随着铁路路网规模持续扩大,截至2022年底,铁路电力机车拥有量占总机车的64.5%,国家铁路货运总发送量完成3.903 Gt,比上年增长4.8%[1 ] .为支撑“碳中和”愿景实现,我国铁路行业制定了推广清洁能源利用的政策,鼓励在铁路沿线布局新能源发电及储能设施,推动绿色交通运输设施的发展[2 4] .
随着储能技术的发展,能源调度与储能装置相结合的综合能源利用系统其研制与工程化应用越来越多渗透到牵引供电系统中,此类技术研究也将成为铁路系统综合能源领域的工作重心.目前,国内已报道一种车载式储能-光伏混合系统,将蓄电池通过变换器接入机车直流母线,为机车牵引或辅助供电系统供能[5 ] .然而,传统货运铁路车载低容量储能方案中,储能系统因装机容量、转换效率受车内空间所限而难以达到预期效果,无法满足铁路运营需求[6 -7 ] .大容量车载储能系统有足够裕度,可通过平衡源-车功率供需促进新能源消纳,还能实现长时间尺度内牵引负荷的削峰填谷以提高系统运行经济性,同时保障货运车辆自供电系统的电能稳定输出,增强系统供电可靠性与弹性[8 10] .因此,在铁路货车后加装兆瓦级集装箱式电池储能系统为机车牵引供能,能够有效利用铁路沿线分布不均的新能源资源.
合理的容量配置是充分发挥储能系统经济效益的关键,储能系统对能量的时空平移能力可以在大范围内配置资源,被视为对电网削峰填谷、提高风电接纳的有效手段之一[11 13] .在储能容量配置方面,文献[14 ]中研发了一种门式起重机势能再回收系统,可有效存储起升机构下降的势能,满足起升机构上升或载荷突增时的用能需求;文献[15 ]中提出一种集成光伏和储能的铁路能源管理系统,通过储能装置回收列车再生制动能量和光伏能量.但这两项研究均在固定容量下进行能源分配利用.针对储能削峰填谷效果和经济效益问题,文献[16 -17 ]中对集成可再生能源和混合储能系统的牵引供电系统进行优化,求解功率潮流模型和经济性模型,验证了该系统能够有效助力铁路实现节支降耗;文献[18 ]中提出一种基于增强烟花算法的移动式储能系统(MESS)削峰填谷调度优化方法,围绕MESS削峰填谷的可靠性、经济性及网损降低目标,构建了双层调度优化模型;文献[19 -20 ]中结合跨区联络计划与送、受端运行的整体特性,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度,但未考虑沿线不同区域的电价信息差异及储能系统对区域互济的影响.
分析上述文献可知:针对不同运行方式的货运班列缺乏精细化建模过程,车载储能系统缺乏合适的利用方案和优化策略;针对电气化铁路储能容量配置和能源调度方式,未根据场站或行驶沿线的负荷和新能源分布情况对其容量进行优化调度分析,限制了能源利用效率.
针对以上问题,提出一种跨区货运铁路储能牵引系统设计优化策略,利用MESS的时空灵活性,综合考虑MESS跨区域分时段削峰填谷的容量配置的经济性.考虑分时分区电价差异,在电网侧以负荷标准差最小为优化目标,旨在减小峰谷差;对于铁路货运班列储能牵引系统,以日运行效益最大为优化目标,确定移动式储能的充放电策略;班列抵达场站后,场站门吊集群可利用储能电池实现吊机再生能量互济,降低场站吊机能耗.采用CPLEX求解器求解模型,分析MESS削峰填谷优化结果并选取系统最优解.
1 货运铁路储能牵引系统优化运行框架
我国西部能源基地密集,东部负荷分布密集.装设集装箱式电池储能车皮的跨区货运班列可在西部地区全天候利用接触网供电行驶并高比例蓄能,在东部地区依靠储能车皮协助供电行驶,降低东部地区电网能耗;也可在东部地区夜间低谷接触网供电行驶、白天利用储能车皮行驶,将铁路运输的时段性削峰填谷与地域性削峰填谷结合;当班列抵达场站后,储能系统能够回收并及时利用门吊集群在作业过程中浪费的势能,使得储能电池的应用效益最优化.
基于图1 所示的框架,提出一种考虑MESS生命周期成本的优化调度方法.首先,从交通侧获取货运班列运营信息,包括牵引机车型号、班列技术速度和班列初始载重,结合班列行驶路径信息,确定其行驶时间及单位时间耗电量.然后,依据货运班列运行能耗及沿线负荷能源分布情况,考虑分时分区电价差异,建立MESS生命周期成本模型,合理配置储能牵引系统容量及优化充放电运行策略,完成货运班列的运营任务,尽可能减少MESS生命周期内的各项成本.
图1
图1
货运铁路储能牵引系统优化运行框架
Fig.1
Optimized operation framework of freight railway energy storage traction system
2 储能牵引系统跨区域削峰填谷建模
2.1 货运铁路储能牵引系统
储能系统的荷电状态(state of charge,SOC)指锂电池所剩余电量与当前容量的比值.t 时刻储能装置SOC为
(1) $ \begin{aligned} S_{t}= & S_{0}+ \\ & \frac{1}{E_{\mathrm{e}}}\left(\sum_{t=1}^{T} \eta_{\mathrm{ch}} P_{\mathrm{e}, \mathrm{ch}, t} X_{t} t-\sum_{t=1}^{T} \frac{1}{\eta_{\mathrm{dis}}} P_{\mathrm{e}, \mathrm{dis}, t} Y_{t} t\right) \end{aligned}$
式中:S 0 为储能初始时刻荷电状态;E e 为电池储能装置的额定容量;T 为调度时间周期;Xt 、Yt 分别为储能充、放电状态;P e,ch, t P e,dis, t t 时刻锂电池储能充、放电功率;η ch 、η dis 分别为锂电池通过变换器连接到电网的充、放电效率.
