(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110746575.8 (22)申请日 2021.07.01 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113452045 A (43)申请公布日 2021.09.28 (73)专利权人 湘潭大学 地址 411105 湖南省湘潭市雨湖区羊牯塘 街道湘潭大 学 (72)发明人 罗培　石瀚华　梁峻豪　 (51)Int.Cl. H02J 3/28(2006.01) H02J 3/30(2006.01) H02J 3/32(2006.01) H02J 3/00(2006.01) B60M 3/00(2006.01) B60M 3/06(2006.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 119/02(2020.01)(56)对比文件 CN 111241463 A,2020.0 6.05 CN 113013909 A,2021.0 6.22 CN 108365634 A,2018.08.0 3 WO 201709 2370 A1,2017.0 6.08 邬明亮等.面向电气化铁路的超 级电容储能 系统经济性研究. 《分布式能源》 .2020,(第01 期), 张继元等.考虑需量管理的用户侧储能优化 配置策略研究. 《电力需求侧管理》 .2020,(第0 5 期), 马茜.基于超级电容储能的新型铁路功率调 节器协调控制策略设计. 《电工技 术学报》 .2018, Pei Luo.Multi-Ap plication Strategy Based on Railway Static Po wer Conditioner With Energy Stora ge System. 《 IE EE Transacti ons on Intelligent Transportati on System s 》 .2021, 审查员 曾素颖 (54)发明名称 一种基于多应用场景下的电气化铁路储能 装置优化选型方法 (57)摘要 本发明是一种基于多应用场景下的电气化 铁路储能装置优化选型方法， 该方法主要包括： 通过上下限阈值约束， 提出以储能加入牵引供电 系统全寿命周期经济效益最大为目标函数， 建立 牵引负荷调峰及再生制动能量回收的多重应用 模型， 从而解决了牵引负荷峰值冲击和再生制动 能量回收利用问题， 进而 得到储能装置的优化配 置结果与评价参数， 最后从削峰率、 制动能量回 收率、 净现值三个角度出发， 研究了当前广泛应 用于牵引供电系统的三种储能装置—蓄电池、 超 级电容、 飞轮， 为储能装置在牵引供电系统多应 用场景下的规划提供参考。 该方法效果好且适用 性广。 权利要求书3页 说明书6页 附图1页 CN 113452045 B 2022.05.24 CN 113452045 B 1.一种基于多应用场景下的电气化铁路储能装置优化选型方法， 其特征在于， 包含以 下步骤： A.提出调峰及再生制动能量回收策略； B.以全寿命周期效益 最大化建立多应用优化模型； C.根据优化模型得到量化数据， 从而得到削峰率、 再生制动能量利用率、 净现值三个指 标数据； 步骤A内容为： 首先采用上下限阈值约束法对牵引负荷进行调峰及再生制动 能量的回 收利用控制， 当牵引负荷 P(t)＞Pup时， 表示牵引负荷功率 过大， 由储能系统进行放电削峰操 作， 当牵引负荷P(t)＜Plow时， 表示再生制动负荷功率过大， 由储 能系统进行充电吸收再生 制动能量操作， 而当负荷处于上下限阈值线之 间， 储能装置不动作， 从而实现削峰及再生制 动能量回收利用， 上 下限阈值约束计算表达式如下: 其中a为阈值修正系数， Pavg为牵引、 制动状态下负荷的平均值， ΔP为负荷峰谷 差； 步骤B内容为： 建立储能式牵引供电系统 的全寿命经济模型， 用以量化储能装置的评价 指标同时实现多应用策略， 其中全寿命周期经济效益模型主 要包括如下: 储能系统初始投资模型:C1＝CPP+CEE+CBP                           (2) 式中： CP、 CE分别为储能装置功率成本、 容量成本、 CB为储能变流器的单位成本， P为储能 装置的额定功率、 E为储能装置额定容 量； 运行维护成本: 式中： Cess为储能型装置单位运行维护成本； ir为通货膨胀率； dr为贴现率； N为储能使用 寿命； 设备更换成本:由于超级电容、 飞轮寿命都在10年以上， 因此全寿命周期内的置换成本 只考虑蓄电池的使用寿命； 延缓牵引供电系统升级效益: 式中： Ctrans为牵引变压器单位升级费用， Pmax为牵引负荷最大功率， τ为负荷年增长率， ΔM为配置储能系统后牵引供电系统可延缓升级扩建年限， 表达式为: 减少基本电费收益:由于牵引 变电所用电属于大工业用电， 所以电费按照两部制电价权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 113452045 B 2进行收费， 基本电费按专用变压器容量进行计费， 由于在配置储能设备后可以适当减少变 压器容量， 从而减少每月需缴纳的基本电费， 全寿命周期基本电费收益表达式如下； 式中： SVv为加入前牵引变压器的容量， S ′Vv为储能加入后牵引变压器的容量， Ybase为每 月变压器 基本容量电费， 单位 为元/kW/月； 减少电度电费收益:由于储能装置回收再生制动能量在牵引负荷高峰期进行放电操 作， 因此减少 了从电网进行购电减少 了电度电费， 全寿命周期内的电度电费套利收益表示 为； 式中： Pin(t)代表在第t时段储能装置回收再生制动能量的功率； Ywatt(t)为平均购电电 价； 回收利用价 值:储能电池的回收利用价 值B5主要与投资成本有关， 其关系为； 式中： δ 为回收残值 率， 取5％； 综上， 得到多应用场景 下的目标函数： F＝max(B4+B3+B2+B1 ‑C3‑C2‑C1)        (10) 根据多应用要求和以及储能装置的特性要求设置以下约束： 荷电状态(SOC)约束： 为了保证储能装置长久有效的运行， 储能装置的SOC应当在合理 的限定范围内进行充放电操作； SOCess,min≤SOCess(t)≤SOCess,max            (11) 式中： SOCess,min、 SOCess,max分别为储能系统荷电状态的最大最小值； 调峰及再生制动回收利用约束:由步骤A可知阈值修正系数a的大小直接决定了调峰和 再生制动能量回收利用的效果， 因此需要兼顾这两个方面选取削峰系 数， 当目标削峰率和 再生能量利用率给定时， a的值可以唯一确定,  但为了保证调峰和再生制动能量回收利用 的效果， 所以必须满足上 下限功率约束； 约束表达式为： Pavg≤Pup≤Pmax                   (12) Pmin≤Plow≤0                    (13) 牵引变压器容 量约束 式中： μ为功率因素， 一般取0.8； 从上述约束条件(12)、 (13)和(14)及储能的充放电功率， 可计算得到储能额定功率P及 额定容量E， 表达式如下 所示：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 113452045 B 3