CN112467739B - 混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法 - Google Patents

混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112467739B
CN112467739B CN202011479800.8A CN202011479800A CN112467739B CN 112467739 B CN112467739 B CN 112467739B CN 202011479800 A CN202011479800 A CN 202011479800A CN 112467739 B CN112467739 B CN 112467739B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power supply
regenerative braking
traction
supply system
energy utilization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011479800.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112467739A (zh
Inventor
余家华
潘卫国
曾立勇
吴鹤翔
郭小敏
王俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tonghao Changsha Rail Traffic Control Technology Co ltd
Original Assignee
Tonghao Changsha Rail Traffic Control Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tonghao Changsha Rail Traffic Control Technology Co ltd filed Critical Tonghao Changsha Rail Traffic Control Technology Co ltd
Priority to CN202011479800.8A priority Critical patent/CN112467739B/zh
Publication of CN112467739A publication Critical patent/CN112467739A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112467739B publication Critical patent/CN112467739B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/007—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources
    • H02J3/0075—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources for providing alternative feeding paths between load and source according to economic or energy efficiency considerations, e.g. economic dispatch
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M3/00—Feeding power to supply lines in contact with collector on vehicles; Arrangements for consuming regenerative power
    • B60M3/06—Arrangements for consuming regenerative power
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/004—Artificial life, i.e. computing arrangements simulating life
    • G06N3/006—Artificial life, i.e. computing arrangements simulating life based on simulated virtual individual or collective life forms, e.g. social simulations or particle swarm optimisation [PSO]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/12—Computing arrangements based on biological models using genetic models
