轨道交通能源自洽系统方案设计与配置优化

为了提高轨道交通能源自洽系统建设的合理性,以京张铁路动车组列车作为研究对象,结合运行场景和线路条件,确定了以铁路功率调节器为基础的风-光-储微网能源自洽系统的拓扑方案;通过对动车组列车纵向运行的牵引计算,分析了列车运行时的能量流动关系,设计了实时能量管理策略;在满足功率合理分配的前提下,以风-光-储能源自洽系统的经济性和轻量化作为优化目标,研究了能源自洽系统配置方案的多目标优化技术;在既定线路与电源约束等条件下,采用粒子群优化算法对能源自洽系统的光伏电池串并联数量、储能电池串并联数量以及风力发电机规模等控制变量进行寻优计算,实现在既定线路条件与目标下的风-光-储能源自洽系统最佳配置方案;以京张铁路下行线路中16组CR400BF型列车的实际线路条件为例,通过MATLAB/Simulink软件对风-光-储能源自洽系统配置优化方案进行验证,综合系统全生命周期总成本(包括初始购置成本、更换成本和购电成本)和占地总体积这2个优化目标,采用3组不同的权重系数进行方案配置优化。分析结果表明:随着经济性目标权重的提高,对应优化配置方案的全生命周期总成本分别降低19164.9万元(约49.1%)、18825.8万元(约48.2%)、17991.1万元(约46.0%);随着轻量化权重的提高,优化后的能源自洽系统沿线总体积分别减少3377.2(约50.4%)、3393.7(约50.6%)、3446.9 m^(3)(约51.4%)。