2.2 分时分区电价
不同时域、不同地域负荷-新能源分布情况影响区域电价[21 -22 ] .分时分区电价引导班列-储能牵引系统优先消耗可再生能源发电、减少火电机组出力,提升风光消纳能力和系统运行的经济性.基于此,在考虑不同区域发电价格时主要有两个因素:①为提高班列-储能牵引系统可再生能源消纳水平,可再生能源发电价格应低于火电机组和电网的价格,以保证班列-储能牵引系统优先消纳可再生能源发电;②当负荷高于该时段可再生能源发电时,需要引导负荷时移到其他时段;反之,当负荷低于该时段可再生能源发电时,引导负荷时移到该时段.
结合上述分析,为了细节化区分电力来源价格差异,将可再生能源价格表示如下:
(2) C DG, t $\left\{\begin{array}{l}{\gamma }_{DG}{C}_{DG}\frac{{P}_{DG,t}-{P}_{i,t}}{{P}_{DG,t}}, {P}_{i,t}{P}_{DG,t}\\ {\gamma }_{DG}{C}_{DG}\left(\frac{\left|{P}_{DG,t}-{P}_{i,t}\right|}{{P}_{DG,t}}+\frac{{P}_{i,t}-{P}_{DG,t}}{{P}_{i,t}}\right),\\ {P}_{i,t}\ge {P}_{DG,t}\end{array}\right.$
(3) C DG (P DG , t Pi , t /P DG , t C DG , t C DG , max
式中:C DG, t C DG 为可再生能源的单位价格;C DG,max 为可再生能源售电价格上限;γ DG 为再生能源价格调节系数,维持再生能源价格在合理范围内,令γ DG =1;P DG, t Pi , t i 在t 时刻该区域负荷分布的基准值.
2.3 列车牵引能耗
电力机车牵引过程中采用无级变速,其耗电量通常按牵引运行耗电量和惰行、停站时的自用电量两部分进行计算.计算的能源消耗不包括机车在区间内与牵引、推送列车无关的机车运用,如调车、出入段等辅助走行时的能源消耗[23 25] .
(4) $\left.\begin{array}{l}\omega {\text{'}}_{0}=A\text{'}+B\text{'}v+C\text{'}{v}^{2}\\ \omega {″}_{0}=A″+B″v+C″{v}^{2}\end{array}\right\}$
式中:ω' 0 、ω″ 0 分别为电力机车和货车单位运行基本阻力;A'~C' 、A″~C″ 分别为相应系数,取值参见文献[24 ]中各型电力机车、货车单位运行基本阻力公式系数表;v 为班列运行速度.
(5) M g =$\frac{{F}_{a}{\gamma }_{y}-{M}_{p}(\omega {\text{'}}_{0}+{i}_{x})g\times {10}^{-3}}{(\omega {″}_{0}+{i}_{x})g\times {10}^{-3}}$
式中:M g 为班列牵引重量;M p 为电力机车计算重量;F a 为电力机车持续牵引力,根据牵引特性曲线以及列车的速度计算出在该速度下列车的牵引力;γ y 为机车牵引力使用系数,令γ y =0.9;i x 为坡道坡度千分数;g 为重力加速度.
(6) Q y =$\frac{{U}_{w}\sum \left[\right({I}_{p}{\gamma }_{y}+{I}_{p0}\left){t}_{y}\right]}{60}$
(7) Q 0 =$\frac{{U}_{w}\sum \left({I}_{p0}{t}_{0}\right)}{60}$
式中:U w 为电力机车受电弓处网压;I p 为平均有功电流,取值参见文献[24 ]中附录B(各型电力机车牵引计算主要数据表)和附录K(各型电力机车用电有功电流曲线表);I p0 为自用电有功电流,惰行、空气制动及停站时,机车自用有功电流I p0 为2 A;t y 为牵引工况时间;t 0 为机车惰行、制动及停站时间.
(8) q =$\frac{Q\times {10}^{4}}{{M}_{g}L}$
式中:q 为机车每万吨千米耗电量;Q 为区段耗电量;L 为牵引区段长度.同种机车在不同速度和运行级位下,单位时间机车的有功电流不同导致机车耗电量不同.
2.4 门吊势能回收模型
门吊起重机能量利用端的节能方法主要是对势能进行回收,在不同工况下,起升机构下降时所产生的再生能量以及上升时所需要的能量不同,需合理配置班列储能系统的容量,根据门机不同工况计算单次可回收势能理论值.
(9) $\left.\begin{array}{l}{E}_{RMG,non}={m}_{RMG,non}g{h}_{RMG,non}{\eta }_{RMG}\\ {E}_{RMG,full}={m}_{RMG,full}g{h}_{RMG,full}{\eta }_{RMG}\\ {E}_{RMG,max}={E}_{RMG,non}+{E}_{RMG,full}\end{array}\right\}$
式中:E RMG,non 、E RMG,full 、E RMG,max 分别为空抓斗一般作业下降最大存储能量、载货抓斗一般作业下降最大存储能量和单次作业最大回收能量值;m RMG,non 为空抓斗质量;m RMG,full 为载货抓斗质量;h RMG,non 为空抓斗下降最大距离;h RMG,full 为载货抓斗下降最大距离;η RMG 为势能回收系统的转换效率.
