车载储能列车节能运行策略的优化

《IEEE Transactions on Transportation Electrification》：Optimization of Energy-Saving Operation Strategy for On-Board Energy Storage Trains

OBES列车通过最优控制模型和Pontryagin最大原理推导平衡功率条件，设计BP插入算法生成节能速度曲线，仿真显示较基准策略节能9.23%且计算高效。

　　

摘要：

在城市轨道交通中，车载储能（OBES）系统的应用逐渐增加，由于其独特特性，与传统的电网供电列车相比，OBES列车采用了更为高效的节能驾驶策略。本文研究了OBES列车的最优控制条件（OCCs）以及节能速度曲线的优化方法。考虑到OBES列车独特的功率耦合约束，建立了一个以OBES为控制变量的最优控制模型，以最小化能耗。随后，基于庞特里亚金最大原理推导出了OBES列车的OCC，其中平衡功率（BP）条件被确定为节能条件。设计了一种BP插入算法来生成精确的节能速度曲线。在采用超级电容器（SCs）供电的有轨电车上进行的仿真表明，所提出的算法能够生成满足约束条件的节能速度曲线。与作为基准的巡航策略相比，所提出的OR_BP在实际轨道运行中的节能率为9.23%。在不同的轨道上，OR_BP在保证节能效果的同时还具有较高的计算效率。最后，分析了超级电容器不同参数和型号对节能效果的影响。

引言

城市轨道交通高效、便捷且环保，因此在主要城市的交通基础设施中发挥着关键作用。尽管它为通勤者提供了便利，但由于其大规模的运营，能源消耗问题日益突出[1]。列车运行过程中的能耗占总能源使用量的很大一部分[2]。因此，研究高效的节能策略以减少能源消耗至关重要[3]。