    • G06N3/126—Evolutionary algorithms, e.g. genetic algorithms or genetic programming
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/10—Power transmission or distribution systems management focussing at grid-level, e.g. load flow analysis, node profile computation, meshed network optimisation, active network management or spinning reserve management
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance

Abstract

本发明公开了一种混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法，具体为：针对城轨供电系统，同时配置逆变回馈装置与储能装置，计算不同配置方案下城轨供电系统再生制动能量利用装置的成本与系统能耗；利用优化算法求得系统中再生制动能量利用装置成本与系统能耗最小的配置方案。本发明所提方法考虑了城轨供电系统中逆变回馈装置与储能装置在实际应用时各自的优缺点，结合各装置优点，在线路中同时配置两种装置，减少供电系统中装置的成本与系统的能耗，改善系统的节能效果，为城轨供电系统中混合式地面再生制动能量利用装置的配置提供参考。

Description

混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法
技术领域
本发明属于城市轨道牵引供电系统领域，具体涉及一种混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法。
背景技术
随着经济的快速发展，我国城市化建设的规模日益扩大，城市轨道交通正处于快速发展阶段。城市轨道交通发车密度大、站间距较短，列车因频繁启动、制动而产生大量的制动能量。目前，城市轨道交通内的电力机车均具有再生制动功能。大力发展城市轨道牵引供电系统节能问题的研究并采取相关措施可以有效减少城市用电量，从而实现节能减排，具有经济、社会效益。
国内外学者提出了包括储能型和逆变回馈型在内的地面再生制动能量利用装置，并在实际城市轨道交通牵引供电系统中进行了应用。目前，人们对线路中再生制动能量利用装置的研究大多着眼于其中一种特定的装置。由于两种地面再生制动能量利用装置的特点不同，如果能有效协同储能型与逆变回馈型再生制动能量利用装置，在线路沿线合理设置，不但可以解决剩余过多再生制动能量的问题，而且可以产生良好的经济效益。因此，研究如何通过混合式地面再生制动能量利用装置吸收利用列车的再生制动能量、稳定牵引网压、节约能源从而保障城市轨道交通的安全、节能地运营是十分有必要的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法。
本发明的混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法，包括以下步骤：
步骤1：对含混合式地面再生制动能量利用装置的城轨供电系统系统建模。
步骤2：对城轨供电系统中混合式地面再生制动能量利用装置进行配置，建立直流侧节点电导矩阵与交流侧导纳矩阵。模拟实际列车运行工况进行牵引计算，并进行城轨供电计算。
步骤3：根据潮流计算校核该配置方案是否满足各项约束条件，并计算该配置下城轨供电系统中混合式地面再生制动能量利用装置的投资成本与系统能耗。
步骤4：以城轨供电系统的成本最小与能耗最小为优化目标，利用NSGA-Ⅱ算法求得城轨供电系统中最优的混合式地面再生制动能量利用装置的配置方案。
步骤1具体为：对城轨牵引供电系统的直流侧与交流侧中压网络进行建模，考虑牵引变电所、牵引网以及列车等部分；牵引变电所采用24脉波整流机组，利用戴维南等效电路将其建模为理想电压源串联电阻的形式；列车采用功率源进行建模，牵引时其值为正，制动为负；牵引网包括馈线、上下行接触网和上下行钢轨，为简化直流侧节点电导矩阵，将其建模为“接触网-钢轨-地”的三层模型。
步骤2具体为：
(1)输入相关仿真参数，根据行车计划，由牵引计算得到列车的位置-时间关系、取流-时间关系信息。
(2)根据城市轨道交直流供电系统的拓扑结构建立直流侧电导矩阵G，交流侧导纳矩阵Y，并设置潮流计算的迭代次数k、收敛精度ε；设置地面再生制动能量利用装置相关参数；直流侧节点包括牵引变电所直流侧节点与列车节点，牵引变电所有整流机组整流、储能装置充电、储能装置放电、逆变回馈装置工作以及装置均关断五种工作状态；列车的初始电流由第(1)步中的牵引计算得到；交流侧节点包括中心变电所、降压所和牵引变电所交流侧节点。
