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燃料电池有轨电车能量管理Pareto多目标优化

已有 148 次阅读 2020-3-27 15:25 |系统分类:博客资讯|关键词:学者

有轨电车的能量管理优化是指:对以多种能量源供能的有轨电车的能量管理策略进行优化,从而控制各能量源在不同工况下合理的释放或吸收电能,达到降低列车运行能耗,提高能量源使用寿命的目的。


随着我国经济和社会持续高速的发展,城市汽车保有量也保持着快速增长的态势,这导致了交通拥堵和城市空气污染等一系列问题的出现。为了缓解这些问题,相关政府机构正在大力倡导公共、绿色的交通出行方式。常见的公共交通方式包括:


1)常规公交系统:通用性好、成本低、运量小、舒适性较差;

2)快速公交系统:运量相比常规公交稍大、成本较低、舒适性一般;

3)现代有轨电车系统:运量较大、成本中等、舒适性好;

4)地铁系统:运量大、成本高、舒适性好;

……


相比于日常使用较多的常规公交系统与地铁系统,现代有轨电车系统以较好的舒适性和较优的经济成本,正在被越来越多的城市所采用。


上海有轨电车


现代有轨电车系统多采用接触网供电,这种方式电能来源稳定,但是也带来了电网架设成本高和城市美观性不佳等问题。人们开始尝试使用车载燃料电池作为有轨电车的主动力源。然而,燃料电池系统的动态响应较慢,研究者常通过在电车上增加其它辅助储能设备(如动力电池、超级电容)来解决这一问题,这使得有轨电车可能包含多种能量源。能量管理策略的作用就是管理这些能量源在不同运行条件下的能量输出,达到降低列车运行能耗,提高能量源使用寿命的目的。


燃料电池有轨电车


目前,优化能量管理策略的主要方法包括最优控制方法和智能优化方法。当解决能量管理策略的多目标优化问题时,无论采用哪种方法,研究者首先需要将多个优化目标通过加权的形式转化成单一优化目标,然后再进行优化。然而,合适的权重值是很难确定的。


鉴于此,本文结合燃料电池有轨电车系统的特点,以燃料经济性和系统耐久性作为性能指标,采用Pareto多目标优化方法对能量管理策略进行优化。同时,本文总结了能量管理策略的目标功率参数对性能指标的影响规律,并在此基础上,从得到的Pareto非劣解集中遴选出一个综合最优解。本文研究成果对于相关有轨电车系统的能量管理策略优化具有参考价值。


引用格式:张晗, 杨继斌, 张继业, 宋鹏云, 徐晓惠. 燃料电池有轨电车能量管理Pareto多目标优化. 自动化学报, 2019, 45(12): 2378−2392.

链接:http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.c190044

作者简介


张晗, 西南交通大学信息科学与技术学院博士研究生. 主要研究方向为新能源车辆功率控制, 多目标优化, 电池管理系统, 交通流模拟. 

E-mail: h.zhang.phd@foxmail.com


杨继斌, 西华大学汽车与交通学院讲师. 主要研究方向车辆混合动力系统控制与优化. 

E-mail: yangjibin08@163.com


张继业, 西南交通大学牵引动力国家重点实验室教授. 主要研究方向为高速列车流固耦合动力学, 复杂系统的稳定性与控制和混合动力车辆. 本文通信作者. 

E-mail: jyzhang@home.swjtu.edu.cn


宋鹏云, 西南民族大学电气信息工程学院讲师. 主要研究方向为动力学与控制和电力电子技术. 

E-mail: songpy23@foxmail.com


徐晓惠, 西华大学汽车与交通学院车辆工程系副教授. 主要研究方向为非线性关联系统的稳定性分析和控制, 包含人工神经网络, 车辆自动跟随控制系统, 混沌系统. 

E-mail: xhxu@163.com




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