CN117477613A - 一种城市轨道交通车载储能系统用控制方法及系统 - Google Patents

一种城市轨道交通车载储能系统用控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及城市轨道交通储能系统节能控制技术领域，公开一种城市轨道交通车载储能系统用控制方法及系统。该方法采用有限集模型预测控制方法来实现城市轨道交通车载储能系统节能控制及系统，使用该方法及系统可以紧密联系列车实际运行工况以确定储能系统工作模式，并有效抑制由列车不同运行工况引起的直流母线电压波动，减少列车对直流牵引供电子系统的能量需求，降低超级电容储能子系统的功率损耗，提高城市轨道交通储能系统能量利用效率并延长系统服役寿命。

Description

一种城市轨道交通车载储能系统用控制方法及系统
技术领域
本发明涉及城市轨道交通储能系统节能控制技术领域，具体涉及一种城市轨道交通车载储能系统用控制方法及系统。
背景技术
近年来，城市轨道交通凭借其承载能力大、绿色节能、安全和舒适等优势发展迅猛，已逐渐成为解决我国交通拥堵和环境污染问题的重要手段。然而，在当前的城市轨道交通系统中，存在着牵引能耗大、再生制动能量回馈困难等问题。列车在牵引加速过程中需要向直流接触网吸取大量能量，线路阻抗的存在会导致列车牵引传动子系统直流母线电压随列车不同运行工况出现大幅波动，影响列车的运行性能。另外，现代城市轨道交通系统通常采用二极管不控整流技术进行牵引变电，这将导致列车再生制动过程中产生的大量再生制动能量（约占总能量的30-60%）无法回馈至交流电网，使得这部分能量只能通过制动电阻以热能的形式消耗，从而造成能量的巨大浪费。同时由于列车再生制动能量在直流接触网线上堆积，使得直流母线电压显著增加，给列车安全运行带来潜在风险。
在城市轨道交通系统中引入储能子系统可以有效改善上述问题。超级电容储能子系统因其功率密度大、循环寿命长被广泛应用于城市轨道交通。通过控制超级电容储能子系统在列车再生制动时吸收再生制动能量，在牵引加速过程释放再生制动能量，可以有效减少能源消耗，降低直流母线电压随列车不同运行工况的大幅波动，保障列车运行安全。然而，关于城市轨道交通车载储能系统节能控制方法，大多只单一地通过监测直流母线电压来进行储能系统充放电控制，没有考虑列车实际运行工况带来的直流母线电压波动影响；也极少考虑采用降低超级电容储能子系统功率损耗策略来提高系统能量利用效率和延长系统服役寿命。
因此，现亟需提供一种充分考虑紧密联系列车实际运行工况，能有效降城市轨道交通车载储能系统节能控制方法及系统。
发明内容
本发明目的在于公开一种城市轨道交通车载储能系统用控制方法及系统，以解决现有技术中存在的问题。
为达上述目的，第一方面，本发明公开了一种城市轨道交通车载储能系统用控制方法，包括：
S1：确定超级电容储能子系统不同工作模式下低压侧电流参考值；
S2：根据超级电容储能子系统低压侧电流和双向半桥DC/DC变换器开关状态组合构建充电和放电工作模式下超级电容储能子系统数学模型，离散化所述超级电容储能子系统数学模型以构建预测模型，所述预测模型为时刻超级电容储能子系统充电和放电工作模式下低压侧电流、超级电容端电压、系统直流母线电压和荷电状态的预测模型；
S3：构建时刻超级电容储能子系统功率损耗模型，并根据所述预测模型构建超级电容储能子系统功率损耗预测模型；
S4：根据超级电容储能子系统不同工作模式下低压侧电流参考值建立时刻超级电容储能子系统低压侧电流跟踪误差目标函数，根据/>时刻超级电容储能子系统功率损耗模型建立/>时刻超级电容储能子系统低压侧功率损耗目标函数，分别对跟踪误差目标函数和功率损耗目标函数配置权重系数，建立系统评价函数；
