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有轨电车混合动力系统能量交互型管理策略与容量配置协同优化研究

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电工技术学报 2019年第8期34卷 1780-1788页

作者：王玙杨中平李峰安星锟林飞北京交通大学电气工程学院北京100044

能量管理策略和容量配置是有轨电车混合储能动力系统设计的关键环节,其结果直接影响有轨电车的运行性能和经济效益。本文提出一种改进后带有能量交互状态的能量管理策略,根据实际车辆与线路要求,以重量最轻为优化目标进行容量配置优化,... 详细信息

能量管理策略和容量配置是有轨电车混合储能动力系统设计的关键环节,其结果直接影响有轨电车的运行性能和经济效益。本文提出一种改进后带有能量交互状态的能量管理策略,根据实际车辆与线路要求,以重量最轻为优化目标进行容量配置优化,对比说明改进策略中电池与超级电容能量交互的优越性,并在实验平台上进行验证。仿真和实验表明,改进后的能量管理策略减轻了储能系统的重量,使储能系统在极端情况下能够正常运行。

关键词：有轨电车混合储能能量管理容量配置

基于伪谱法的有轨电车混合储能系统能量管理策略的研究

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基于伪谱法的有轨电车混合储能系统能量管理策略的研究

作者：安星锟北京交通大学

学位级别：硕士

现代有轨电车环境友好、载客量大,是城轨交通的有效组成部分,其中车载储能型有轨电车由于投资成本低且不影响城市景观,得到了较为广泛的发展。但是,单一的储能元件不能很好地满足有轨电车高功率、高能耗的运行需求,由特性互补的储能元... 详细信息

现代有轨电车环境友好、载客量大,是城轨交通的有效组成部分,其中车载储能型有轨电车由于投资成本低且不影响城市景观,得到了较为广泛的发展。但是,单一的储能元件不能很好地满足有轨电车高功率、高能耗的运行需求,由特性互补的储能元件组成的混合储能系统(Hybrid energy storage system,HESS)可以通过容量配置与能量管理策略(Energy management strategy,EMS)的优化很好地匹配有轨电车的运行需求。因此混合储能系统容量配置与EMS优化的研究对有轨电车的高效节能运行十分重要。本文针对钛酸锂电池与超级电容组成的混合储能系统,从容量配置和EMS的优化问题展开研究。首先对有轨电车混合储能系统进行了建模,并对混合储能系统的边界条件进行了分析。在比较了混合储能系统不同拓扑结构优劣的基础上,选定了能耗小、重量轻的电池半主动拓扑结构。基于混合功率脉冲(Hybrid Pulse Power Characterization,HPPC)实验手册对钛酸锂电池的Rint模型与一阶模型进行了参数辨识。通过牵引计算构建了有轨电车的功率曲线,对混合储能系统的边界条件进行了分析,为后续的容量配置与能量管理策略的优化奠定了基础。其次,针对能量管理策略与容量配置相互耦合的问题,提出了基于改进型凸优化算法的容量配置求解思路。通过对原始凸优化算法的分析,提出了一种可以求取多目标非支配解集的改进型凸优化算法,并对求得的帕累托前沿进行了能量与功率的冗余性分析,以提高容量配置结果的鲁棒性。从能耗与质量的角度,对单储能系统与混合储能系统进行了比较,分析了单储能系统与混合储能系统的优劣。第三,针对全局最优结果无法转变为在线控制策略的问题,本文提出了一种应用于混合储能有轨电车的自适应多模动态比例控制策略(Dynamic proportional control method,DPC)。以系统效率为优化目标,利用伪谱法对钛酸锂电池与超级电容之间的功率分配方式进行优化,并基于得到的优化结果,将输入变量与决策变量做模态分析,从中提炼出了适用于在线的多模动态比例控制策略。进一步地,为了使得该控制策略随有轨电车实际运行状态的变化而自适应地改变,提出了一种自适应多模动态比例控制策略。通过对动态规划与伪谱法的比较,分析了不同算法的优化性能与累积误差。通过对自适应多模动态比例与最优固定比例控制策略的比较,验证本文提出的控制策略的优越性。最后,基于混合储能系统实验平台对固定比例与自适应多模动态比例控制策略进行了功能验证。通过比较固定比例与自适应多模动态比例控制策略,验证了本文提出的功率分配方法的优越性。通过对不同初始条件下自适应多模动态比例控制策略的比较分析,验证了本文提出的控制策略的自适应性。

关键词：混合储能系统锂电池能量管理策略容量配置凸优化伪谱法

基于庞特里亚金极小值原理的混合储能有轨电车能量管理策略

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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电工技术学报 2019年第S2期34卷 752-759页

作者：李峰杨中平王玙安星锟林飞北京交通大学电气工程学院

混合储能型有轨电车的能量管理策略对于列车的运行性能和经济效益等有很大影响。该文提出基于极小值原理的能量管理策略的优化方法,首先介绍混合储能型有轨电车储能系统拓扑的选择,并对储能元件的模型和参数进行选择,基于某条既有线路条... 详细信息

