pt门折叠门有轨_若何有效降低有轨电车的超级电容内阻损耗和列车赞助能耗

文 |做个闲

编辑 |做个闲序言

随着城市轨道交通的快速发展，其巨大的能耗问题愈发突出，储能式有轨电车具有制造本钱低、运行环保节能的特点。

储能式有轨电车对储能电池的功率和容量具有较高哀求，超级电容功率密度大，并且能够有效接管再生制动能量，因此利用超级电容作为车载储能装置可知足有轨电车运行需求，超级电容有轨电车逐渐在大城市推广运用。

超级电容有轨电车的车载超级电容连接和能量流动如图1所示。

当有轨电车牵引驱动时，超级电容为牵引系统和赞助系统供应电能，当有轨电车再生制动时，再生能量为赞助系统供能和被超级电容接管，当车载超级电容充电时，地面充电桩为超级电容和赞助系统供应电能。

列车节能驾驶优化和运行时候表优化是降落列车运行能耗的有效路子，列车节能驾驶优化紧张针对列车在单区间运行场景，基于给定时间，优化操纵策略从而节能运行。

我们针对超级电容有轨电车多区间节能运行进行研究，建立车载超级电容模型，考虑电容内阻损耗和列车赞助能耗，建立综合考虑列车运行能耗与运输效率的有轨电车节能掌握模型，设计动态方案算法，对有轨电车多区间节能运行时候表和运行策略进行协同优化。

超级电容有轨电车模型

根据上述条件，我们知道有轨电车运行受牵引/制动力、基本运行阻力和线路附加阻力的共同浸染，根据牛顿第二定律，有轨电车运动学方程为：

列车运行韶光变革表示为：

个中，阻力为：

超级电容器的能量存储在电容器电极和电解质之间的双电层中，当超级电容与外电路连接，电极上的电荷发生迁移，从而进行充放电，针对超级电容充放电过程进行建模。

超级电容经典RC等效电路如图2所示。

图中Res为等效串联电阻，用于表征超级电容事情时内部的能量损耗和压降，C为超级电容的等效电容，表征其储能特性，Rep为超级电容等效泄电阻，仿照超级电容静置时的自放电征象，在超级电容动态事情中不考虑自放电征象。

超级电容电压为U时，其储存能量E为：

当超级电容电量变革为ΔE，则超级电容电压U1为：

在超级电容放电过程中等效串联电阻Res发生热损耗，输出电流为I，损耗功率Pes为：

超级电容放电功率为：

则放电效率ηC为：

从式（10）可知，超级电容放电过程中的效率是动态变革的，事情电压越高效率越高，事情电流越大效率越低，因此超级电容在运用中可采取得当的策略使得其高效率运行。

由于超级电容单体能量密度较低且耐压低（常日在2.8V），需利用多个超级电容串并联组成有轨电车的车载储能设备，并需利用均压电路或均压策略防止电容过压破坏，以知足储能的能量和电压等级哀求。

我们利用实际的超级电容稠浊动力有轨电车的车载储能装置数据进行打算剖析，超级电容编组参数如表1所示。

由表1得到车载超级电容组连接示意图，如图3所示。

超级电容组的等效电容由下式打算：

当超级电容组正常放电时，其最高电压和最低电压分别为Umax，Umin，则电容端实际可储存和利用的能量为：

基于超级电容的等效内阻打算效率，绘制如图4所示超级电容放电过程效率分布图，其效率分布规律验证了上述的效率剖析，超级电容放电效率很高（最低为0.88），其效率分布会影响有轨电车的优化时候表和运行策略。

有轨电车运行能耗紧张用于轮轴驱动和赞助系统，电车所需功率为：

轮周驱动机械功率Pt为牵引/电制动力与速率的乘积，个中牵引力和制动力不能同时施加，轮周驱动机械功率Pt为：

有轨电车实际运行能耗为车载超级电容的电能花费，超级电容输出电流经内阻至逆变器进行变流，末了供给牵引系统和赞助系统利用。

超级电容能耗由牵引机器能耗、赞助系统能耗和超级电容内阻损耗组成，考虑逆变器转化效率以及车载超级电容输出效率，以超级电容电能花费最小为目标，建立节能最优掌握模型，目标函数为：

