[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

说明书

本发明涉及一种基于伪谱与PSO算法的燃料电池有轨电车能量管理方法，包括以下步骤：步骤1：建立燃料电池有轨电车场景环境模型；步骤2：建立燃料电池有轨电车的简易结构模型及其动力学模型；步骤3：运用伪谱法优化燃料电池有轨电车的速度轨迹；步骤4：基于优化的速度计算燃料电池有轨电车的需求功率；步骤5：采用粒子群算法PSO优化燃料电池与动力电池的输出功率。本发明的方案面向城市中燃料电池有轨电车考虑两站点之间的红绿灯对燃料电池有轨电车运行状态的影响；优化燃料电池有轨电车在红绿灯间的速度轨迹，使燃料电池有轨电车可以不停车通过红绿灯路口，并采用粒子群算法高效合理分配燃料电池与动力电池的输出功率，实现节能驾驶。

技术领域

本发明属于城市内智慧交通技术领域，特别的涉及一种基于伪谱与PSO算法的燃料电池有轨电车能量管理方法。

背景技术

近年来，随着城市化的发展，城市人口和车辆的增长，环境问题以及交通问题愈演愈烈，这也给城市的发展带来了严峻的挑战。城市轨道交通这一解决方案，以其大载客量、绿色低碳等优点，在其他方案中脱颖而出。城市轨道交通包括地铁，轻轨以及有轨电车。有轨电车以其轻量化、编组灵活、投资成本较地铁和轻轨相比更低等优点，获得越来越多中小型城市的青睐。其中，以氢为能源的燃料电池混合动力有轨电车，以其节能、环保、高效等特点成为国内外有轨电车技术研究和应用的热点。

由于燃料电池的特性，若将燃料电池作为单独的动力来源，无法实现对功率的快速响应，这就需要额外配置一个辅助动力系统与燃料电池匹配，这样不仅能迅速响应较大的需求功率，还能回收电车制动时的能量，可以有效提高车辆的整体效率。目前国内外对于混合动力系统的能量管理的研究大多数集中在汽车领域中，而针对燃料电池有轨电车的能量管理研究则较少。现有的能量管理策略通常可分为两类，一类是基于规则的能量管理策略，一类是基于优化算法的能量管理策略。这两种能量管理策略，大部分都只是单纯的将需求功率简单的分配给两个能量源，并没有结合预测的速度进行能量管理，导致其能量管理的效果不佳。

对于混合动力的有轨电车能量管理，高度依赖速度规划，需要根据速度确定需求功率并进行功率分配。为此，本申请以燃料电池有轨电车为研究对象，借助燃料电池有轨电车与交通基础设施之间的通信，结合道路的红绿灯信息，优化有轨电车两站点之间的速度轨迹，减少电车的急变速或是怠速行为，并根据优化后的速度轨迹，结合能量管理策略，最终实现燃料电池有轨电车的节能出行，使运行的能源消耗最小。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于伪谱与PSO算法的燃料电池有轨电车能量管理方法来解决燃料电池有轨电车在与机动车共用道路与红绿灯时，使燃料电池有轨电车在两站点之间形成不需要停车就能通过红绿灯的速度轨迹，并根据该优化后的速度轨迹进行能量管理，达到燃料电池有轨电车的运行能耗最小的目标。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种基于伪谱与PSO算法的燃料电池有轨电车能量管理方法，其创新点在于：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。