考虑作业工况不同,储能平均利用度按0.49计算,平均单次回收能量值如下:
(10) E RMG =0. 49E RMG , max
3 储能牵引系统经济性模型
3.1 目标函数
所提集装箱式电池储能牵引系统设计基于交通侧与能源侧协同优化,以削峰填谷效果和储能系统日化全寿命周期成本为目标进行联合优化,最终确定此运行模式下储能系统的配置容量及充放电策略.总目标函数如下:
(11) F =min(αF 1 -βF 2 )
式中:F 1 为削峰填谷负荷标准差;F 2 为储能牵引系统容量优化配置;α 、β 为权重系数.由于优化目标中涉及的负荷标准差和储能经济性的量纲不同,所以对其加设权重系数,设置为等权分布.
3.1.1 削峰填谷负荷标准差
等效负荷标准差能综合考虑负荷波动性、量化负荷波动程度,评估储能系统对平滑负荷曲线的能力.因此,采用该指标表征MESS削峰填谷的效果,计算方法如下:
(12) F 1 =min$\left(\sqrt{\frac{1}{T}\sum _{t=1}^{T}({P}_{Load,t}-{P}_{MESS,t}{)}^{2}}\right)$
(13) P Load , t P net , t P PV , t P WT , t
(14) P MESS, t $\left\{\begin{array}{ll}{P}_{e,ch,t},& {X}_{t}=1\\ 0,& {X}_{t}+{Y}_{t}=0\\ -{P}_{e,dis,t},& {Y}_{t}=1\end{array}\right.$
式中:P Load, t t 时刻配电网净负荷功率;P MESS, t t 时刻储能牵引系统的充放电功率;P net, t P PV, t P WT, t t 时刻配电网负荷功率、光伏发电功率和风力机发电功率. 其中,(P Load, t P MESS, t 2 表示某时间段净负荷差值的平方;对所有时间段的该指标求和并取最小值,即为净负荷的波动最小,以此作为削峰填谷效果的评估依据.
3.1.2 储能牵引系统容量优化配置
以储能牵引系统日总运行效益最大为目标,将锂电池容量配置以及锂电池充放电启动阈值作为优化变量,进行求解.目标函数为
(15) F 2 =max(I total -C total )= f (E e , P e , dis , P e , ch )
式中:I total 、C total 分别为储能牵引系统收益和成本. 其中,C total 中包括锂电池投资成本C 1 、系统配套设备投资成本C 2 和锂电池运行维护成本C 3 ,考虑到全生命周期下的成本,采用统一年值法将投资成本换算为日均成本.运行维护成本与充放电功率及时长有关.
(16) C total =C 1 +C 2 +C 3
(17) C 1 =$\frac{1}{365 d}\frac{{r}_{d}(1+{r}_{d}{)}^{{Y}_{e}}}{(1+{r}_{d}{)}^{{Y}_{e}}-1}$ C e E e
(18) C 2 =$\frac{1}{365 d}\frac{{r}_{d}(1+{r}_{d}{)}^{{Y}_{con}}}{(1+{r}_{d}{)}^{{Y}_{con}}-1}$ C bop E e
(19) C 3 =$\sum _{t=1}^{T}$ C om (P e,ch, t P e,dis, t t
式中:r d 为折现率;C e 为锂电池的单位容量购置成本;C bop 为系统的单位功率配套设备购置成本;C om 为锂电池单位容量维护成本;Y e 、Y con 分别为锂电池和系统配套设备的使用寿命.
货运班列在新能源丰富地区完成高比例蓄能,于电价相对较高的时段及地区采用储能电池行驶,实现低储高发模式,降低负荷高峰电网能耗;班列抵达车站后,车站吊机集群可借助班列储能电池,实现吊机再生能耗的互济利用.储能牵引系统收益I total 包括分时段跨区域低储高发套利收益I 1 、降低电能消耗的电度电费收益I 2 和锂电池回收残值收益I 3 ,门吊起重机集群中通过势能回收产生I 2 .
(20) I total =I 1 +I 2 +I 3
(21) I 1 =$\sum _{t=1}^{T}\left({\gamma }_{ch,t}{\eta }_{ch}{P}_{e,ch,t}-{\gamma }_{dis,t}\frac{1}{{\eta }_{dis}}{P}_{e,dis,t}\right)$ t
(22) I 2 =I ele E save
(23) I 3 =λ res C 1
式中:γ ch, t γ dis, t I ele 为电度电费单价;E save 为加装储能后日均势能回收所节省的电能;λ res 为回收残值率.
3.2 约束条件
3.2.1 系统功率平衡约束
新能源及火力机组系统、储能牵引系统以及配电网可视为一个微网系统.上述系统应满足实时的功率平衡约束.
(24) $\begin{aligned} P_{\text {Grid }, t}+P_{\mathrm{PV}, t}+P_{\mathrm{WT}, t}+P_{\mathrm{G}, t} & - \\ P_{\mathrm{e}, \mathrm{ch}, t}+P_{\mathrm{e}, \text { dis }, t}-P_{\text {Load }, t} & =0 \end{aligned}$
式中:P Grid, t t 时刻网供功率;P G, t
3.2.2 储能牵引系统约束
锂电池受荷电状态、充放电状态以及充放电功率约束,其中荷电状态约束包含SOC范围约束、SOC首末状态约束及SOC相邻时段状态约束.
(25) $\left.\begin{array}{l}{S}_{min}\le {S}_{t}\le {S}_{max}\\ {S}_{T}={S}_{0}\\ {S}_{t}={S}_{t-1}+\frac{{\eta }_{ch}{P}_{e,ch,t}{X}_{t}t-\frac{1}{{\eta }_{dis}}{P}_{e,dis,t}{Y}_{t}t}{{E}_{e}}\\ 0\le {X}_{t}+{Y}_{t}\le 1\\ 0\le {P}_{e,ch,t}\le {P}_{ch,max}\\ 0\le {P}_{e,dis,t}\le {P}_{dis,max}\end{array}\right\}$
式中:P ch,max 、P dis,max 分别为锂电池充、放电功率最大值.
