1.一种有轨电车混合储能系统能量调度方法,应用于有轨电车能量回收系统,所述系统包括用于有轨电车能量回收的混合储能系统、牵引变电站和控制模块,所述混合储能系统包括并联的锂电池储能单元和超级电容储能单元,所述控制模块执行能量调度方法,其特征在于,所述能量调度方法包括以下步骤:(1)采集列车行驶特性,计算列车牵引负荷能量;采集实时监测的列车功率和超级电容器荷电状态,通过模糊控制得到锂电池储能单元的充电倍率,并由所述充电倍率计算出两种储能单元的最大充放电功率;计算两种储能单元的最大充放电功率包括以下过程:(21)采集实时监测的功率Pd和超级电容器荷电状态SOCcap,通过模糊控制输出倍率的隶属函数,与根式惩罚系数f相乘后,再乘以锂电池最大倍率Cbat,max得到锂电池单元的充电倍率 其中,根式惩罚系数f为:式中,SOCbat(k)、SOCbat,max和SOCbat,min分别为锂电池单元荷电状态的实时值、最小值和最大值;k为离散的时间序列;
(22)超级电容和锂电池的最大充电功率Pcap,ch,max、Pbat,ch,max表达式分别为:式中,Vcap,rate为超级电容系统额定电压,Vcap,min为其运行中的最低电压,tuc为充电时间,Vbat,max为锂电池单元充电至指定荷电状态的电压, 为锂电池单元充电倍率,Qbat为锂电池单元额定容量;
(2)由步骤(1)得到的列车牵引负荷能量,计算混合储能系统容量,根据列车起停的负荷能量曲线,采用低通滤波算法计算混合储能系统中两种储能单元各自的预分配能量;采用低通滤波算法计算混合储能系统中两种储能单元各自的预分配能量,包括以下过程:(31)车辆起停时的负荷波动能量优先由混合储能系统提供,即混合储能系统容量Ehess为:Ehess=ES‑Egrid
式中,Egrid为牵引电站离线预测能量,由牵引电站的历史运行特性预测得到;
(32)根据列车起停的负荷能量曲线,采用低通滤波算法对混合储能系统容量Ehess进行能量预先分配,t时刻锂电池预分配能量Ebat_ref(t)为:
式中,ΔT为采样时间间隔,τ为时间常数;
超级电容器预分配能量Ecap(t)为:
Ecap(t)=Ehess(t)‑Ebat_ref(t);
(3)基于两种储能单元各自的实时荷电状态对其预分配能量进行二次修正,并以最大充放能量和步骤(1)所得的最大充放电功率为约束条件,将二次修正的能量值再乘以调整系数,确定两种储能单元的能量分配;具体包括以下过程:(41)当储能单元的实时荷电状态高于储能单元离线荷电状态阈值以上时,超级电容超出阈值部分由电池承担,电池超出阈值部分由牵引变电站承担;
(42)当储能单元的实时荷电状态低于储能单元离线荷电状态阈值以下时,超级电容低出阈值部分由电池承担,电池低出阈值部分通过降低牵引变电站输出功率来修正,若出现未吸收完的制动量,则通过制动电阻消耗;
(43)将储能单元荷电状态平均分为5个区间,分别为过放、低荷电、正常、高荷电以及过充状态,当储能单元处于低荷电状态且放电时或者处于高荷电状态且充电时,引入调整系数a,计算储能单元调整能量Ead(t)=aEref(t),其中Eref为调整前的储能单元能量。
2.根据权利要求1所述的有轨电车混合储能系统能量调度方法,其特征在于:步骤(1)中所述的列车牵引负荷能量ES计算式为:ES=E‑EL
其中,再生制动能量E为:
式中Fb是列车总制动力,a’是平均制动减速度,V为列车速度,V3是列车最高运行速度;
列车空气损耗EL为:
式中V2是恒功区间到特性区间转折速度,a2是恒转矩区间瞬时减速度,C2为常数。
3.根据权利要求1所述的有轨电车混合储能系统能量调度方法,其特征在于:步骤(1)中所述的计算两种储能单元的最大充放电功率,计算时锂电池采用“首末站”充电模式,超级电容器采用“站站”充电模式,所述“首末站”充电模式是在列车到达首、末站点时,对列车充电;所述“站站”充电方式是指列车每次停靠站点都进行充电。
4.根据权利要求1所述的有轨电车混合储能系统能量调度方法,其特征在于:步骤(41)中所述的阈值取值10%,当储能单元的实时荷电状态高于储能单元离线荷电状态10%以上时,超级电容的二次修正量为;
式中,SOCcap(t)为超级电容调整策略前的实时荷电状态,SOCCAP(t)为超级电容离线时的荷电状态,Ecap为超级电容预分配能量;ΔT为采样时间间隔;
锂电池的二次修正量为:
式中,SOCbat(t)为锂电池调整策略前的实时荷电状态,SOCBAT(t)为锂电池离线时的荷电状态,Ebat为锂电池预分配能量。
5.根据权利要求1所述的有轨电车混合储能系统能量调度方法,其特征在于:步骤(42)中所述的阈值取值10%,当储能单元的实时荷电状态低于储能单元离线荷电状态10%以下时,超级电容和锂电池的二次修正量分别为;
式中,SOCcap(t)为超级电容调整策略前的实时荷电状态,SOCCAP(t)为超级电容离线时的荷电状态,Ecap为超级电容预分配能量;SOCbat(t)为锂电池调整策略前的实时荷电状态,SOCBAT(t)为锂电池离线时的荷电状态,Ebat为锂电池预分配能量。
6.根据权利要求1所述的有轨电车混合储能系统能量调度方法,其特征在于:步骤(43)中所述的调整系数a的取值如下:如果0<Ebat_ref(t)<Det,则调整系数a=1;若Det<Ebat_ref(t)<Ebat_max(t)‑Det,a=Det/Ebat_ref(t);若Ebat_max(t)‑Det<Ebat_ref(t)<+∞,此时调整系数取a=Det/(Ebat_max(t)‑Det);
如果‑Det<Ebat_ref(t)<0,则调整系数a=1;若‑Ebat_max(t)+Det<Ebat_ref(t)<‑Det,a=Det/EbAt_ref(t);若‑∞<Ebat_ref(t)<‑Ebat_max(t)+Det,此时调整系数取a=Det/(Ebat_max(t)‑Det);
式中Det为设定值,Ebat_max为锂电池最大充放能量,Ebat_ref为锂电池实时能量。