S5：分别建立充电和放电工作模式下超级电容储能子系统低压侧电流、荷电状态的约束函数，根据所述系统评价函数遍历双向半桥DC/DC变换器所有开关状态组合，以系统评价函数值最小为目标进行有限集寻优，根据所寻得的最优开关状态组合控制所述城市轨道交通车载储能系统。
第二方面，本申请还提供一种城市轨道交通车载储能系统用控制系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述方法相对应的步骤。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用有限集模型预测控制方法来实现城市轨道交通车载储能系统节能控制，使用该方法及系统可以紧密联系列车实际运行工况以确定储能系统工作模式，并有效抑制由列车不同运行工况引起的直流母线电压波动，减少列车对直流牵引供电子系统的能量需求，降低超级电容储能子系统的功率损耗，提高城市轨道交通储能系统能量利用效率并延长系统服役寿命。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例适用的典型城市轨道交通车载储能系统结构示意图；
图2是本发明优选实施例的城市轨道交通车载储能系统用控制方法的流程示意图；
图3是本发明优选实施例的一个城轨列车典型运行周期速度曲线。
图4是本发明优选实施例的城市轨道交通车载储能子系统进行损耗降低控制前后以及不引入储能子系统时的直流母线电压波形图；
图5是本发明优选实施例的城市轨道交通车载储能子系统进行损耗降低控制前后的超级电容电流波形图；
图6是本发明优选实施例的城市轨道交通车载储能子系统进行损耗降低控制前后的超级电容电压波形图；
图7是本发明优选实施例的城市轨道交通车载储能子系统进行损耗降低控制前后的能量损耗波形图。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
应理解，本申请提供的城市轨道交通车载储能系统用控制方法应用于城市轨道交通车载储能系统用控制系统，该系统在硬件结构上包括直流牵引供电子系统、超级电容储能子系统（主要包括超级电容、储能电感、双向半桥DC/DC变换器）、牵引传动子系统（主要包括牵引逆变器和牵引电机）。城轨列车的不同运行工况包括三类，工况A：列车牵引加速；工况B：列车匀速或惰行；工况C：列车制动，以再生制动方式为主。根据列车牵引特性，列车在工况A和工况C下，牵引电机根据列车速度分别经历恒转矩控制区、恒功率控制区和自然特性控制区。所述超级电容储能子系统工作模式包括三种，模式Ⅰ：放电模式；模式Ⅱ：待机模式；模式Ⅲ：充电模式。
如图1所示，本实施例优选城市轨道交通车载储能系统主要包括：超级电容储能子系统、直流牵引供电子系统、牵引传动子系统和直流母线电容。
如图2所示，本实施例提供了一种城市轨道交通车载储能系统用控制方法，包括：
S1：确定超级电容储能子系统不同工作模式下低压侧电流参考值；
S2：根据超级电容储能子系统低压侧电流和双向半桥DC/DC变换器开关状态组合构建充电和放电工作模式下超级电容储能子系统数学模型，离散化超级电容储能子系统数学模型以构建预测模型，预测模型为时刻超级电容储能子系统充电和放电工作模式下低压侧电流、超级电容端电压、系统直流母线电压和荷电状态的预测模型；
S3：构建时刻超级电容储能子系统功率损耗模型，并根据所述预测模型构建超级电容储能子系统功率损耗预测模型；
