和能量管理参数进行优化，涉及到的决策变量非常多，直接对所有参数优化会带来陷入局部最优、计算代价大等问题；并且为了考虑上述“源-网-荷-储”之间能量传递对节能性能的影响，优化模型需要结合牵引供电系统仿真平台进行联合优化，模型的复杂程度导致优化算法效率低，求解精度差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种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，解决地面式混合储能系统的容量配置模型的复杂程度高，导致优化算法效率低，求解精度差的问题。

第一方面，本发明提供了一种城市轨道交通地面式混合储能系统的容量配置方法，所述方法包括：

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。

本发明提供的城市轨道交通地面式混合储能系统的容量配置方法，优化模型结合牵引供电系统仿真平台进行联合优化，简化了优化模型的复杂程度，提高了优化算法效率和求解精度。

可选地，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：