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专利号: 2017107128724
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 铁路
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种燃料电池混合动力有轨电车参数匹配联合优化方法,其特征在于,包括步骤:S100,确定有轨电车运行工况;进而确定燃料电池混合动力系统的参数可行域,形成由备选参数组合构成的参数匹配初步备选方案集合;

S200,根据上述有轨电车运行工况下的全寿命周期成本、服役时间和整车动力性为优化目标,搭建多目标优化函数;

S300,采用基于概率指数的自适应群体智能优化算法完成参数匹配初步备选方案中参数组合下的负荷分配,并将多目标优化函数取最小值时的负荷分配作为该参数匹配组合下的最优分配结果;首先建立概率指数的一般形式,然后读取当前时刻的负荷变化率;从而将燃料电池和储能设备的功率配比划分在相应的区间内;然后在初步划分的区间内对其具体输出的数值进行自适应群体智能优化算法的全局寻优;

S400,根据步骤S300所述参数匹配初步备选方案集合中所有备选参数组合的最优分配结果,在每个最优分配结果的基础上寻找全局最优分配结果;

S500,由全局最优分配结果,完成燃料电池混合动力有轨电车的最优参数匹配寻优计算。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池混合动力有轨电车参数匹配联合优化方法,其特征在于,步骤S100中,根据机车基本参数及目标线路条件,设计有轨电车动力系统指标,确定有轨电车运行工况。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池混合动力有轨电车参数匹配联合优化方法,其特征在于,所述的有轨电车运行工况确定过程,包括步骤:S101,对机车基本参数进行设置,包括轴重、载重、迎风面积和戴维斯系数;并输入目标线路条件,包括站点-路程曲线、坡度-路程曲线和弯道-路程曲线;

S102,根据经验及最优制动曲线建立有轨电车运行速度曲线;

S103,基于牛顿公式及戴维斯公式对机车进行牵引计算,获得机车运行全程的牵引力-功率曲线,即得到有轨电车运行工况曲线。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池混合动力有轨电车参数匹配联合优化方法,其特征在于,确定燃料电池混合动力系统的参数可行域,形成由备选参数组合构成的参数匹配初步备选方案集合,包括步骤:S104,取有轨电车运行工况曲线中需求功率的最大值,并取燃料电池额定功率及储能设备平均提供功率为恒定值,以蓄电池与超级电容的串并联总数为自变量,有约束方程一:PFC指燃料电池的额定输出功率,PSC和PB分别指超级电容和蓄电池的平均功率;x1和x2分别指代超级电容和蓄电池的数量,为自变量;Pt指机车的需求牵引功率,η指电机效率,ηpwm指牵引逆变器效率,ηDC-DC指DC-DC变换器的效率;

S105,取机车加速和爬坡过程,取储能设备的单体容量为固定值,蓄电池与超级电容的串并联总数为自变量,有约束方程二:ESC和EB分别指超级电容和蓄电池的所能储存的能量,以超级电容和蓄电池的荷电状态SOC值为0.6进行计算;

S106,对于动力系统均有重量以及体积的最大限制,因此在约束中还需考虑辅助设备引起的重量体积增加,有约束方程三:mFC·Sm_FC+x1·mSC·Sm_SC+x2·mB·Sm_B≤mmaxvFC·Sv_FC+x1·vSC·Sv_SC+x2·vB·Sv_B≤vmax;

其中,将因辅助设备而额外附加的质量简化为附加质量系数Sm_FC、Sm_SC以及Sm_B;用mFC、mSC和mB分别表示燃料电池、超级电容和蓄电池的单体质量;用vFC、vSC和vB分别表示燃料电池、超级电容和蓄电池的单体电压;mmax和vmax分别表示容许动力系统占用的最大质量和体积上限;

S107,根据约束方程一、约束方程二和约束方程三,形成燃料电池、超级电容容量和蓄电池容量的参数可行域;

S108,在参数可行域范围内,找出满足有轨电车实际工况的备选参数组合,由备选参数组合形成参数匹配初步备选方案集合。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池混合动力有轨电车参数匹配联合优化方法,其特征在于,步骤S200中,所述多目标优化函数为:θ=m1·C(PFC,SOCbat,SOCSC)+m2·ST(PFC,SOCbat,SOCSC)+m3·DY(PFC,SOCbat,SOCSC);

其中,m1、m2和m3是权系数;C是全寿命周期成本函数,ST是服役时间,DY是整车动力性,SOCbat是蓄电池的荷电状态值,SOCSC是超级电容的荷电状态值。