(3)初始化各牵引变电所的状态为整流状态，初始化直流侧与交流侧参数。
(4)根据牵引变电所状态更新直流侧电压Ud、电流Id参数。
(5)根据G、Ud、Id进行直流侧潮流计算，直至直流侧电压收敛。
(6)更新牵引变电所状态，若状态不合理，转至步骤(5)，否则继续。
(7)根据Y及直流侧的收敛结果进行交流侧潮流计算，直至交流侧电压收敛。
(8)判断是否达到设置的仿真时间，若未达到，转至步骤(4)，否则仿真计算结束。
步骤3具体为：
以降低系统中再生制动能量利用装置成本和系统能耗为目标，优化目标函数为：
Figure BDA0002837968660000021
式中，f(x)为优化目标，f1(x)为系统中再生制动能量利用装置的成本，f2(x)为系统全日能耗，x为优化变量，Ω为可行域。
x＝[S1,S2,…,SM,A1,A2,…,AM,B1,B2,…,BM] (2)
式中，Si为第i座牵引变电所中地面再生制动能量利用装置的安装容量MVA，其取值为等差的离散变量，即Si＝[0,0.5,1,…]，Si＝0代表该牵引变电所不安装再生制动能量利用装置；Ai、Bi分别代表第i个牵引变电所中逆变回馈装置与储能装置的配置变量。
Figure BDA0002837968660000022
每个牵引变电所不安装或仅安装一种再生制动能量利用装置，故对牵引变电所中的装置数量进行如下约束：
Figure BDA0002837968660000031
式中，M为线路中牵引变电所的数量。
系统中再生制动能量利用装置成本f1为：
Figure BDA0002837968660000032
式中，CEFS、CESS分别为逆变回馈装置、储能装置的成本；CEFS,i(Si)、CESS,i(Si)分别为第i个牵引变电所中逆变回馈装置与储能装置的成本，其大小受Si影响；其中，再生制动能量利用装置成本f1的计算方式为：
C＝C0+P×Si (6)
式中，C0为基本元件成本，P是装置每MVA的元件成本；逆变回馈装置与储能装置成本的计算方式相同，但C0与P的取值不同。
系统全日能耗f2为：
Figure BDA0002837968660000033
式中，P(t)为地铁主变电所在时刻t从电力系统获取的有功功率总和；Pj(t)为第j个主变电所在时刻t从电力系统获取的有功功率；N为主变电所数量；Td为列车每日的持续运营时间。
地面再生制动能量利用装置的工作特性约束包括逆变回馈装置的工作电流、工作电压约束、逆变回馈装置启动电压的取值范围约束、储能装置的工作电流约束以及储能装置的荷电状态约束，约束条件如下所示：
Figure BDA0002837968660000034
式中，IdEFS,i、UdEFS,i、UEFS,i、IdESS,i、SOCESS,i分别代表第i个牵引变电所中逆变回馈装置的直流侧电流、直流侧电压、启动电压、储能装置的直流侧电流、荷电状态；Imax、Umax、IESS,max分别代表逆变回馈装置的最大允许工作电流、最大允许工作电压，储能装置的最大允许工作电流；UEFS,min、UEFS,max分别代表逆变回馈装置启动电压的下限值、上限值；SOCESS,min、SOCEES,max分别为储能装置允许的最小、最大SOC。
为保证供电系统安全可靠平稳地运行和潮流计算结果的有效性，直流牵引网压及钢轨电位应满足相应的约束条件，潮流计算结果应满足收敛条件，故有
Figure BDA0002837968660000041
式中，Ud代表直流侧牵引网电压；Ud,min、Ud,max分别代表直流牵引网电压波动的下限值、上限值；Ur代表钢轨电位；Psi、Qsi、Psi’、Qsi’分别代表第i个牵引变电所根据潮流方程计算与该次迭代中交流侧的有功功率、无功功率；k为潮流计算的迭代次数；ε代表潮流计算的收敛精度。
步骤4具体为：
(1)输入NSGA-Ⅱ算法的种群数量Z、最大迭代次数G、交叉概率以及变异概率等参数，输入IEFS,max、UEFS,max、IESS,max、Umin、Umax、SOCmin、SOCmax城市轨道牵引供电系统的地面再生制动能量利用装置的装置约束条件，输入Ud,min、Ud,max城市轨道牵引供电系统的运行约束条件。
(2)遍历供电系统线路的M个牵引变电所，初始化混合式地面再生制动能量利用装置的配置方案的父代种群，包括装置的安装容量与配置变量Z组，计算目标函数f1；进行城轨供电计算，根据仿真结果计算目标函数f2。
(3)根据个体之间的支配关系对Z组种群进行快速非支配排序，经过选择、交叉、变异生成第一代子种群，计算目标函数f1；进行城轨供电计算，根据仿真结果计算目标函数f2。
(4)得到父、子代种群，经过快速非支配排序以及种群个体拥挤度的计算，选取合适个体进入下一代，得到新父代种群。
(5)判断迭代次数是否达到G，若没有，转到步骤(4)，否则继续。
(6)求解结束，输出最优解集。
本发明与现有技术相比的有益技术效果为：
