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基于运行模式和动态混合度的燃料电池混合动力有轨电车等效氢耗最小化能量管理方法研究

中国电机工程学报 2018年第23期38卷 6905-6914页

作者：张国瑞李奇韩莹孟翔陈维荣西南交通大学电气工程学院

清洁环保的燃料电池混合动力有轨电车近年来受到极大关注,其高效的能量管理方法对混合动力系统性能起到至关重要的作用。传统等效氢耗最小化方法的荷电状态(state of charge,SOC)平衡系数通常采用恒定值,而有轨电车在大功率峰值需求和... 详细信息

清洁环保的燃料电池混合动力有轨电车近年来受到极大关注,其高效的能量管理方法对混合动力系统性能起到至关重要的作用。传统等效氢耗最小化方法的荷电状态(state of charge,SOC)平衡系数通常采用恒定值,而有轨电车在大功率峰值需求和减速制动过程中,恒定的SOC平衡系数不能满足瞬时等效氢耗最小的指标要求,并且在未知有轨电车工况条件下最优SOC平衡系数无法确定。针对上述问题,建立基于燃料电池/锂电池的混合动力有轨电车动力系统模型,并通过分析SOC平衡系数与氢耗特性,提出一种基于运行模式和动态混合度的等效氢耗最小化能量管理控制方法。该方法通过划分有轨电车运行模式,分析不同运行模式下SOC平衡系数与瞬时氢耗的关系,在此基础上提出基于运行模式和动态混合度的等效氢耗瞬时优化方法。结合有轨电车典型工况,搭建RT-LAB实时仿真平台,开展有轨电车能量管理系统实时仿真,并与传统等效氢耗最小化方法进行对比分析。结果表明,所提出的能量管理方法能够根据有轨电车工况的实时变化而自动分配需求功率,并在不同初始SOC的情况下,满足等效氢耗量最小的性能指标要求,提高整车燃料经济性。

关键词：燃料电池混合动力有轨电车等效氢耗最小运行模式动态混合度 RT-LAB

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有轨电车燃料电池混合动力系统优化匹配设计

有轨电车燃料电池混合动力系统优化匹配设计

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作者：周思宇西南交通大学

学位级别：硕士

随着经济的发展,城市体量不断扩大,拥堵的交通和糟糕的空气质量已经成为困扰每个大中城市发展的难题,同时也与人民日益增长的美好生活需求背道而驰。为了方便居民的出行,同时降低环境污染,许多城市都在大力发展地铁、轻轨、有轨电车、... 详细信息

随着经济的发展,城市体量不断扩大,拥堵的交通和糟糕的空气质量已经成为困扰每个大中城市发展的难题,同时也与人民日益增长的美好生活需求背道而驰。为了方便居民的出行,同时降低环境污染,许多城市都在大力发展地铁、轻轨、有轨电车、磁悬浮列车等城市公共交通。发展城市轨道交通,以及新能源应用,是解决城市拥堵和空气污染的一种有效途径,因此,基于新能源的城市轨道交通已成为国家重点发展方向。燃料电池混合动力有轨电车作为缓解城市交通拥堵和空气污染的有效途径之一,受到的关注与日俱增。燃料电池混合动力系统作为燃料电池混合动力有轨电车的核心组成部分,其研究具有重要意义,但目前仍缺乏其有效匹配设计方法,严重影响轨道交通动力系统性能、效率和经济性。本文主要研究了有轨电车燃料电池混合动力系统优化匹配设计,主要工作内容如下:基于燃料电池、蓄电池、超级电容三种动力源联合驱动模式的拓扑结构,建立了燃料电池混合动力系统仿真模型,建立了机车动力学模型,结合线路数据、车辆设计参数及动力性能指标,采用相向会面的方法计算极限加速度下有轨电车全线路动态循环工况。提出了计及全寿命周期成本的有轨电车燃料电池混合动力系统优化配置方法。建立了以燃料电池混合动力系统体积/重量最小、全寿命周期成本最低为目标,同时考虑车辆动力性需求、全线全工况下实时电力电量平衡、母线电压匹配、燃料电池出力、储能充放电及其SOC限制等约束条件的多目标多约束优化配置模型。在考虑系统更换成本时,利用雨流计数法计算蓄电池等效循环寿命。采用枚举法获取Pareto前沿,利用模糊隶属度计算出折中解方案作为推荐系统配置方案。最后,本文以一条实际线路为例,根据实际线路数据和车辆设计参数计算动态循环工况,并利用所建立的混合动力系统优化匹配模型给出推荐配置方案,在仿真模型中进行了仿真验证,证明了配置的燃料电池混合动力系统可以满足工况需求和设计参数指标,能有效提高全寿命周期经济性,对燃料电池混合动力有轨电车设计与运行具有重要参考价值。

关键词：燃料电池混合动力有轨电车全寿命周期成本系统配置多目标优化

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燃料电池混合动力系统参数匹配与多目标优化

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西南交通大学学报 2019年第5期54卷 1079-1086页

作者：李奇孟翔陈维荣张国瑞西南交通大学电气工程学院四川成都611756 国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心四川成都611756

在满足机车动力性能需求的条件下,运用参数匹配方法对燃料电池系统的重量、体积指标进行了优化.首先,搭建了机车动力学模型,针对列车运行的加速启动、匀速爬坡、最大时速运行3种关键工况,分别得到3个需求功率峰值;其次,基于传统方法,以... 详细信息

在满足机车动力性能需求的条件下,运用参数匹配方法对燃料电池系统的重量、体积指标进行了优化.首先,搭建了机车动力学模型,针对列车运行的加速启动、匀速爬坡、最大时速运行3种关键工况,分别得到3个需求功率峰值;其次,基于传统方法,以最大需求功率峰值为目标,分析了超级电容-动力电池配比;然后,在传统方法基础上,采用改进粒子群算法(improved particle swarm optimization,IPSO),进行了基于系统重量和体积的多目标优化参数匹配计算,得到了最优解;最后,对传统方法和多目标优化方法进行了对比分析.研究结果表明:两种方法均能满足列车动力需求;采用多目标优化方法,为同型燃料电池混合动力有轨电车配置2套150 kW燃料电池,124个超级电容(48 V,165 F)和337个动力电池(3.7 V,9 A h).车辆经32.24 s加速可达时速70 km/h,最大爬坡能力为85.5‰,持续爬坡能力为732.5 m;相比较传统方法,重量和体积优化率分别达到83.075%和86.696%.

关键词：燃料电池混合动力有轨电车混合动力系统参数匹配多目标优化改进粒子群算法

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