S4：根据超级电容储能子系统不同工作模式下低压侧电流参考值建立时刻超级电容储能子系统低压侧电流跟踪误差目标函数，根据/>时刻超级电容储能子系统功率损耗模型建立/>时刻超级电容储能子系统低压侧功率损耗目标函数，分别对跟踪误差目标函数和功率损耗目标函数配置权重系数，建立系统评价函数；
S5：分别建立充电和放电工作模式下超级电容储能子系统低压侧电流、荷电状态的约束函数，根据所述系统评价函数遍历双向半桥DC/DC变换器所有开关状态组合，以系统评价函数值最小为目标进行有限集寻优，根据所寻得的最优开关状态组合控制所述城市轨道交通车载储能系统。
本发明实施例提供的城市轨道交通车载储能系统用控制方法，以城市轨道交通车载储能系统为研究对象，深入分析有限集模型预测控制（FCS-MPC）方法在节能控制领域的应用，通过构建超级电容电压、低压侧电流、荷电状态（SOC）、直流母线电压和储能子系统功率损耗预测模型，充分考虑列车不同运行工况下系统的能量耦合关系和超级电容储能子系统损耗，能够有效抑制由列车不同运行工况引起的直流母线电压波动，减少列车对直流牵引供电子系统的能量需求，降低超级电容储能子系统的功率损耗，提高城市轨道交通储能系统能量利用效率并延长系统服役寿命。
本实施例基于虚拟仿真平台Simulink环境下进行，仿真平台由直流牵引变电所模块、超级电容储能系统及控制模块、城轨列车牵引传动系统及控制模块等部分构成。该仿真平台为本领域常用现有技术，在此，不多做赘述。其中，仿真实验所用参数如表1所示：
表1 仿真实验参数
可选地，所述S1包括：
S11：根据功率守恒原理，构建时刻列车不同运行工况下系统能量流动模型，公式为：
（1）；
（2）；
其中，和/>分别为/>时刻系统直流母线电压和超级电容端电压，/>和分别为/>时刻超级电容储能子系统高压侧电流和低压侧电流，/>和/>分别为/>时刻牵引传动子系统功率和直流接触网电流，/>表示当前控制周期，/>为超级电容储能子系统双向半桥DC/DC变换器的效率系数，设超级电容储能子系统低压侧电流/>流出超级电容方向为正方向，高压侧电流/>流入牵引传动子系统方向为正方向，设直流接触网电流流入牵引传动子系统方向为正方向。
S12：分别设置直流接触网电流限制器电流上限值和电流下限值，分别记为和/>，获得/>时刻直流接触网电流参考值：
（3）；
其中，为/>时刻直流接触网电流参考值，/>表示下一控制周期。
利用列车实时速度和给定的列车牵引特性曲线，获得时刻列车不同运行工况下牵引传动子系统功率参考值，公式为：
（4）；
其中，为/>时刻牵引传动子系统功率参考值，/>为/>时刻根据列车牵引特性曲线获得的/>时刻电磁转矩参考值，/>为/>时刻列车实时速度，/>和/>分别为牵引逆变器和牵引电机的效率系数。
S13：超级电容储能子系统根据列车运行工况和直流接触网电流确定其工作模式，当列车处于牵引加速工况且时，超级电容储能子系统工作在模式Ⅰ放电模式（放电模式），释放超级电容储能子系统存储的列车再生制动能量，以降低系统对直流牵引网的能量需求并减缓系统直流母线电压下降；当列车处于制动工况且/>时，超级电容储能系统工作在模式Ⅲ（充电模式），吸收列车再生制动能量并减缓系统直流母线电压抬升；当列车处于匀速/惰行工况或/>时，超级电容储能系统工作在模式Ⅱ（待机模式）。
结合公式（1）~（4），获得时刻超级电容储能子系统不同工作模式下低压侧电流参考值，公式为：
（5）；
其中，为/>时刻超级电容储能子系统低压侧电流参考值，/>和分别为/>时刻直流母线电压和超级电容端电压。考虑系统大电容特性，有：，/>。
可选地，S2包括：
S21：记双向半桥DC/DC变换器开关状态组合为，公式为：
（6）；
其中，和/>分别为下桥臂IGBT/>和上桥臂IGBT/>的开关状态，其值为1代表IGBT开通，为0代表IGBT关断。