3.2.3 火电运行约束
(26) ηj , min P GR j P G j , t P GR j
(27) R G j , down ≤P G j , t +1 -P G j , t R G j , up
(28) $\left.\begin{array}{l}\sum _{j=1}^{n}({P}_{GRj}-{P}_{Gj,t})\ge {\gamma }_{1}{P}_{Load,t}\\ \sum _{j=1}^{n}({P}_{Gj,t}-{\eta }_{j,min}{P}_{GRj})\ge {\gamma }_{2}{P}_{Load,t}\end{array}\right\}$
式中:P G j , t t 时刻第j 台火电机组出力;P GR j R G j ,up 、R G j ,down 分别为第j 台机组爬坡速率上下限;ηj ,min 为火电机组最小负荷率;γ 1 、γ 2 分别为上下旋转备用系数.式(26)~(28)分别为火电机组出力约束、火电机组爬坡速率约束以及火电机组上下旋转备用.
3.3 求解流程及评估方法
针对装载储能牵引系统的货运班列,本文基于分时域和跨地域削峰填谷协同调控的思路,提出提升系统调节能力的优化方案.采用CPLEX求解该模型,针对此类求解离散组合优化问题,通过启发式方法求解得到解决方案X,并将其标记为候选解上界,再初始化一个队列以保存不包含问题变量的部分解决方案,最后循环求解至队列为空.流程见附录A图A1.
针对货运班列储能牵引系统,求解其容量配置及生命周期内的充放电行为,计算储能电池的最优容量配置,实现收益率最大化.内部收益率通过寻找使项目的净现值等于0的折现率来确定,计算公式如下:
(29) $\sum _{y=1}^{Y}\frac{{I}_{total,y}-{C}_{total,y}}{{(1+r)}^{y}}$ =0
式中:r 为内部收益率;I total, y C total, y y 年的系统收益和系统成本;Y 为储能牵引系统寿命终止年限.内部收益率根据计算出的折现率判断项目是否具有投资价值,结果更加直观.
4 算例分析
4.1 参数设置
以乌鲁木齐开往上海的某班次货运班列为例,对所提方法和模型进行验证.假设该班列年计划投入运行200 d,保持其固有发行时间不变.选取运行过程中某一典型日的货运班列储能牵引系统充放电策略进行分析,调度周期为24 h,单位调度时段为 1 h,货运班列、门吊起重机信息与能源系统参数如表1 所示.
现有兆瓦级集装箱式电池储能系统以20尺标准集装箱为载体,内置500 kW储能能量转换系统,将数兆瓦的锂电池系统、能量管理系统等集中装在一个特制的箱体内,箱体大小和箱内配置容量可灵活调节,以实现高集成度、大容量、可扩充可移动的储能设备.
本文研究对象为长线路运输的重载货运班列,具有运行速度低、运输线路长、对于运载质量不敏感、单位载重量能耗较低等特点.因此,装载储能集装箱后产生的额外能耗在班列运输总能耗中占比较低,对交通系统效率的影响较小.该班列沿线风能资源分布受地理条件和气候因素影响,盆地、沙漠地带风速较高,风能资源丰富且稳定性较高,东部山脉、河谷及东海沿岸地区也具备一定风能开发潜力.同时,沿线风能存在显著昼夜差异,白天受太阳辐射和地表温度影响,风能强度较高;夜晚随着太阳辐射减弱和逆温层形成,风能强度明显降低.根据该货运班列运行时间、线路,以及负荷新能源分布特性,确定负荷-新能源分布情况如图2 所示.
图2
图2
负荷-新能源分布情况
Fig.2
Load-new energy distribution
4.2 仿真结果分析
4.2.1 方案对比分析
为验证货运班列储能牵引系统设计及容量优化配置研究的优势,设置4种方案场景进行对比.① 方案1(传统运行方式):货运班列以传统形式运行,不加入储能牵引系统;② 方案2(储能系统加入):考虑储能牵引系统加入,不考虑起重机群势能回收和向起重机群提供电能;③ 方案3(储能系统优化):考虑储能牵引系统加入,起重机群势能回收和向起重机群提供电能;④ 方案4(无电气化路段):考虑储能牵引系统加入,班列沿线存在无电气化路段(11:00—12:00).
含储能的方案均以系统日总运行效益最大为优化目标,4种方案日运行结果优化对比结果如表2 所示.表中:空白表示不适用.
采用20.255 MW的磷酸铁锂电池,其投资成本总额为2 428.05 万元,生命周期内部收益率为11.03%.由优化结果可知,方案3中一个典型日总成本为 10.166 7 万元,相比未加入储能牵引系统日均运行总成本降低26.81%.在此场景下,利用所提调度方案,储能牵引系统日均效益为 2.063 9 万元,在全生命周期内可获得的经济收益为 4 127.8 万元.同时,储能牵引系统可回收起重机集群的势能或其产生的电能,大幅降低电网购电的需求并向门吊起重机传输功率4 870.1 kW,使日运行成本减少694元,降幅达15.42%.因此,储能牵引系统可产生良好的经济效益.
传统货运班列电力牵引供电来源由沿线某一地区的能源结构决定,部分地区可能侧重碳化燃料发电,因此电力牵引系统的运行总成本较高.图3 为方案1和3的负荷耗电对比.由图可知,加装储能牵引系统协助机车牵引供能可有效改善沿线新能源资源的合理分配.