混合储能型有轨电车的能量管理策略对于列车的运行性能和经济效益等有很大影响。该文提出基于极小值原理的能量管理策略的优化方法,首先介绍混合储能型有轨电车储能系统拓扑的选择,并对储能元件的模型和参数进行选择,基于某条既有线路条件,利用粒子群优化算法得到合适的容量配置的结果。在此基础上建立有轨电车运行损耗成本模型,并利用庞特里亚金极值原理对混合储能系统的能量管理策略进行优化,通过Matlab/Simulink仿真模型开展仿真分析,并在90kW混合储能实验平台上进行实验验证。仿真结果表明,优化后的控制策略对比与优化前的能量管理策略经济成本可以降低8%左右,实验证明了该策略的灵活性和有效性。

关键词：混合储能系统能量管理策略容量配置庞特里亚金极值原理

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有轨电车车载混合储能系统动态比例分配策略

电工技术学报 2019年第A1期34卷 405-413页

作者：王玙杨中平林飞李峰安星锟北京交通大学电气工程学院

能量管理策略是混合储能有轨电车动力系统设计的决定性环节,其结果直接影响了有轨电车的运行性能和经济效益。本文提出基于列车运行状态的有轨电车车载混合储能系统动态比例分配策略,首先对超级电容不同初始电压范围下的混合储能系统进... 详细信息

能量管理策略是混合储能有轨电车动力系统设计的决定性环节,其结果直接影响了有轨电车的运行性能和经济效益。本文提出基于列车运行状态的有轨电车车载混合储能系统动态比例分配策略,首先对超级电容不同初始电压范围下的混合储能系统进行效率最优功率分配路径的求解,获得全局最优解后,通过对离散时间的优化获得保留动态规划效果下的动态比例分配结果,将规则复杂的功率分配策略转换为单规则,并证明混合储能系统在该策略下运行效率高,有效地降低了寿命损耗。仿真对比和实验结果验证了该策略的灵活性和有效性。

关键词：有轨电车混合储能系统能量管理动态比例

有轨电车基于工况识别的强化学习能量管理策略

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电工技术学报 2021年第19期36卷 4170-4182页

作者：莫浩楠杨中平林飞王玙安星锟北京交通大学电气工程学院北京100044

储能式混合动力有轨电车以储能系统作为唯一动力源,对能量管理策略进行优化设计,可以提高有轨电车的运行性能及经济效益。将有轨电车的需求功率看做马尔科夫过程,且为避免驾驶工况变化较大时对能量管理策略的影响,提出基于工况识别的强... 详细信息

储能式混合动力有轨电车以储能系统作为唯一动力源,对能量管理策略进行优化设计,可以提高有轨电车的运行性能及经济效益。将有轨电车的需求功率看做马尔科夫过程,且为避免驾驶工况变化较大时对能量管理策略的影响,提出基于工况识别的强化学习能量管理策略。首先,通过历史行驶数据构建有轨电车驾驶工况并得到不同工况下的马尔科夫功率状态转移矩阵;然后,以混合储能系统能耗最小为目标,通过强化学习算法得到不同工况下的功率分配策略;最后,以改进的学习向量化(LVQ)神经网络对当前的驾驶工况进行实时识别,控制系统通过当前识别的工况以及列车状态做出实时决策。以实车数据进行仿真验证,优化后的策略可以降低储能系统损耗,并且可应用于不同的驾驶工况中。以90kW混合储能平台进行实验验证,验证了该策略在实际工程应用中的可行性。

关键词：有轨电车混合储能系统工况识别强化学习能量管理策略

基于改进型凸优化算法的有轨电车混合储能系统容量配置帕累托解集

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电工技术学报 2020年第14期35卷 3116-3125页

作者：安星锟杨中平王玙林飞周宏达北京交通大学电气工程学院北京100044

容量配置影响混合储能有轨电车的运行可行性与经济效益,是设计混合储能系统的基础环节。能量管理策略(EMS)与容量配置互相耦合,互为影响,基于这一特点,该文提出一种协同优化容量配置与能量管理策略的改进型凸优化(CVX)算法,求解容量配... 详细信息

容量配置影响混合储能有轨电车的运行可行性与经济效益,是设计混合储能系统的基础环节。能量管理策略(EMS)与容量配置互相耦合,互为影响,基于这一特点,该文提出一种协同优化容量配置与能量管理策略的改进型凸优化(CVX)算法,求解容量配置的可行域,在可行域内构建一族等质量线,在每一条等质量线下寻找能耗最小的容量配置与EMS的最优组合解,获得混合储能系统质量与能耗的双目标帕累托前沿。与单储能系统相比较,混合储能系统质量轻、体积小,适合在对质量、体积要求严苛的情况下使用,在严苛的质量限制下,混合储能系统仍然是一种不可替代的解决方案。仿真结果对比表明,协同优化的EMS效率高,功率分配合理。

关键词：有轨电车混合储能系统容量配置凸优化帕累托解集