根据双向半桥DC/DC变换器的有效开关状态共可构成种开关状态组合，记为：
（7）；
其中，为双向半桥DC/DC变换器第m种开关状态组合，/>。
为了防止直流母线短路，本实施例中双向半桥DC/DC变换器共有3种开关状态组合（n=3），即： 。
根据超级电容储能子系统低压侧电流和双向半桥DC/DC变换器开关状态组合构建其数学模型，公式为：
（8）；
（9）；
（10）；
（11）；
（12）；
其中，、/>和/>分别为超级电容储能子系统低压侧电流、直流接触网电流和牵引传动子系统输入电流，/>和/>分别为超级电容端电压和系统直流母线电压，/>和/>分别为超级电容和储能电感等效电阻，/>为储能电感，/>为直流母线电容。
S22：将公式（8）~（12）离散化，构建超级电容储能子系统低压侧电流、系统直流母线电压、超级电容端电压和荷电状态（SOC）预测模型：
（13）；
（14）；
（15）；
其中，是超级电容端电压额定值；/>为系统的采样周期；/>为/>时刻双向半桥双向半桥DC/DC变换器第m种开关状态组合，/>，其中/>为/>时刻双向半桥DC/DC变换器下桥臂IGBT/>的开关状态，/>为/>时刻双向半桥DC/DC变换器上桥臂IGBT/>的开关状态；/>为/>时刻牵引传动子系统输入电流；/>和/>分别为/>时刻第m种开关状态组合对应的超级电容储能子系统低压侧电流预测值和系统直流母线电压预测值；/>和/>分别为/>时刻第m种开关状态组合对应的超级电容端电压预测值和荷电状态（SOC）预测值，/>为超级电容的电容值。
可选地，S3包括：
S31：将双向半桥型DC/DC变换器中的功率器件IGBT或二极管等效为一个恒压源与电阻串联电路，其功率损耗主要包括导通损耗、开通损耗和关断损耗，具体公式为：
（16）；
（17）；
其中，为/>时刻流经双向半桥DC/DC变换器IGBT/>的电流绝对值，/>为/>时刻流经双向半桥DC/DC变换器钳位二极管/>的电流绝对值，/>为双向半桥DC/DC变换器的开关周期，/>和/>分别为/>时刻IGBT/>和钳位二极管/>的功率损耗，/>和/>分别为IGBT/>和钳位二极管/>的等效电阻，/>和/>分别为IGBT/>和钳位二极管/>的导通压降，和/>分别为/>时刻IGBT/>和钳位二极管/>的截止电压，/>、/>和/>分别为一个开关周期内IGBT/>的开通时间、关断时间和导通时间，/>、/>和/>分别为一个开关周期内钳位二极管/>的开通时间、关断时间和导通时间，x=1，2。
S32：构建时刻超级电容储能子系统功率损耗模型：
（18）；
其中，为/>时刻超级电容储能子系统总功率损耗。
S33：分别构建时刻IGBT功率损耗、钳位二极管功率损耗预测模型：
（19）；
（20）；
其中，和/>分为/>时刻第m种开关状态组合对应的双向半桥DC/DC变换器IGBT功率损耗预测值和钳位二极管功率损耗预测值，/>和分别为/>时刻第m种开关状态组合对应的流经双向半桥DC/DC变换器IGBT/>和钳位二极管/>的电流绝对值预测值，/>和/>分别为/>时刻第m种开关状态组合对应的双向半桥DC/DC变换器IGBT/>和钳位二极管/>的截止电压预测值。
S34：构建时刻超级电容储能子系统功率损耗预测模型：
（21）；
其中，为/>时刻第m种开关状态组合对应的超级电容储能子系统总功率损耗预测值。
可选地，S4包括：
S41：建立时刻超级电容储能子系统低压侧电流跟踪误差、功率损耗目标函数，公式分别为：
（22）；
（23）；
其中和/>分别为/>时刻第m种开关状态组合对应的超级电容储能子系统的低压侧电流跟踪误差和功率损耗目标函数。
