地铁具有运量大、速度快、安全准时等优点,对城市轨道交通发展起到越来越重要的作用。将电池储能系统安装于地铁供电系统,可以有效回收列车再生制动能量和抑制直流网电压波动。
目前,电池储能系统在城轨交通上已得到实际应用,如日本东武铁道、古町线、名古屋铁路、湖西线北陆本线、鹿儿岛谷山线、神户市西神-山手线、青梅线、东武野田线;韩国地铁5号线;意大利米兰地铁3号线、罗马火车站-机场线;美国费城等。
近年来,国内外学者针对城轨交通电池储能系统在能量管理和容量配置等方面展开了广泛深入的研究。
文献[5-7]研究了地面式电池储能系统的能量管理策略。
对于如何确定电池储能系统在城轨交通供电系统安装的位置及其容量,即容量配置优化问题,也有学者做了相应研究,文献[8-9]根据离线测得的城轨交通变电所的日负荷曲线,在实现削峰填谷的前提下,以经济效率为优化目标函数,对电池储能系统配置进行优化。
然而上述研究依然存在一些不足。
本文首先建立了包含列车和电池储能系统的城轨交通供电系统仿真平台,结合城轨交通负载特性和电池高能量密度特性,提出基于能量转移的改进能量管理策略。最后采用智能优化算法以及结合搭建的地铁供电系统仿真平台,同时优化电池储能系统的能量管理策略控制参数和容量配置方案。
图1 直流供电系统仿真平台
本文首先建立了包含列车和电池储能系统的城轨交通供电系统仿真平台,综合考虑城轨交通负载特性和电池的高能量密度特性,提出了基于能量转移的放电阈值动态调整策略,减小了变电站峰值功率,降低建设成本。综合电池实际运行特性,考虑放电深度对电池使用寿命的影响,建立了电池寿命预测模型,用于评估储能系统经济效率。
最后以经济效率和峰值功率减小率为目标函数,提出了基于遗传算法的可同时优化电池储能系统能量管理策略参数和容量配置方案的方法,最后利用实际线路数据进行了仿真分析,为改善城轨列车制动能量回收和提高供电能力提供了支持。