恭喜兰州交通大学王英获国家专利权
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龙图腾网恭喜兰州交通大学申请的专利一种混合储能系统接入牵引供电系统的能量管理方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115513985B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-17发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202211294757.7,技术领域涉及:H02J3/32;该发明授权一种混合储能系统接入牵引供电系统的能量管理方法是由王英;郭亚;母秀清;陈小强;贺彦强;杨欢;李少航设计研发完成,并于2022-10-21向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种混合储能系统接入牵引供电系统的能量管理方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种混合储能系统接入牵引供电系统的能量管理策略,选择能量密度型储能介质‑锂电池和功率密度型储能介质‑超级电容,构建混合储能型RPC系统,对系统原理及控制策略进行研究。为提高再生制动能量利用率及延长储能介质循环使用寿命,提出基于VMD的混合储能型系统能量管理策略。为了更加准确地获取储能功率中高、低频功率,根据VMD分解后的IMF互相关系数最小值对应的IMF作为阈值,重构得到高、低频储能功率,得到储能介质目标功率值并通过控制双向DCDC实现储能介质的充放电。针对所提控制策略在上海远宽能源ModelingTech的StarSim电力电子小步长实时仿真器进行硬件在环测试实验,并在MATLABSimulink上结合兰新线某牵引变电所实测数据进行长工况验证分析。
本发明授权一种混合储能系统接入牵引供电系统的能量管理方法在权利要求书中公布了:1.一种混合储能系统接入牵引供电系统的能量管理方法,其特征在于,所述方法包括: S1、确定牵引供电系统的削峰阈值Ptra和填谷阈值Preg,确定混合储能系统中锂电池充电最大值Pbat_cmax、放电最大值Pbat_dmax、超级电容充电最大值Psc_cmax、放电最大值Psc_dmax、锂电池荷电状态SOC变化范围SOCbat_min、SOCbat_max和超级电容荷电状态SOC变化范围SOCsc_min、SOCsc_max; S2、检测牵引供电系统中牵引侧左、右供电臂电压有效值UL、UR及电流有效值IL、IR,检测混合储能系统中超级电容和锂电池荷电状态SOCbat、SOCsc; S3、根据牵引侧左、右供电臂电压有效值和电流有效值,计算牵引侧的左、右供电臂负荷有功功率PL、PR,根据牵引侧的左、右供电臂负荷有功功率得到负荷总有功功率PZ;根据锂电池充电最大值、放电最大值,超级电容充电最大值、放电最大值,得到总有功混合储能系统充电最大值Pes_cmax,放电最大值Pes_dmax; S4、基于上述得到的削峰阈值和填谷阈值、锂电池和超级电容荷电状态SOC变化范围、超级电容和锂电池荷电状态、负荷总有功功率、总有功混合储能系统充电最大值和放电最大值,构建混合储能系统的充放电策略,根据混合储能系统的充放电策略确定储能系统目标功率值 在步骤S4中,所述构建混合储能系统的充放电策略分为三个模态: 1填谷储能模态 当PZ≤Preg并且SOCbat或SOCsc小于各自荷电状态最大值时,储能系统吸收再生制动能量,可具体分为以下两种情况,当PZPes_cmax,储能系统吸收能量为|Pes_cmax|,剩余能量返送回电网;当PregPZ≥Pes_cmax,储能系统吸收能量为|PZ|,无能量返送回电网;故该模态下储能系统目标功率值P*es为: 2备用模态 当PregPZPtra或SOCbat、SOCsc不处于正常工作范围时,储能系统处于备用模态,其目标功率值P*es为: 3削峰释能模态 当PZ≥Ptra且SOCbat或SOCsc大于各自荷电状态最小值时,储能系统释放能量,降低负荷峰值,减小牵引变压器负荷需求,剩余能量由电网提供;具体分为以下两种情况,Ptra≤PZPtra+Pes_dmax时,储能系统释放能量为|Ptra-PZ|,当PZ≥Ptra+Pes_dmax时,储能系统释放最大能量Pes_dmax;故削峰释能模态下储能系统目标功率值P*es为: S5、采用VMD分解算法分解得到K个IMF并计算互相关系数,根据互相关系数重构得到锂电池目标功率值和超级电容目标功率值即实现了混合储能系统接入牵引供电系统的能量管理策略; 在步骤S5中,所述计算互相关系数具体为: 确定互相关系数RIMFk,IMFk+1为相连IMFk与IMFk+1的互相关系数: 式中,N为采样点数;分别为第k个IMF标准差和均值; 分别为第k+1个IMF标准差和均值,选择互相关系数最小值对应的IMFk作为分界,将IMF1-k重构为储能系统低频功率PesL,并将其与锂电池充放电最大值进行比较,得到锂电池目标功率值为: 超级电容目标功率为: 在步骤S3中,牵引侧的左右供电臂负荷有功功率PL、PR计算公式为:PL=ULIL;PR=URIR;iL、iR分别为补偿后左、右供电臂电流;UL、UR分别为左、右供电臂电压有效值;负荷总有功功率PZ计算公式为:PZ=PL+PR;总有功混合储能系统充电最大值Pes_cmax计算公式为:Pes_cmax=Pbat_cmax+Psc_cmax;放电最大值Pes_dmax计算公式为:Pes_dmax=Pbat_dmax+Psc_dmax; 在步骤S5中,利用VMD分解算法分解具体为: 利用所述VMD分解算法即约束变分模型分解如式4所示: 式中:{uk}为负荷总有功功率经VMD分解得到的IMF集合;{ωk}为IMF中心频率集合;K为IMF数量;δt为脉冲函数; 通过引入Lagrange乘子函数来解决上述变分问题最优解,其表达式为: 式中λ为Lagrange乘法算子;a为二次惩罚因子; 采用交替乘子算法求解式4,通过迭代更新uk、ωk和λ,求得IMF,再经傅里叶变换求得模态分量及其中心频率如式: 式中分别为λω、uiω经傅里叶变换后的序列;为当前剩余量的维纳滤波;为当前IMF中心频率; Lagrange乘法算子更新公式为: 在迭代求解过程中,各IMF及其中心频率不断更新,直至满足迭代停止条件后结束整个循环,迭代停止条件为: 式中,e为给定判定精度,e0; 即得到了K个IMF。
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