S42：对所述两个目标函数配置权重系数，建立系统评价函数为：
（24）；
其中，为/>时刻第m种开关状态组合对应的系统评价函数，/>和/>分别为储能系统低压侧电流跟踪误差和功率损耗所配置的权重系数。
可选地，S5包括：
S51：为了防止超级电容过充或过放，对超级电容充放电电流和SOC进行约束，定义超级电容SOC处于20%~80%之间为正常工作区间；当SOC<20%时，禁止超级电容储能子系统工作在放电模式；当SOC>80%时，禁止超级电容储能子系统工作在充电模式。分别建立充电和放电工作模式下超级电容储能子系统低压侧电流、荷电状态的约束函数，公式如下：
（25）；
（26）；
其中，为/>时刻第m种开关状态组合对应的超级电容储能子系统低压侧电流预测值的绝对值；/>和/>分别为超级电容最小和最大放电电流绝对值；和/>分别为超级电容最小和最大充电电流绝对值。
S52：遍历双向半桥DC/DC变换器所有开关状态组合，计算系统评价函数值，以系统评价函数值最小为目标进行有限集寻优，优化模型为：
（27）；
其中，表示/>时刻系统评价函数最小值，/>为评价函数最小值时所对应的双向半桥DC/DC变换器最优开关状态组合，/>表示系统评价函数服从的约束。
根据所寻得的最优开关状态组合，控制所述城市轨道交通车载储能系统。
具体的，本实施例的一个城轨列车典型运行周期速度曲线如图3所示，列车于0s开始加速至给定速度100km/h，于1.7s进行匀速工况，于3s进入制动工况，4.1s列车运行结束。本实施例的城市轨道交通车载储能子系统进行损耗降低控制前后以及不引入储能子系统时的直流母线电压波形图如图4所示；对城市轨道交通车载储能系统进行损耗降低控制前后的超级电容电流波形图如图5所示；对城市轨道交通车载储能系统进行损耗降低控制前后的超级电容电压波形图如图6所示；对城市轨道交通车载储能系统进行损耗降低控制前后的能量损耗波形图如图7所示。需要说明的是，在储能系统正常运行期间，其功率损耗与能量损耗成正相关关系，但由于功率损耗含有多个脉冲分量，不宜观测，因此通过观测其能量损耗变化来反映其功率损耗变化。
与上述方法实施例相对应地，本实施例提供一种城市轨道交通车载储能系统用控制系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。该城市轨道交通车载储能系统用控制系统能实现上述城市轨道交通车载储能系统用控制方法的各个实施例，且能达到相同的有益效果，此处，不做赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种城市轨道交通车载储能系统用控制方法，其特征在于，包括：
S1：确定超级电容储能子系统不同工作模式下低压侧电流参考值；
S2：根据超级电容储能子系统低压侧电流和双向半桥DC/DC变换器开关状态组合构建充电和放电工作模式下超级电容储能子系统数学模型，离散化所述超级电容储能子系统数学模型以构建预测模型，所述预测模型为时刻超级电容储能子系统充电和放电工作模式下低压侧电流、超级电容端电压、系统直流母线电压和荷电状态的预测模型；
S3：构建时刻超级电容储能子系统功率损耗模型，并根据所述预测模型构建超级电容储能子系统功率损耗预测模型；
S4：根据超级电容储能子系统不同工作模式下低压侧电流参考值建立时刻超级电容储能子系统低压侧电流跟踪误差目标函数，根据/>时刻超级电容储能子系统功率损耗模型建立/>时刻超级电容储能子系统低压侧功率损耗目标函数，分别对跟踪误差目标函数和功率损耗目标函数配置权重系数，建立系统评价函数；