图3
图3
方案1和3负荷耗电分布对比
Fig.3
Comparison of load power consumption distribution between Schemes 1 and 3
在场站进行装卸作业时,集装箱式电池储能系统可为不具备储能能力的场站吊机集群提供直流侧储能,从而实现吊机再生能耗的互济与存储,同时场站无需购买储能设备,直接享用班列的储能电池,使得储能电池的应用效益最优化,实现站车共享.图4 为方案2和3的场站起重机群负荷耗电分布对比.由图可知,方案2中储能并未向起重机放电,而方案3中储能系统作为能量传递的媒介,在场站进行装卸作业时回收的势能主要用于起重机构上升时所需的能量补给,实现场站吊机集群和列车储能电池再生能量共享,大幅降低场站吊机能耗.
图4
图4
方案2和3场站起重机群负荷耗电分布对比
Fig.4
Comparison of load power consumption distribution of crane groups between Schemes 2 and 3
4.2.2 削峰填谷效果分析
采用储能系统进行削峰填谷,各时刻充放电功率如图5 所示,储能系统优化前后的净负荷曲线如图6 所示.由图6 可见,相对于所选配网系统,储能牵引系统不仅较好地改善负荷峰谷差,而且能缓解火电机组运行压力,提高系统的可再生能源接纳量.
图5
图5
方案3储能牵引系统充放电功率
Fig.5
Charging and discharging power of energy storage traction system in Scheme 3
图6
图6
储能削峰填谷效果
Fig.6
Peak-shaving and valley-filling effect of energy storage
此班列计划下,灵活配置储能所需装设容量,完成后在此容量约束下进行优化调度,且确保变化范围不超过配置容量上限.表3 为削峰填谷效果对比结果.由仿真分析可知,在一个典型日中储能牵引系统放电量为 21 269.98 kW,峰时电价期间放电量为 7 744.95 kW,平时电价期间放电量 10 525.03 kW;由表3 可知,火电机组日均可减少出力 3 415.3 kW,并且计算可得一个典型日削峰填谷收益为 9 653.33元.
4.2.3 无电气化路段储能牵引分析
电力牵引系统的可靠性与电力供应密切相关.供电系统的故障或中断将导致列车无法正常运行,对货运计划造成影响并增加延误风险.随着储能系统的工程化,一方面,当发生接触网故障等情况时,储能系统将为机车提供应急牵引能量,机车可通过降弓操作,依靠低功率牵引或惯性滑行安全通过故障区段;另一方面,在外部失电的情况下,储能系统可支撑列车基本负荷的运行.图7 为无电气化情况下班列耗电情况分布图.
图7
图7
方案4班列负荷耗电分布
Fig.7
Train load power consumption distribution in Scheme 4
对比前3种方案可知,储能牵引系统不仅能够满足对沿线区域能源结构的合理分配,实现跨区域分时段削峰填谷,在电网故障时短期内可由储能全权供电保证货运班列正常运行.
4.2.4 储能系统容量配置分析
储能系统容量配置分析可以很好地评估储能系统容量对系统性能和经济性的影响.图8 展示了储能容量对运行成本的影响.由图可知,系统运行成本受班列和场站起重机群运行成本的影响.图9 展示了储能容量对系统各设备放电功率影响. 由图可知,当储能容量配置较小时,在维持班列正常运行的前提下,储能牵引系统优先回收势能并向起重机群放电,受每次装卸量的影响较大,经济效益较低.图10 展示了储能容量与削峰填谷效果的关系.结合图10 分析,随着储能容量增加,班列及场站的总运行成本逐渐下降并趋于稳定,系统具有良好经济效益和削峰填谷效果.储能容量增加表明其在新能源丰富且电价较低的地区能够存储更多能量,推动储能牵引系统向负荷、班列及起重机群的放电功率逐步提高,然而,当储能容量达到特定阈值后,系统的放电功率不再增长,此时储能容量达到上限并保持稳定.
图8
图8
储能容量对运行成本的影响
Fig.8
Impact of energy storage capacity on operating costs
图9
图9
储能容量对系统各设备放电功率影响
Fig.9
Impact of energy storage capacity on discharge power of each device in system
图10
图10
储能容量与削峰填谷效果的关系
Fig.10
Peak-shaving and valley-filling effects versus energy storage capacity
5 结论
提出一种电气化铁路储能牵引系统设计优化策略,并构建考虑分时段跨区域削峰填谷的优化模型.以储能牵引系统日总运行效益最大净收益为目标,通过某重载货运班列数据的算例分析,得出以下结论:
(1) 电气化铁路储能牵引系统可在不同时域、地域跨度上和场站门吊集群间实现供需双向平衡,能很好地发挥削峰填谷的效果,合理利用铁路沿线新能源,有效改善负荷波动.
(2) 基于本文选取的数据,最优配置下储能牵引系统在全生命周期内的效益可达 4 127.8 万元,完全覆盖储能牵引系统的投入成本,具备良好的经济效益.这验证了通过加装储能系统实现铁路节支降耗的可行性和有效性.
(3) 储能牵引系统的应急供电技术对保障班列在极端环境下的安全可靠运行具有重要意义.
算例分析所得结果验证了所建系统的有效性,对于不同班次的货运班列,可采用与本文相同的容量配置方法和经济性模型,因此所提方法及模型对不同情况具有普适性.同时,储能牵引系统可以有效提高系统的新能源接纳量,降低班列运行总成本,在供电系统故障时能提供高可靠性的电能,并且具备较好经济性.未来可进一步考虑新能源出力的波动性和不确定性的影响,以及如何使储能牵引系统与现有铁路供电系统兼容和协调.
