基于粒子群的有轨电车混合储能参数匹配研究

周莹; 雷威; 薛川; 王子豪; 邢宗义

基于粒子群的有轨电车混合储能参数匹配研究

1.
广州有轨电车有限责任公司，广州　510330
2.
南京理工大学　自动化学院，南京　210094

基金项目: 国家重点研发计划（2017YFB1201004）

详细信息

作者简介:
周　莹，工程师

雷　威，在读硕士研究生

中图分类号: U231.8 : TP39
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出版历程
- 收稿日期: 2020-02-09
- 刊出日期: 2020-10-25

Research on parameter matching of hybrid energy storage system for tram based on particle swarm optimization

1.
Guangzhou Tram Co. Ltd., Guangzhou　 510330, China
2.
School of Automation, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing　210094, China

摘要

摘要: 目前，混合储能式有轨电车作为一种高性价比的交通工具已得到广泛应用。混合储能系统承担着有轨电车供能任务，合理配置储能元件对于保障有轨电车正常运行具有重要的现实意义。以混合储能式有轨电车作为研究对象，在多目标、多约束条件下，利用粒子群优化算法，求解混合储能系统最优参数匹配方案；以广州海珠有轨电车THZ1线作为实例进行仿真验证，结果表明：最优配置混合储能系统在降低储能系统的体积、重量及成本、发挥储能元件充放电能力方面具有明显的优越性。
- 有轨电车 /
- 混合储能系统 /
- 最优参数匹配
Abstract: At present, hybrid energy storage trams have been widely used as cost-effective vehicles. The hybrid energy storage system acts as energy supply for the trams and appropriate configuration of energy storage components is of practical significance for ensuring the normal operation of the trams. This paper focuses the research on hybrid energy storage trams and the particle swarm optimization algorithm is used to achieve optimal parameter matching of the hybrid energy storage system under multi-objective and multi-constraint conditions. A simulation test was made on the Haizhu tram line, or THZ1, in Guangzhou Metro and the simulation results showed that the hybrid energy storage system with optimal configuration had obvious advantages in reducing the size, weight and cost of the system and giving play to the charge and discharge capacity of energy storage elements.
- tram /
- hybrid energy storage system /
- optimal parameter matching

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图 1 混合储能式有轨电车的动力系统结构

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图 2 动力电池模型

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图 3 超级电容模型

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图 4 有轨电车省时运行策略下的速度曲线

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图 5 基于固定功率门限值的功率分配示意

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图 6 直流母线功率需求曲线

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图 7 单一储能系统荷电状态变化曲线

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图 8 最优适应度值迭代变化曲线

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图 9 最优配置混合储能系统的荷电状态变化曲线

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表 1 7 500 F超级电容单体参数

参数名	参数值
额定容量	7500 F
额定电压	2.7 V
截止电压	1.35 V
最大持续电流	450 A
单体重量	1.3 kg
单体体积	1 L
单体价格	5.0 万元 / kwh

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表 2 LTO8.5 Ah单体参数

参数名	参数值
额定容量	8.5 Ah
额定电压	2.3 V
放电最大电压	2.5 V
放电截止电压	1.5 V
最大放电倍率	15 C
最大充电倍率	8 C
单体重量	0.2 kg
单体体积	0.23 L
单体价格	0.3 万元/kwh

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表 3 储能元件单体的参数设置

参数名	参数值
动力电池SOC_max	90%
动力电池SOC_min	30%
动力电池I_bmax	35 A
动力电池I_bmin	−68 A
超级电容SOE_max	100%
超级电容SOE_min	25%
超级电容I_cmax	450 A
超级电容I_cmin	−450 A

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表 4 单一储能系统与最优配置混合储能系统的对比

储能元件	单一储能系统	最优配置混合储能系统
类型	超级电容	超级电容 + 动力电池
数量	2 064 个	1 250 个 + 2 210 个
重量	2 683.2 kg	2 067 kg
体积	2 064 L	1 758.3 L
投资价格	58.824 万元	55.227 万元
最低荷电状态	37.67%	32.87%、33.14%

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参考文献(16)

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施引文献(4)

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