1)本发明所提方法考虑了城轨供电系统中逆变回馈装置与储能装置在实际应用时各自的优缺点，结合各装置优点，在线路中同时配置两种装置，减少供电系统中装置的成本与系统的能耗，改善系统的节能效果，为城轨供电系统中混合式地面再生制动能量利用装置的配置提供参考。
2)利用本发明建立的城轨供电算法及优化模型，可以求解城轨供电系统中不同再生制动能量利用装置配置方案下的系统能耗，为城轨供电系统的实施提供理论支持。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
图2为本发明所述城轨供电计算算法流程。
图3为本发明所述城轨供电系统配置方法优化求解流程。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法流程图如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：对含混合式地面再生制动能量利用装置的城轨供电系统系统建模。
对城市轨道牵引供电系统的直流侧与交流侧中压网络进行建模，主要考虑牵引变电所、牵引网以及列车等部分。
牵引变电所采用24脉波整流机组，利用戴维南等效电路将其建模为理想电压源串联电阻的形式。此外，牵引变电所中还装有地面再生制动能量利用装置。当牵引变电所中安装地面式储能装置时，储能装置有关断、充电和放电三种状态。其中，充电与放电过程分别存在恒压与恒功率两种工作状态：牵引网压未达到储能装置充放电阈值时，装置关断；当线路中有列车制动时，制动能量抬升牵引网压，当牵引网电压高于充电阈值时，储能装置进入恒压充电模式，并维持牵引网压与充电阈值相等，充电电流不断变化从而维持牵引网压的稳定，故此时可将储能装置等效为恒电压源。随着列车再生制动能量的增加，储能装置的充电电流不断增大，充电功率随之增加，当功率达到其额定功率时，储能装置进入恒功率充电模式，此时储能装置以额定功率工作，故此时储能装置等效为恒功率源。储能装置放电过程的模型与充电模型类似，同样分别等效为电压源与功率源。
当牵引变电所中安装逆变回馈装置时，逆变回馈装置有关断和工作两种状态，其工作过程分为恒压与恒功率两种状态：牵引网压未达到逆变回馈装置启动电压时，装置关断；当电力机车制动造成牵引网电压升高并达到装置启动电压时，逆变回馈装置进入恒压运行状态，吸收直流侧剩余再生制动能量并稳定牵引网网压，电流发生变化，故此时的逆变回馈装置可等效为恒电压源；当再生制动能量持续增多，装置运行功率达到其额定功率，逆变回馈装置进入恒功率运行状态，此工作状态下的逆变回馈装置等效为恒功率源。
列车采用功率源进行建模，牵引时其值为正，制动为负。供电计算的过程中，列车每秒功率恒定，列车取流大小根据当前时刻的牵引网电压求得。
牵引网包括馈线、上下行接触网、上下行钢轨等，为简化直流侧节点电导矩阵，将其建模为“接触网-钢轨-地”的三层模型。
步骤2：对城轨供电系统中混合式地面再生制动能量利用装置进行配置，建立直流侧节点电导矩阵与交流侧导纳矩阵，模拟实际列车运行工况进行牵引计算，并进行城轨供电计算。参照图2所示，具体为：
(1)输入相关仿真参数，根据行车计划，由牵引计算得到列车的位置-时间关系、取流-时间关系信息。
(2)根据城市轨道交直流供电系统的拓扑结构建立直流侧电导矩阵G，交流侧导纳矩阵Y，并设置潮流计算的迭代次数k、收敛精度ε等；设置地面再生制动能量利用装置相关参数；直流侧节点包括牵引变电所直流侧节点与列车节点，牵引变电所有整流机组整流、储能装置充电、储能装置放电、逆变回馈装置工作以及装置均关断五种工作状态；列车的初始电流由第(1)步中的牵引计算得到；交流侧节点包括中心变电所、降压所和牵引变电所交流侧节点；。
(3)初始化各牵引变电所的状态为整流状态，初始化直流侧与交流侧参数。
(4)根据牵引变电所状态更新直流侧电压Ud、电流Id参数。
(5)根据G、Ud、Id进行直流侧潮流计算，直至直流侧电压收敛。
(6)更新牵引变电所状态，若状态不合理，转至步骤(5)，否则继续。
(7)根据Y及直流侧的收敛结果进行交流侧潮流计算，直至交流侧电压收敛。
(8)判断是否达到设置的仿真时间，若未达到，转至步骤(4)，否则仿真计算结束。
步骤3：根据潮流计算校核该配置方案是否满足各项约束条件，并计算该配置下城轨供电系统中混合式地面再生制动能量利用装置的投资成本与系统能耗。
以降低系统中再生制动能量利用装置成本和系统能耗为目标，优化目标函数为：
Figure BDA0002837968660000061
式中，f(x)为优化目标，f1(x)为系统中再生制动能量利用装置的成本，f2(x)为系统全日能耗，x为优化变量，Ω为可行域。
x＝[S1,S2,…,SM,A1,A2,…,AM,B1,B2,…,BM] (11)
式中，Si为第i座牵引变电所中地面再生制动能量利用装置的安装容量MVA，其取值为等差的离散变量，即Si＝[0,0.5,1,...]，Si＝0代表该牵引变电所不安装再生制动能量利用装置；Ai、Bi分别代表第i个牵引变电所中逆变回馈装置与储能装置的配置变量。