附录见本刊网络版(xuebao.sjtu.edu.cn/CN/10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.016)
参考文献
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铁路资产能源化、用能绿色化是助力实现交通领域“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。本文在分析铁路与新能源融合发展需求的基础上，梳理了铁路沿线太阳能、风能、地热能、声能、制动能、振动能等各类新能源的自然禀赋条件，总结了当前铁路与新能源融合形式、技术特征、设备水平的发展现状；分类汇总了铁路服务设施、运载体、基础设施与新能源融合的具体场景，讨论了车站站顶光伏、新能源机车、基础设施自供电监测设备等主力场景的发展规模及面临的问题。按照铁路新能源供给潜力分级，从微型、小中型、大型、超大型等不同规模新能源系统的角度，构建了铁路与新能源融合的系列场景及方式，重点讨论了铁路沿线基础设施病害防控电气化设备与小型、中型分布式离网光伏系统融合这一新型主力场景。进一步从能量捕获与转化、负载、储能、能源管理等技术方面，提出了铁路与新能源融合的未来趋势、关键技术、重点方向，以期为相关领域的规划建设、转型发展研究提供参考。
HU Tianfei LIU Jihua LI Tianfeng et al Current status and prospect of the integration of railway and new energy
[J]. Strategic Study of CAE 2023 , 25 (2 ): 122 -132 .
DOI:10.15302/J-SSCAE-2023.02.013
[本文引用: 1]
The integration of railway facilities and use of new energies is an important way to achieve the carbon peaking and carbon neutrality goals. After analyzing the demand for the integrated development of railway and new energies, this study summarizes the natural conditions of various new energy sources along railways, including solar, wind, geothermal, acoustic, braking, and vibrational energies. The current integration forms, technical characteristics, and equipment levels are then reviewed. The specific integration scenarios between the railway service facilities, carriers, infrastructures, and new energy sources are summarized by category, and the developmental scales and problems of major scenarios, such as photovoltaic systems at the top of railway stations, new-energy locomotives, and self-power supply monitoring equipment, are discussed. Based on the classification of potentials to supply new energies for railways, a series of new integration scenarios and methods are introduced considering the new energy systems of different scales (e.g., micro, small- and medium-sized, as well as large and super-large). A new major scenario that integrates electricequipment for railway infrastructure defects control and small- and medium-sized distributed off-grid photovoltaic systems is proposed. Furthermore, the future trends, core technologies, and key developmental directions for the integration of railway and new energies are proposed from the aspects such as energy capture and conversion, load, energy storage, and energy management.
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针对新型电力系统中可再生能源出力及负荷需求的不确定性造成源荷协调困难,导致难以制定合理的分时电价的问题,该文提出一种考虑源荷不确定性的分时电价动态修正机制。首先,根据可再生能源出力的波动性以及不确定性,建立新能源并网功率与并网电量偏差量化模型;其次,根据需求侧负荷的变化特征,结合可再生能源出力不确定性,通过多种不确定性因素影响条件的误差计算方法,建立电价概率密度模型。然后,根据负荷上报的用电量以及预报电价,建立考虑源荷不确定性的电力市场分时电价动态修正与优化模型,并采用粒子群算法进行模型求解。最后,通过实际运行数据仿真验证该文所提方法的有效性。
WAN Yuliang SHANG Guozheng LIU Mengcong et al Research on dynamic correction mechanism of time-of-use electricity price considering uncertainty of source and load
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DOI:10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0547
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In view of the uncertainty of renewable energy output and load demand in the new power system, the source-load coordination is difficult, and it is difficult to establish a reasonable time-of-use electricity price. This paper proposes a dynamic modification mechanism of time-of-use electricity prices considering the uncertainty of source load. First, according to the volatility and uncertainty of renewable energy output, calculate the deviation of new energy grid-connected electricity; Secondly, according to the change characteristics of the demand side load, combined with the uncertainty of renewable energy generation, through the error calculation method of multiple uncertainty conditions, the probability density of the final output variable is obtained. Then, according to the electricity consumption reported by the load and the forecast electricity price, a power market price setting model with the uncertainty of the source load is established, and the dynamic correction of the time-of-use electricity price considering the uncertainty of the source load is carried out. Finally, the effectiveness of the method proposed in this paper is verified by actual data simulation.
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2023
... 随着铁路路网规模持续扩大,截至2022年底,铁路电力机车拥有量占总机车的64.5%,国家铁路货运总发送量完成3.903 Gt,比上年增长4.8%[1 ] .为支撑“碳中和”愿景实现,我国铁路行业制定了推广清洁能源利用的政策,鼓励在铁路沿线布局新能源发电及储能设施,推动绿色交通运输设施的发展[2 4 ] . ...
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2023
... 随着铁路路网规模持续扩大,截至2022年底,铁路电力机车拥有量占总机车的64.5%,国家铁路货运总发送量完成3.903 Gt,比上年增长4.8%[1 ] .为支撑“碳中和”愿景实现,我国铁路行业制定了推广清洁能源利用的政策,鼓励在铁路沿线布局新能源发电及储能设施,推动绿色交通运输设施的发展[2 4 ] . ...
铁路与新能源融合发展现状及展望
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2023
... 随着铁路路网规模持续扩大,截至2022年底,铁路电力机车拥有量占总机车的64.5%,国家铁路货运总发送量完成3.903 Gt,比上年增长4.8%[1 ] .为支撑“碳中和”愿景实现,我国铁路行业制定了推广清洁能源利用的政策,鼓励在铁路沿线布局新能源发电及储能设施,推动绿色交通运输设施的发展[2 4 ] . ...
Current status and prospect of the integration of railway and new energy
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2023
... 随着铁路路网规模持续扩大,截至2022年底,铁路电力机车拥有量占总机车的64.5%,国家铁路货运总发送量完成3.903 Gt,比上年增长4.8%[1 ] .为支撑“碳中和”愿景实现,我国铁路行业制定了推广清洁能源利用的政策,鼓励在铁路沿线布局新能源发电及储能设施,推动绿色交通运输设施的发展[2 4 ] . ...