S5：分别建立充电和放电工作模式下超级电容储能子系统低压侧电流、荷电状态的约束函数，根据所述系统评价函数遍历双向半桥DC/DC变换器所有开关状态组合，以系统评价函数值最小为目标进行有限集寻优，根据所寻得的最优开关状态组合控制所述城市轨道交通车载储能系统。
2.根据权利要求1所述的城市轨道交通车载储能系统用控制方法，其特征在于，所述S1包括：
S11：根据功率守恒原理，构建时刻列车不同运行工况下系统能量流动模型，公式为：
（1）；
（2）；
其中，和/>分别为/>时刻系统直流母线电压和超级电容端电压，/>和分别为/>时刻超级电容储能子系统高压侧电流和低压侧电流，/>和/>分别为时刻牵引传动子系统功率和直流接触网电流，/>表示当前控制周期，/>为超级电容储能子系统双向半桥DC/DC变换器的效率系数，设超级电容储能子系统低压侧电流/>流出超级电容方向为正方向，高压侧电流/>流入牵引传动子系统方向为正方向，设直流接触网电流/>流入牵引传动子系统方向为正方向；
S12：分别设置直流接触网电流限制器电流上限值和电流下限值，分别记为和，获得/>时刻直流接触网电流参考值：
（3）；
其中，为/>时刻直流接触网电流参考值，/>表示下一控制周期；
利用列车实时速度和给定的列车牵引特性曲线，获得时刻列车不同运行工况下牵引传动子系统功率参考值，公式为：
（4）；
其中，为/>时刻牵引传动子系统功率参考值，/>为/>时刻根据列车牵引特性曲线获得的/>时刻电磁转矩参考值，/>为/>时刻列车实时速度，/>和/>分别为牵引逆变器和牵引电机的效率系数；
S13：超级电容储能子系统根据列车运行工况和直流接触网电流确定其工作模式，当列车处于牵引加速工况且时，超级电容储能子系统工作在放电模式，当列车处于制动工况且/>时，超级电容储能系统工作在充电模式，当列车处于匀速/惰行工况或/>时，超级电容储能系统工作在待机模式；
结合公式（1）~（4），获得时刻超级电容储能子系统不同工作模式下低压侧电流参考值，公式为：
（5）；
其中，为/>时刻超级电容储能子系统低压侧电流参考值，/>和分别为/>时刻直流母线电压和超级电容端电压。
3.根据权利要求2所述的城市轨道交通车载储能系统用控制方法，其特征在于，所述S2包括：
S21：记双向半桥DC/DC变换器开关状态组合为，公式为：
（6）；
其中，和/>分别为下桥臂IGBT/>和上桥臂IGBT/>的开关状态；
根据双向半桥DC/DC变换器的有效开关状态共可构成种开关状态组合，记为：
（7）；
其中，为双向半桥DC/DC变换器第m种开关状态组合，/>；
根据超级电容储能子系统低压侧电流和双向半桥DC/DC变换器开关状态组合构建其数学模型，公式为：
（8）；
（9）；
（10）；
（11）；
（12）；
其中，、/>和/>分别为超级电容储能子系统低压侧电流、直流接触网电流和牵引传动子系统输入电流，/>和/>分别为超级电容端电压和系统直流母线电压，/>和/>分别为超级电容和储能电感等效电阻，/>为储能电感，/>为直流母线电容；
S22：将公式（8）~（12）离散化，构建超级电容储能子系统低压侧电流、系统直流母线电压、超级电容端电压和荷电状态预测模型：
（13）；
（14）；
（15）；
其中，是超级电容端电压额定值；/>为系统的采样周期；/>为/>时刻双向半桥双向半桥DC/DC变换器第m种开关状态组合，/>，其中/>为时刻双向半桥DC/DC变换器下桥臂IGBT/>的开关状态，/>为/>时刻双向半桥DC/DC变换器上桥臂IGBT/>的开关状态；/>为/>时刻牵引传动子系统输入电流；/>和/>分别为/>时刻第m种开关状态组合对应的超级电容储能子系统低压侧电流预测值和系统直流母线电压预测值；/>和/>分别为/>时刻第m种开关状态组合对应的超级电容端电压预测值和荷电状态SOC预测值，/>为超级电容的电容值。