Figure BDA0002837968660000071
每个牵引变电所不安装或仅安装一种再生制动能量利用装置，故对牵引变电所中的装置数量进行如下约束：
Figure BDA0002837968660000072
式中，M为线路中牵引变电所的数量。
系统中再生制动能量利用装置成本f1为：
Figure BDA0002837968660000073
式中，CEFS、CESS分别为逆变回馈装置、储能装置的成本；CEFS,i(Si)、CESS,i(Si)分别为第i个牵引变电所中逆变回馈装置与储能装置的成本，其大小受Si影响；其中，再生制动能量利用装置成本f1的计算方式为：
C＝C0+P×Si (15)
式中，C0为基本元件成本，P是装置每MVA的元件成本；逆变回馈装置与储能装置成本的计算方式相同，但C0与P取值不同。
系统全日能耗f2为：
Figure BDA0002837968660000074
式中，P(t)为地铁主变电所在时刻t从电力系统获取的有功功率总和；Pj(t)为第j个主变电所在时刻t从电力系统获取的有功功率；N为主变电所数量；Td为列车每日的持续运营时间。
地面再生制动能量利用装置的工作特性约束包括逆变回馈装置的工作电流、工作电压约束、逆变回馈装置启动电压的取值范围约束、储能装置的工作电流约束以及储能装置的荷电状态约束，约束条件如下所示：
Figure BDA0002837968660000075
式中，IdEFS,i、UdEFS,i、UEFS,i、IdESS,i、SOCESS,i分别代表第i个牵引变电所中逆变回馈装置的直流侧电流、直流侧电压、启动电压、储能装置的直流侧电流、荷电状态；Imax、Umax、IESS,max分别代表逆变回馈装置的最大允许工作电流、最大允许工作电压，储能装置的最大允许工作电流；UEFS,min、UEFS,max分别代表逆变回馈装置启动电压的下限值、上限值；SOCESS,min、SOCEES,max分别为储能装置允许的最小、最大SOC。
为保证供电系统安全可靠平稳地运行和潮流计算结果的有效性，直流牵引网压及钢轨电位应满足相应的约束条件，潮流计算结果应满足收敛条件，故有
Figure BDA0002837968660000081
式中，Ud代表直流侧牵引网电压；Ud,min、Ud,max分别代表直流牵引网电压波动的下限值、上限值；Ur代表钢轨电位；Psi、Qsi、Psi’、Qsi’分别代表第i个牵引变电所根据潮流方程计算与该次迭代中交流侧的有功功率、无功功率；k为潮流计算的迭代次数；ε代表潮流计算的收敛精度。
步骤4：以城轨供电系统的成本最小与能耗最小为优化目标，利用NSGA-Ⅱ算法求得城轨供电系统中最优的混合式地面再生制动能量利用装置的配置方案。求解流程参见图3，具体为：
(1)输入NSGA-Ⅱ算法的种群数量Z、最大迭代次数G、交叉概率以及变异概率等参数，输入IEFS,max、UEFS,max、IESS,max、Umin、Umax、SOCmin、SOCmax等城市轨道牵引供电系统的地面再生制动能量利用装置的装置约束条件，输入Ud,min、Ud,max等城市轨道牵引供电系统的运行约束条件。
(2)遍历供电系统线路的M个牵引变电所，初始化混合式地面再生制动能量利用装置的配置方案的父代种群，包括装置的安装容量与配置变量(Z组)，计算目标函数f1。进行城轨供电计算，根据仿真结果计算目标函数f2。
(3)根据个体之间的支配关系对Z组种群进行快速非支配排序，经过选择、交叉、变异生成第一代子种群(Z组)，计算目标函数f1。进行城轨供电计算，根据仿真结果计算目标函数f2。
(4)得到父、子代种群(2Z组)，经过快速非支配排序以及种群个体拥挤度的计算，选取合适个体进入下一代(Z组)，得到新父代种群。
(5)判断迭代次数是否达到G，若没有，转到步骤(4)，否则继续。
(6)求解结束，输出最优解集。

Claims (4)

1.混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对含混合式地面再生制动能量利用装置的城轨供电系统建模；
步骤2：对城轨供电系统中混合式地面再生制动能量利用装置进行配置，建立直流侧节点电导矩阵与交流侧导纳矩阵，模拟实际列车运行工况进行牵引计算，并进行城轨供电计算；
步骤3：根据潮流计算校核配置方案是否满足各项约束条件，并计算该配置下城轨供电系统中混合式地面再生制动能量利用装置的投资成本与系统能耗；
以降低系统中再生制动能量利用装置成本和系统能耗为目标，优化目标函数为：
Figure FDA0003699657850000011
式中，f(x)为优化目标，f1(x)为系统中再生制动能量利用装置的成本，f2(x)为系统全日能耗，x为优化变量，Ω为可行域；
x＝[S1,S2,…,SM,A1,A2,…,AM,B1,B2,…,BM] (2)
式中，Si为第i座牵引变电所中地面再生制动能量利用装置的安装容量MVA，其取值为等差的离散变量，即Si＝[0,0.5,1,...]，Si＝0代表该牵引变电所不安装再生制动能量利用装置；Ai、Bi分别代表第i个牵引变电所中逆变回馈装置与储能装置的配置变量：
