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第４３卷第９期电工电能新技术Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．９
２０２４年９月ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｅｒｇｙＳｅｐｔ．２０２４
计及列车节能运行影响的城轨储能系统最优化容量配置
１２１１
罗川川，马兴，刘锦洋，管勃
（１．重庆大学电气工程学院，重庆４０００４４；
２．国网重庆市电力公司电力科学研究院，重庆４０１１２１）
摘要：优化设计列车运行曲线并合理配置超级电容储能是解决城轨牵引供电系统能量损耗大、功率
冲击显著的有效方案。列车运行曲线会直接决定列车的当前运行状态，一方面通过调整牵引电机的
工作效率改变供电系统的整体能耗，一方面通过调节列车牵引过程与再生制动过程间的功率差优化
储能容量配置。考虑到以上两方面因素的相互制约，本文提出了一种综合的城轨储能系统最优化容
量配置方法，旨在兼顾列车节能运行和降低储能容量。首先，利用列车运行的数学模型建立考虑牵引
电机工作效率变化的列车能耗函数。然后，考虑多车运行时的能量交互确定列车牵引与再生制动间
的功率差函数。进而，重新构建固定时分下考虑系统综合能耗与储能容量的复合经济指标的目标函
数。最后，采用遗传算法和粒子群算法相结合的优化算法，得到列车的最优运行曲线。算例分析表
明，基于本文优化方法得到的列车运行曲线能够在节能的同时大幅降低超级电容的配置容量。
关键词：储能系统；容量配置；再生制动；牵引电机
ＤＯＩ：１０１２０６７／ＡＴＥＥＥ２３０８０４４文章编号：１００３⁃３０７６（２０２４）０９⁃００１１⁃１２中图分类号：ＴＭ９２２
复杂的优化问题。
１引言
近年来，世界各地的研究人员深入探讨了列车
经济和社会的迅猛发展推动了城市化进程的加节能运行的优化策略，取得一些卓有成效的研究成
深。以地铁为代表的城市轨道交通已成为缓解城市果。面向单列车节能运行，文献［５］以能耗最小为
交通压力和节能减排的重要途径，也是达成“双碳”指标构建目标函数，成功设计出列车运行曲线。实
目标的关键措施。到２０２２年年末，轨道交通已在中际算例的结果表明，该方法能有效减少能量消耗，但
国５５个城市投入运营，其总里程超过了１万ｋｍ。是忽略了能量转换效率。文献［６］深入比较了不同
在全国范围内，城市轨道交通的总耗电量累计至的数值算法下列车运行曲线的性能表现，证明该优
２２７９２亿ｋＷ·ｈ，牵引部分的耗电量则达到了化问题并非唯一解。此外，文献［７］指出加装车载
［１］
１１３１５亿ｋＷ·ｈ。鉴于城市轨道交通的总耗电量式超级电容来有效利用再生制动能量，并研究了不
庞大，即使系统效率提升微小，其节能成果也相当显同充放电策略对储能系统性能的作用，但是没有涉
著。因此，如何优化列车运行方式以提升电力牵引及地面式储能情况。文献［８］提出可变权重的目标
供电系统的效率成为迫在眉睫的课题。同时，考虑函数来均衡列车能耗和运行时间，但是很多情况下
到列车运行过程中存在牵引、匀速、惰性、制动等环运行时间是无法自由调节的。同时，文献［９］将牵
节，列车的功率曲线呈现脉动特性，对牵引供电系统引电机的效率也计入目标函数，可以设计出更准确
［２，３］
的稳定性造成严重影响。从而，亟需在传统牵的列车运行曲
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