[发明专利]一种基于伪谱与PSO算法的燃料电池有轨电车能量管理方法

权利要求书

1.一种基于伪谱与PSO算法的燃料电池有轨电车能量管理方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：建立燃料电池有轨电车的场景环境模型；

步骤2：建立燃料电池有轨电车的简易结构模型以及其动力学模型，基于燃料电池有轨电车的燃料电池功率、动力电池功率、电机功率的功率数据的最大、最小值以及动力学模型，构建动力学模型的不等式约束；

步骤3：燃料电池有轨电车借助车辆基础设施互联系统V2I获得燃料电池有轨电车与红绿灯路口之间的距离、红绿灯相位，并运用伪谱法优化燃料电池有轨电车的速度轨迹；

步骤4：基于优化的速度和燃料电池有轨电车的简易结构模型及其动力学模型，计算燃料电池有轨电车的需求功率P_req(t)以及燃料电池有轨电车的功率平衡关系；

步骤5：根据燃料电池有轨电车的需求功率，将动力电池的SOC作为状态变量，燃料电池功率作为控制变量，以有轨电车运行的总能耗最小作为优化目标函数J_e，在步骤2中的动力学模型约束的条件下，采用粒子群算法PSO对燃料电池有轨电车的需求功率进行分配，将需求功率高效合理地分配给燃料电池和动力电池，进行燃料电池有轨电车能量管理。

2.根据权利要求1所述的一种基于伪谱与PSO算法的燃料电池有轨电车能量管理方法，其特征在于：所述的步骤1中建立的燃料电池有轨电车的场景环境模型具体为：在某一城市道路上，设相邻两个有轨电车站点为A与B，A站点为始站点，B站点为终站点，A站点与B站点之间设有具有红绿灯的十字路口，红绿灯与A站点的距离为S₁，与B站点之间的距离为S₂；设燃料电池有轨电车以初始速度v₀从A站点出发，到达十字路口时，根据红绿灯的相位来确定电车是否停车，其中，红灯相位时，电车必须停车；燃料电池有轨电车在行驶过程中，燃料电池有轨电车通过车辆基础设施互联系统V2I获得红绿灯的信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于伪谱与PSO算法的燃料电池有轨电车能量管理方法，其特征在于：所述的步骤2中燃料电池有轨电车的简易结构模型的具体结构为：燃料电池通过单向DC/DC转换器与母线连接；动力电池与母线相连，并在母线上添加一个DC/AC转换器与电机连接，燃料电池和动力电池均与电机连接，共同或单独驱动电机；

燃料电池有轨电车的动力学模型表示为：

其中，F_t(t)表示燃料电池有轨电车运行过程中所需要的牵引力；P_req(t)表示根据需求牵引力和车速所求出的燃料电池有轨电车的需求功率；m表示燃料电池有轨电车的质量，g表示重力加速度；α表示道路角度；w₀表示单位基本阻力；G_d表示包含回转质量在内的燃料电池有轨电车总质量；v表示燃料电池有轨电车的车速；η_DC/AC表示DC/AC转换器的效率；η_M表示电机的效率；η_T表示系统的传动效率；根据燃料电池有轨电车的简易结构模型可知，燃料电池有轨电车的功率平衡关系为：

P_req(t)＝P_fc(t)·η_DC/DC+P_bat(t)

式中，P_fc、P_bat、η_DC/DC分别表示燃料电池功率、动力电池功率以及DC/DC转换器的效率。

4.根据权利要求3所述的一种基于伪谱与PSO算法的燃料电池有轨电车能量管理方法，其特征在于：燃料电池有轨电车动力学模型中的单位基本阻力w₀和包含回转质量在内的燃料电池有轨电车总质量G_d可分别表示为：

其中a,b,c分别为阻力参数，v表示车速，γ表示回转质量系数。