Figure FDA0003699657850000012
每个牵引变电所不安装或仅安装一种再生制动能量利用装置，故对牵引变电所中的装置数量进行如下约束：
Figure FDA0003699657850000013
式中，M为线路中牵引变电所的数量；
系统中再生制动能量利用装置成本f1为：
Figure FDA0003699657850000014
式中，CEFS、CESS分别为逆变回馈装置、储能装置的成本；CEFS,i(Si)、CESS,i(Si)分别为第i个牵引变电所中逆变回馈装置与储能装置的成本，其大小取决于Si；其中，再生制动能量利用装置成本f1的计算方式为：
C＝C0+P×Si (6)
式中，C0为基本元件成本，P是装置每MVA的元件成本；逆变回馈装置与储能装置成本的计算方式相同，但C0与P的取值不同；
系统全日能耗f2为：
Figure FDA0003699657850000021
式中，P(t)为地铁主变电所在时刻t从电力系统获取的有功功率总和；Pj(t)为第j个主变电所在时刻t从电力系统获取的有功功率；N为主变电所数量；Td为列车每日的持续运营时间；
地面再生制动能量利用装置的工作特性约束包括逆变回馈装置的工作电流、工作电压约束、逆变回馈装置启动电压的取值范围约束、储能装置的工作电流约束以及储能装置的荷电状态约束，约束条件如下：
Figure FDA0003699657850000022
式中，IdEFS,i、UdEFS,i、UEFS,i、IdESS,i、SOCESS,i分别代表第i个牵引变电所中逆变回馈装置的直流侧电流、直流侧电压、启动电压、储能装置的直流侧电流、荷电状态；Imax、Umax、IESS,max分别代表逆变回馈装置的最大允许工作电流、最大允许工作电压，储能装置的最大允许工作电流；UEFS,min、UEFS,max分别代表逆变回馈装置启动电压的下限值、上限值；SOCESS,min、SOCEES,max分别为储能装置允许的最小、最大SOC；
为保证供电系统安全可靠平稳地运行和潮流计算结果的有效性，直流牵引网压及钢轨电位应满足相应的约束条件，潮流计算结果应满足收敛条件，故有
Figure FDA0003699657850000023
式中，Ud代表直流侧牵引网电压；Ud,min、Ud,max分别代表直流牵引网电压波动的下限值、上限值；Ur代表钢轨电位；Psi、Qsi表示第i个牵引变电所根据潮流方程计算得到的交流测有功功率、无功功率；Psi'、Qsi'表示第i个牵引变电所当前次迭代得到的交流侧有功功率、无功功率；k表示潮流计算的迭代次数；ε代表潮流计算的收敛精度；
步骤4：以城轨供电系统的成本最小与能耗最小为优化目标，利用NSGA-Ⅱ算法求得城轨供电系统中最优的混合式地面再生制动能量利用装置的配置方案。
2.根据权利要求1所述的混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法，其特征在于，所述步骤1具体为：对城轨牵引供电系统的直流侧与交流侧中压网络进行建模，考虑牵引变电所、牵引网以及列车等部分；牵引变电所采用24脉波整流机组，利用戴维南等效电路将其建模为理想电压源串联电阻的形式；列车采用功率源进行建模，牵引时其值为正，制动为负；牵引网包括馈线、上下行接触网和上下行钢轨，为简化直流侧节点电导矩阵，将其建模为“接触网-钢轨-地”的三层模型。
3.根据权利要求1所述的混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
(1)输入相关仿真参数，根据行车计划，由牵引计算得到列车的位置-时间关系、取流-时间关系信息；
(2)根据城市轨道交直流供电系统的拓扑结构建立直流侧电导矩阵G，交流侧导纳矩阵Y，并设置潮流计算的迭代次数k、收敛精度ε；设置地面再生制动能量利用装置相关参数；直流侧节点包括牵引变电所直流侧节点与列车节点，牵引变电所有整流机组整流、储能装置充电、储能装置放电、逆变回馈装置工作以及装置均关断五种工作状态；列车的初始电流由第(1)步中的牵引计算得到；交流侧节点包括中心变电所、降压所和牵引变电所交流侧节点；
(3)初始化各牵引变电所的状态为整流状态，初始化直流侧与交流侧参数；
(4)根据牵引变电所状态更新直流侧电压Ud、电流Id参数；
(5)根据G、Ud、Id进行直流侧潮流计算，直至直流侧电压收敛；
(6)更新牵引变电所状态，若状态不合理，转至步骤(5)，否则继续；
(7)根据Y及直流侧的收敛结果进行交流侧潮流计算，直至交流侧电压收敛；
(8)判断是否达到设置的仿真时间，若未达到，转至步骤(4)，否则仿真计算结束。
4.根据权利要求1所述的混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
(1)输入NSGA-Ⅱ算法的种群数量Z、最大迭代次数g、交叉概率以及变异概率等参数，输入IEFS,max、UEFS,max、IESS,max、Umin、Umax、SOCmin、SOCmax城市轨道牵引供电系统的地面再生制动能量利用装置的装置约束条件，输入Ud,min、Ud,max城市轨道牵引供电系统的运行约束条件；