Optimizing research on hybrid energy storage system of high speed railway
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2021
去碳化导向的轨道交通与新能源融合发展: 形态模式、解决方案和使/赋能技术
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2023
... 随着铁路路网规模持续扩大,截至2022年底,铁路电力机车拥有量占总机车的64.5%,国家铁路货运总发送量完成3.903 Gt,比上年增长4.8%[1 ] .为支撑“碳中和”愿景实现,我国铁路行业制定了推广清洁能源利用的政策,鼓励在铁路沿线布局新能源发电及储能设施,推动绿色交通运输设施的发展[2 4 ] . ...
Decarbonization-oriented rail transportation and renewable energy integration development: Configurations, solutions, and enabling/empowering technologies
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2023
... 随着铁路路网规模持续扩大,截至2022年底,铁路电力机车拥有量占总机车的64.5%,国家铁路货运总发送量完成3.903 Gt,比上年增长4.8%[1 ] .为支撑“碳中和”愿景实现,我国铁路行业制定了推广清洁能源利用的政策,鼓励在铁路沿线布局新能源发电及储能设施,推动绿色交通运输设施的发展[2 4 ] . ...
轨道交通能源互联网背景下光伏在交/直流牵引供电系统中的应用及关键问题分析
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2019
... 随着储能技术的发展,能源调度与储能装置相结合的综合能源利用系统其研制与工程化应用越来越多渗透到牵引供电系统中,此类技术研究也将成为铁路系统综合能源领域的工作重心.目前,国内已报道一种车载式储能-光伏混合系统,将蓄电池通过变换器接入机车直流母线,为机车牵引或辅助供电系统供能[5 ] .然而,传统货运铁路车载低容量储能方案中,储能系统因装机容量、转换效率受车内空间所限而难以达到预期效果,无法满足铁路运营需求[6 -7 ] .大容量车载储能系统有足够裕度,可通过平衡源-车功率供需促进新能源消纳,还能实现长时间尺度内牵引负荷的削峰填谷以提高系统运行经济性,同时保障货运车辆自供电系统的电能稳定输出,增强系统供电可靠性与弹性[8 10 ] .因此,在铁路货车后加装兆瓦级集装箱式电池储能系统为机车牵引供能,能够有效利用铁路沿线分布不均的新能源资源. ...
Application of PV generation in AC/DC traction power supply system and the key problem analysis under the background of rail transit energy Internet
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2019
... 随着储能技术的发展,能源调度与储能装置相结合的综合能源利用系统其研制与工程化应用越来越多渗透到牵引供电系统中,此类技术研究也将成为铁路系统综合能源领域的工作重心.目前,国内已报道一种车载式储能-光伏混合系统,将蓄电池通过变换器接入机车直流母线,为机车牵引或辅助供电系统供能[5 ] .然而,传统货运铁路车载低容量储能方案中,储能系统因装机容量、转换效率受车内空间所限而难以达到预期效果,无法满足铁路运营需求[6 -7 ] .大容量车载储能系统有足够裕度,可通过平衡源-车功率供需促进新能源消纳,还能实现长时间尺度内牵引负荷的削峰填谷以提高系统运行经济性,同时保障货运车辆自供电系统的电能稳定输出,增强系统供电可靠性与弹性[8 10 ] .因此,在铁路货车后加装兆瓦级集装箱式电池储能系统为机车牵引供能,能够有效利用铁路沿线分布不均的新能源资源. ...
考虑削峰填谷的电气化铁路混合储能系统容量优化配置
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2023
... 随着储能技术的发展,能源调度与储能装置相结合的综合能源利用系统其研制与工程化应用越来越多渗透到牵引供电系统中,此类技术研究也将成为铁路系统综合能源领域的工作重心.目前,国内已报道一种车载式储能-光伏混合系统,将蓄电池通过变换器接入机车直流母线,为机车牵引或辅助供电系统供能[5 ] .然而,传统货运铁路车载低容量储能方案中,储能系统因装机容量、转换效率受车内空间所限而难以达到预期效果,无法满足铁路运营需求[6 -7 ] .大容量车载储能系统有足够裕度,可通过平衡源-车功率供需促进新能源消纳,还能实现长时间尺度内牵引负荷的削峰填谷以提高系统运行经济性,同时保障货运车辆自供电系统的电能稳定输出,增强系统供电可靠性与弹性[8 10 ] .因此,在铁路货车后加装兆瓦级集装箱式电池储能系统为机车牵引供能,能够有效利用铁路沿线分布不均的新能源资源. ...
Calculation method of energy consumption in train traction
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2007
... 电力机车牵引过程中采用无级变速,其耗电量通常按牵引运行耗电量和惰行、停站时的自用电量两部分进行计算.计算的能源消耗不包括机车在区间内与牵引、推送列车无关的机车运用,如调车、出入段等辅助走行时的能源消耗[23 25 ] . ...
Capacity optimization configuration of hybrid energy storage system for electrified railway considering peak load shifting
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2023
... 随着储能技术的发展,能源调度与储能装置相结合的综合能源利用系统其研制与工程化应用越来越多渗透到牵引供电系统中,此类技术研究也将成为铁路系统综合能源领域的工作重心.目前,国内已报道一种车载式储能-光伏混合系统,将蓄电池通过变换器接入机车直流母线,为机车牵引或辅助供电系统供能[5 ] .然而,传统货运铁路车载低容量储能方案中,储能系统因装机容量、转换效率受车内空间所限而难以达到预期效果,无法满足铁路运营需求[6 -7 ] .大容量车载储能系统有足够裕度,可通过平衡源-车功率供需促进新能源消纳,还能实现长时间尺度内牵引负荷的削峰填谷以提高系统运行经济性,同时保障货运车辆自供电系统的电能稳定输出,增强系统供电可靠性与弹性[8 10 ] .因此,在铁路货车后加装兆瓦级集装箱式电池储能系统为机车牵引供能,能够有效利用铁路沿线分布不均的新能源资源. ...
