车载光伏储能系统样车研制与能量管理策略研究

作     者：薛聪聪 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：戴朝华

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：铁路节能技术 电气化铁路 光伏发电 样车 最大功率追踪 自适应算法 模糊逻辑控制 净现值 

摘      要：铁路的快速发展伴随着惊人的能耗,而牵引能耗在铁路总能耗中的占比超过70%。为降低能耗,近年来铁路部门发布多项政策促进可再生能源在牵引系统中的应用。太阳能以其分布广泛、无噪音、无污染等优点完美契合铁路部门应用要求。考虑到我国牵引列车数量多且可利用空间广阔的特点,本文针对光伏在车辆上的应用做如下方面的研究:(1)调研我国铁路节能技术应用现状、太阳能资源储量情况和光伏产业发展现状;针对实际应用场景选择适用于列车车载光伏发电系统的组件类型,并制定相应的安装方案、接入方案及能量消纳方案;参照所提安装及接入方案,搭建车载光伏发电系统样车,并配置相应的数据采集系统和控制系统,为后文中分析光伏发电系统发电量和验证能量管理算法提供实验平台;(2)介绍光伏发电系统的原理及输出特性,针对车载光伏发电系统安装及应用的特殊性,修正光伏发电系统发电量预测模型,计算寿命周期内光伏发电系统的发电量;将上述计算方法代入至光伏样车中与实际情况对比,并给出结果分析;(3)针对车载光伏发电系统接入24V母线的方案,以储能充放电功率、SOC、光伏发电系统的能量消纳率以及负荷负载率为限制条件,计算储能最佳安装容量,以校验原有车载储能发电系统的匹配性;(4)光伏发电系统的接入改变了车辆原有的供电结构,需制定相应的能量管理策略。针对车载光伏发电系统光照条件变化迅速、阴影条件多样等特点,提出适用于车载光伏发电系统的全局最大功率追踪(GMPPT)控制策略,并以仿真和实物与常规算法相对比,验证所提算法的可行性;以电池SOC和光伏输出功率为状态变量,以蓄电池输出功率为控制变量,搭建模糊逻辑控制策略并仿真分析其性能,结果表明,此策略可在保证列车安全运行的前提下,最大限度提升光伏发电系统的能量消纳率;(5)针对车载光伏发电系统,建立虑及成本、收益、净现值和系统效率等因素的经济学模型,计算车载光伏发电系统的收益率,并给出各类参数调整对系统收益率的影响,其结果对本课题的实际推广具有一定借鉴意义。