(2)遍历供电系统线路的M个牵引变电所，初始化混合式地面再生制动能量利用装置的配置方案的父代种群，包括装置的安装容量与配置变量Z组，计算目标函数f1；进行城轨供电计算，根据仿真结果计算目标函数f2；
(3)根据个体之间的支配关系对Z组种群进行快速非支配排序，经过选择、交叉、变异生成第一代子种群，计算目标函数f1；进行城轨供电计算，根据仿真结果计算目标函数f2；
(4)得到父、子代种群，经过快速非支配排序以及种群个体拥挤度的计算，选取合适个体进入下一代，得到新父代种群；
(5)判断迭代次数是否达到g，若没有，转到步骤(4)，否则继续；
(6)求解结束，输出最优解集。
CN202011479800.8A 2020-12-15 2020-12-15 混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法 Active CN112467739B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011479800.8A CN112467739B (zh) 2020-12-15 2020-12-15 混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011479800.8A CN112467739B (zh) 2020-12-15 2020-12-15 混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112467739A CN112467739A (zh) 2021-03-09
CN112467739B true CN112467739B (zh) 2022-08-19

Family

ID=74804334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011479800.8A Active CN112467739B (zh) 2020-12-15 2020-12-15 混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112467739B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113381429B (zh) * 2021-06-04 2022-05-20 西南交通大学 一种轨道交通柔性供电装置及协调控制方法
CN113987930B (zh) * 2021-10-25 2022-05-17 南京理工大学 一种城轨再生制动能量逆变回馈系统的优化方法
CN115425673B (zh) * 2022-11-07 2023-02-17 清华大学 柔性直流牵引供电及其回流系统综合高效潮流计算方法
CN115622111B (zh) * 2022-11-07 2023-05-16 清华大学 柔性直流牵引供电系统的最优潮流计算方法及装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102267405A (zh) * 2011-05-09 2011-12-07 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 一种能馈型牵引供电装置及其控制方法
JP2017147829A (ja) * 2016-02-16 2017-08-24 本田技研工業株式会社 電力供給システム及び輸送機器、並びに、電力伝送システムの制御方法
CN111311017A (zh) * 2020-03-04 2020-06-19 广西大学 城市轨道交通列车运营时刻表和速度运行曲线优化方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102267405A (zh) * 2011-05-09 2011-12-07 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 一种能馈型牵引供电装置及其控制方法
JP2017147829A (ja) * 2016-02-16 2017-08-24 本田技研工業株式会社 電力供給システム及び輸送機器、並びに、電力伝送システムの制御方法
CN111311017A (zh) * 2020-03-04 2020-06-19 广西大学 城市轨道交通列车运营时刻表和速度运行曲线优化方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Fully Electrified Regenerative Braking Control for Deep Energy Recovery and Maintaining Safety of Electric Vehicles;Guoqing Xu;《IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY》;20160530;全文 *