4.根据权利要求3所述的城市轨道交通车载储能系统用控制方法，其特征在于，所述S3具体包括以下步骤：
S31：分别构建时刻IGBT功率损耗、钳位二极管功率损耗模型：
（16）；
（17）；
其中，为/>时刻流经双向半桥DC/DC变换器IGBT/>的电流绝对值，/>为/>时刻流经双向半桥DC/DC变换器钳位二极管/>的电流绝对值，/>为双向半桥DC/DC变换器的开关周期，/>和/>分别为/>时刻IGBT/>和钳位二极管/>的功率损耗，/>和/>分别为IGBT/>和钳位二极管/>的等效电阻，/>和/>分别为IGBT/>和钳位二极管/>的导通压降，/>和/>分别为/>时刻IGBT/>和钳位二极管/>的截止电压，/>、/>和分别为一个开关周期内IGBT/>的开通时间、关断时间和导通时间，/>、/>和分别为一个开关周期内钳位二极管/>的开通时间、关断时间和导通时间，x=1，2；
S32：构建时刻超级电容储能子系统功率损耗模型：
（18）；
其中，为/>时刻超级电容储能子系统总功率损耗；
S33：分别构建时刻IGBT功率损耗、钳位二极管功率损耗预测模型：
（19）；
（20）；
其中，和/>分为/>时刻第m种开关状态组合对应的双向半桥DC/DC变换器IGBT功率损耗预测值和钳位二极管功率损耗预测值，/>和/>分别为/>时刻第m种开关状态组合对应的流经双向半桥DC/DC变换器IGBT/>和钳位二极管/>的电流绝对值预测值，/>和/>分别为时刻第m种开关状态组合对应的双向半桥DC/DC变换器IGBT/>和钳位二极管/>的截止电压预测值；
S34：构建时刻超级电容储能子系统功率损耗预测模型：
（21）；
其中，为/>时刻第m种开关状态组合对应的超级电容储能子系统总功率损耗预测值。
5.根据权利要求4所述的城市轨道交通车载储能系统用控制方法，其特征在于，所述S4具体包括以下步骤：
S41：建立时刻超级电容储能子系统低压侧电流跟踪误差、功率损耗目标函数，公式分别为：
（22）；
（23）；
其中，和/>分别为/>时刻第m种开关状态组合对应的超级电容储能子系统的低压侧电流跟踪误差和功率损耗目标函数；
S42：对所述两个目标函数配置权重系数，建立系统评价函数为：
（24）；
其中，为/>时刻第m种开关状态组合对应的系统评价函数，/>和/>分别为储能系统低压侧电流跟踪误差和功率损耗所配置的权重系数。
6.根据权利要求5所述的城市轨道交通车载储能系统用控制方法，其特征在于，所述S5具体包括：
S51：分别建立充电和放电工作模式下超级电容储能子系统低压侧电流、荷电状态的约束函数，公式如下：
（25）；
（26）；
其中，为/>时刻第m种开关状态组合对应的超级电容储能子系统低压侧电流预测值的绝对值；/>和/>分别为超级电容最小和最大放电电流绝对值；和/>分别为超级电容最小和最大充电电流绝对值；
S52：遍历双向半桥DC/DC变换器所有开关状态组合，计算系统评价函数值，以系统评价函数值最小为目标进行有限集寻优，优化模型为：
（27）；
其中，表示/>时刻系统评价函数最小值，/>为评价函数最小值时所对应的双向半桥DC/DC变换器最优开关状态组合，/>表示系统评价函数服从的约束；
根据所寻得的最优开关状态组合，控制所述城市轨道交通车载储能系统。
7.一种城市轨道交通车载储能系统用控制系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至6任一所述方法的步骤。
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