个中，列车运行需知足起止点速率、运行时候表、限速和超级电容最大输出功率约束：

动态方案算法求解

根据上述条件，我们决定采取动态方案算法求解有轨电车多区间运行节能时候表和速率曲线，给定运行韶光。

以超级电容电能花费最小为目标，同时将准点约束考虑进目标函数，引入韶光本钱权重系数λ，在求解过程中对λ进行迭代，以知足准点约束，构建准点运行能耗最低的目标函数为：

以等间隔步长△s进行离散化，则离散目标函数为：

若没有给定运行韶光，则无准点约束，求解列车节能运行时候表，构建列车多区间运行电能花费最低的目标函数如下：

分别以△s和△v为步长，离散线路间隔和速率作为列车状态，从k阶段（xk，vk）到k+1阶段（xk+1，vk+1），牵引力/制动力为FK，转移韶光为tk，若牵引力/制动力在列车最大能力范围内，则为单步状态转移可达，反之为单步状态转移不可达，列车需求功率表示为：

超级电容在k阶段电压Uk与电流Ik的关系为：

在给定运行韶光的条件下，状态转移本钱gk1包括列车状态变革的能耗、超级电容的电能损耗和韶光转移本钱，以知足准点约束，状态转移本钱gk1为：

当运行韶光与给定时间的差值在设定时间偏差范围内，即认为知足准点约束，反之，则基于二分法对韶光本钱权重系数λ进行迭代，直到知足准点约束。

不给定运行韶光，节能运行时候表和多区间速率曲线协同优化过程无韶光约束，因此状态转移本钱gk2不考虑韶光本钱，则状态转移本钱gk2为：

仿真剖析

综上，我们选择长度为4.4km的有轨电车线路，包含7个站点，个中2站有充电桩，实际超级电容稠浊动力有轨电车参数如表2所示。

列车牵引/制动特性如图5所示。

以车载超级电容输出电能最小为目标，基于标准时候表，采取动态方案算法优化各区间的运行曲线，之后在多区间总运行韶光约束下，停站韶光不变，协同优化列车的运行时候表和速率曲线，仿真速率曲线如图6所示。

多区间运行总韶光相同，不同运行时候表下列车节能运行曲线的牵引力/制动力、超级电容电压/电流和输出功率曲线如图7所示。

从图7可知，当列车牵引运行时，超级电容输出电能，电压低落，在有充电桩的站点，超级电容在短韶光内充电至满电，保障后续区间列车运行电能需求。

列车在提速牵引区段，所需功率较大，此时超级电容的电流较大，超级电容内阻损耗功率大，在低负荷牵引和惰行区段，超级电容电流较小，从而高效率运行。

当列车进行电制动时，超级电容能够很好地接管再生制动能量，电压升高，实现进一步节能，同理，制动电流越高，内阻损耗功率也越大。

针对节能目标，调度各区间运行韶光得到优化时候表，各区间运行韶光和能耗如表3所示。

比较于标准时候表，优化时候表曲线超级电容的牵引/电制动功率峰值更低，具有更低的内阻损耗功率，同时降落高功率输出对超级电容的损伤程度。

列车运行能耗包括牵引能耗和赞助系统能耗，由于赞助能耗与韶光成正比，在部分区间运行韶光更长，区间能耗反而更高。

列车多区间总运行韶光相同，调度各区间韶光，利用节能驾驶策略，优化时候表能够节能1.02%，若比拟司机履历操作的运行结果，将具有更好的节能效果。

有轨电车运营需综合考虑节能效果和运行效率，设置不同的总运行韶光，协同优化列车的节能时候表和运行策略，谈论运行韶光与能耗的关系，统计不同运行韶光下的超级电容输出能耗和各部分组成能耗如图8所示。

由图8可知，随运行韶光增大，超级电容输出能耗先降落后增大，由于输出负载降落，列车牵引所需机器能降落，则输出电流小，从而降落超级电容电能损耗，赞助能耗与运行韶光成正比增加。

超级电容输出能耗存在1个最低点，该最低点为节能时候表优化结果，对节能时候表求解时，不考虑运行韶光约束，以车载超级电容输出电能最小为目标，协同优化列车节能时候表和运行策略，节能时候表仿真曲线如图9所示。

节能速率曲线以较低的均匀速率运行，结合图9，大量利用惰行工况，从而降落列车牵引能耗。

由图9可知，超级电容输出功率峰值较低（519kW），远小于标准时候表下的峰值，从而有效降落内阻损耗功率并延长设备利用寿命。

节能时候表总运行韶光为547.9s，超级电容能耗16.3kW·h，比较于标准时候表，运行时分增加了20.6s，节能1.69%，因此，在进行时候表制订时，可捐躯少量的运行韶光降落运行能耗，实现有轨电车节能的目标。