Research on the Integrated Braking Energy Recovery Strategy Based on Supercapacitor;Tang Lianfu;《2017 International Conference on Smart Grid and Electrical Automation》;20171230;全文 *
Status Analysis of Regenerative Braking Energy Utilization Equipments in Urban Rail Transit;Yutong Lu;《2017 IEEE Transportation Electrification Conference and Expo, Asia-Pacific》;20171230;全文 *
吴晓婷.直流牵引变电所在交直流潮流计算中建模研究.《北方交通大学》.2013, *
王世杰.城轨列车再生制动能量回馈控制系统研究.《北方工业大学》.2018, *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112467739A (zh) 2021-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112467739B (zh) 混合式再生制动能量利用装置的城轨供电系统配置方法
CN103840457B (zh) 考虑电动汽车充放电影响的配电网内dg优化配置方法
CN112350326B (zh) 轨道交通牵引供电系统及其控制方法、系统及相关组件
CN107104454A (zh) 计及电动汽车功率可调控域的最优潮流节点电价计算方法
CN104917173B (zh) 适应配电网大容量负荷转移的配电网优化方法
CN112751350A (zh) 一种移动储能时空联合优化调度策略的制定方法
CN103810539B (zh) 考虑换电服务可用性的电动汽车换电站容量优化配置方法
CN105870950A (zh) 一种智能楼宇可调资源多目标协调系统及优化控制方法
CN105337310B (zh) 一种串联结构光储型多微网经济运行系统及方法
CN106339778A (zh) 一种考虑多目标的光蓄微电网运行优化方法
CN106877339B (zh) 一种考虑电动汽车接入配电网后随机模糊潮流的分析方法
CN106096773A (zh) 一种电动汽车充当储能的多目标优化调度方法
CN109449973A (zh) 一种含光伏和储能的轨道交通供电系统能量优化方法
CN108062619B (zh) 一种轨道车辆车地一体化容量配置方法及装置
CN105978016A (zh) 一种基于最优潮流的多端柔性直流输电系统优化控制方法
CN107069807A (zh) 含不确定性预算调节的无平衡节点微网鲁棒调度方法
CN107453381A (zh) 基于两阶段交叉控制的电动汽车集群功率调节方法及系统
Mao et al. Microgrid group control method based on deep learning under cloud edge collaboration
Huangfu et al. An optimal energy management strategy with subsection bi-objective optimization dynamic programming for photovoltaic/battery/hydrogen hybrid energy system
Dong et al. Coordinated control strategy of railway multisource traction system with energy storage and renewable energy
Zhang et al. Urban rail substation parameter optimization by energy audit and modified salp swarm algorithm
CN110766240B (zh) 一种不同场景下的快速充电站分层储能配置方法
Wan et al. Hierarchical multiobjective dispatching strategy for the microgrid system using modified MOEA/D
CN117013552A (zh) 一种电力交通耦合网协同运行策略
CN113629742B (zh) 电气化铁路地面混合式储能系统容量配置方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant