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城市轨道交通源储荷系统的储能配置与能量管理研究
| 论文题名： | 城市轨道交通源储荷系统的储能配置与能量管理研究 |
| 关键词： | 城市轨道交通;混合储能系统;超级电容;蓄电池;容量功率配置;能量管理 |
| 摘要： | 近年来，我国城市轨道交通规模增长迅速，截至2020年底，已有44个城市开通了地铁，运营总里程达7715.31公里。由于地铁运行时启停频繁，牵引能耗高，如何降低地铁运行时对城市电网的电能需求，实现城市轨道交通的“节能、低碳、绿色、环保”出行，已成为城市轨道交通系统急需解决的问题。 可再生能源的应用是降低城市轨道交通系统能耗、提升系统能效的重要途径，故提出了风力与光伏联合供电的能源方案。为了缓解风能与光能的不稳定性对牵引网造成的冲击，采用超级电容与蓄电池结合的混合储能系统平抑风光波动。利用经验模态分解算法结合希尔伯特变换得到不同频率的电能信号，将频率变化较大的高频信号分配给响应速度快的超级电容，将具有较高能量的低频信号分配给储能容量大的蓄电池。 通过在地铁沿线牵引变电站内安装混合储能装置，平抑了风光发电产生的电能波动，但是却增加了建设与维护牵引供电系统的成本，且蓄电池的寿命短，使用期间需要不断更换，故需要结合地铁牵引负荷的实际情况及储能装置的荷电状态约束条件配置混合储能装置的额定功率及额定容量。通过粒子群算法在粒子间寻找最优解的特性，分别以储能系统的建设维护成本及蓄电池的寿命损耗系数为目标建立两种能量管理策略，实现电能的合理配置。 由于地铁直流接触网的牵引电流波动明显，故需要对牵引变电站供电区间的牵引电流进行预测，进而为混合储能系统的电能调度提供参考。确定城市轨道交通牵引负荷的影响因素，在Eviews软件中选取自回归差分移动平均算法对牵引电流数据进行预测，通过数据及模型的检验、优化，最终得到预测的结果。对比傅里叶算法可得，自回归差分移动平均算法具有较高的预测精度。 在电能调度使用的过程中，为防止超级电容过放，通过模糊控制对超级电容的放电倍率进行调节，结合获得的牵引电流预测值，得出超级电容在不同荷电状态下的放电倍率。 本文针对城市轨道交通牵引能耗高的问题，分别从源、储、荷三个方面研究，得到了由超级电容和蓄电池组成的混合储能系统的容量功率配置方案与能量管理策略，为实现城市轨道交通节能降耗提供了参考依据。 |
| 作者： | 郭文璟 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 刘仕兵 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华东交通大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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