[发明专利]一种电力机车再生制动能量存储装置的选址方法

说明书

本发明公开了一种电力机车再生制动能量存储装置的选址方法，包括步骤：计算定时工况下电力机车的最低能耗运行速度曲线；以该速度曲线为目标速度，进行牵引计算，获得一辆电力机车在一次完整运行过程中的再生制动能量时空分布特性；计及行车运行图，获得线路全天再生制动能量的时空分布特性；根据再生制动能量的分布情况，进行再生能量存储装置的选址。本发明的有益效果在于，以控制向量参数化方法得到的速度曲线为基础目标速度，结合牵引计算得到更加准确的电力机车实际运行过程，相比目前电力机车仅使用牵引计算得到的运行结果更加节能。

技术领域

本发明涉及轨道交通能量规划管理领域，特别是一种电力机车再生制动能量存储装置的选址方法。

背景技术

在高铁快速发展的现实背景下，高速电气化铁路的节能降耗是近年来关注的热点。新型的高速电力机车普遍采用以再生制动为主的制动方式，在制动过程中会产生再生能量，由于高速电力机车质量大、速度高的特点，这部分能量可以占到总牵引能耗的10～20％。再生制动能量的有效存储与高效利用将大大提升高速铁路能量的利用率，是高铁节能降耗的重要手段之一。

在城市轨道交通领域，电力机车启动制动频繁，运行期间会产生大量的再生制动能量，而由于其运行区间较短，在存储再生制动能量时主要考虑存储装置的容量问题，对安装位置要求不高。高速电力机车的运行区间较长，速度较高，制动频率低，再生制动功率大，与传统的城市轨道交通频繁制动的特性有较大区别，再生制动能量分布特性有所不同，因此在能量存储装置的选址设计上需要另行考虑。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力机车再生制动能量存储装置的选址方法，该方法有效提高了再生制动能量的存储效率。

实现本发明目的的技术方案是：

一种电力机车再生制动能量存储装置的选址方法，包括：

步骤1.计算定时工况下电力机车的最低能耗运行速度曲线，包括：

1-1.以运行里程为基本步长，建立单质点电力机车的动力学模型：

式(1)中，t为运行时刻，s为运行公里标，κ为单位动能，v为电力机车运行速度；

式(2)中，M为电力机车总质量，ρ为旋转质量系数，μ_t为牵引力系数，F_t为牵引力，μ_b为制动力系数，F_b为制动力，F_r为基本阻力，F_a为附加阻力；

1-2.以线路坡段为基准，参数化控制向量：

式(3)中，F为全运行区间控制变量向量集，Fⁿ为第n个子区间的控制变量常数向量，由牵引力F_t和制动力F_b构成；

1-3.建立能耗目标模型，求取实际牵引能耗，并取最小值：

式(4)中，J为实际牵引能耗，S₁为线路起始位置，S₂为线路结束位置，η为再生制动能量利用率，F_rb为再生制动力；

1-4.采用控制向量参数化方法求解电力机车最低能耗运行的速度曲线；

步骤2.以最低能耗运行速度曲线为目标速度，进行牵引计算，获得一辆电力机车在一次完整运行过程中的再生制动能量时空分布特性，包括：