高速铁路储能系统容量配置与能量管理技术综述与展望
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2022
... 随着储能技术的发展,能源调度与储能装置相结合的综合能源利用系统其研制与工程化应用越来越多渗透到牵引供电系统中,此类技术研究也将成为铁路系统综合能源领域的工作重心.目前,国内已报道一种车载式储能-光伏混合系统,将蓄电池通过变换器接入机车直流母线,为机车牵引或辅助供电系统供能[5 ] .然而,传统货运铁路车载低容量储能方案中,储能系统因装机容量、转换效率受车内空间所限而难以达到预期效果,无法满足铁路运营需求[6 -7 ] .大容量车载储能系统有足够裕度,可通过平衡源-车功率供需促进新能源消纳,还能实现长时间尺度内牵引负荷的削峰填谷以提高系统运行经济性,同时保障货运车辆自供电系统的电能稳定输出,增强系统供电可靠性与弹性[8 10 ] .因此,在铁路货车后加装兆瓦级集装箱式电池储能系统为机车牵引供能,能够有效利用铁路沿线分布不均的新能源资源. ...
Summary and outlook of capacity configuration and energy management technology of high-speed railway energy storage system
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2022
... 随着储能技术的发展,能源调度与储能装置相结合的综合能源利用系统其研制与工程化应用越来越多渗透到牵引供电系统中,此类技术研究也将成为铁路系统综合能源领域的工作重心.目前,国内已报道一种车载式储能-光伏混合系统,将蓄电池通过变换器接入机车直流母线,为机车牵引或辅助供电系统供能[5 ] .然而,传统货运铁路车载低容量储能方案中,储能系统因装机容量、转换效率受车内空间所限而难以达到预期效果,无法满足铁路运营需求[6 -7 ] .大容量车载储能系统有足够裕度,可通过平衡源-车功率供需促进新能源消纳,还能实现长时间尺度内牵引负荷的削峰填谷以提高系统运行经济性,同时保障货运车辆自供电系统的电能稳定输出,增强系统供电可靠性与弹性[8 10 ] .因此,在铁路货车后加装兆瓦级集装箱式电池储能系统为机车牵引供能,能够有效利用铁路沿线分布不均的新能源资源. ...
铁路货运车辆自供电技术研究
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2019
... 随着储能技术的发展,能源调度与储能装置相结合的综合能源利用系统其研制与工程化应用越来越多渗透到牵引供电系统中,此类技术研究也将成为铁路系统综合能源领域的工作重心.目前,国内已报道一种车载式储能-光伏混合系统,将蓄电池通过变换器接入机车直流母线,为机车牵引或辅助供电系统供能[5 ] .然而,传统货运铁路车载低容量储能方案中,储能系统因装机容量、转换效率受车内空间所限而难以达到预期效果,无法满足铁路运营需求[6 -7 ] .大容量车载储能系统有足够裕度,可通过平衡源-车功率供需促进新能源消纳,还能实现长时间尺度内牵引负荷的削峰填谷以提高系统运行经济性,同时保障货运车辆自供电系统的电能稳定输出,增强系统供电可靠性与弹性[8 10 ] .因此,在铁路货车后加装兆瓦级集装箱式电池储能系统为机车牵引供能,能够有效利用铁路沿线分布不均的新能源资源. ...
Research on self-power supply technology for railroad freight vehicles
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2019
... 随着储能技术的发展,能源调度与储能装置相结合的综合能源利用系统其研制与工程化应用越来越多渗透到牵引供电系统中,此类技术研究也将成为铁路系统综合能源领域的工作重心.目前,国内已报道一种车载式储能-光伏混合系统,将蓄电池通过变换器接入机车直流母线,为机车牵引或辅助供电系统供能[5 ] .然而,传统货运铁路车载低容量储能方案中,储能系统因装机容量、转换效率受车内空间所限而难以达到预期效果,无法满足铁路运营需求[6 -7 ] .大容量车载储能系统有足够裕度,可通过平衡源-车功率供需促进新能源消纳,还能实现长时间尺度内牵引负荷的削峰填谷以提高系统运行经济性,同时保障货运车辆自供电系统的电能稳定输出,增强系统供电可靠性与弹性[8 10 ] .因此,在铁路货车后加装兆瓦级集装箱式电池储能系统为机车牵引供能,能够有效利用铁路沿线分布不均的新能源资源. ...
Research on MW level containerized battery energy storage system
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电气化铁路“源-网-车-储” 一体化供电技术
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2022
... 随着储能技术的发展,能源调度与储能装置相结合的综合能源利用系统其研制与工程化应用越来越多渗透到牵引供电系统中,此类技术研究也将成为铁路系统综合能源领域的工作重心.目前,国内已报道一种车载式储能-光伏混合系统,将蓄电池通过变换器接入机车直流母线,为机车牵引或辅助供电系统供能[5 ] .然而,传统货运铁路车载低容量储能方案中,储能系统因装机容量、转换效率受车内空间所限而难以达到预期效果,无法满足铁路运营需求[6 -7 ] .大容量车载储能系统有足够裕度,可通过平衡源-车功率供需促进新能源消纳,还能实现长时间尺度内牵引负荷的削峰填谷以提高系统运行经济性,同时保障货运车辆自供电系统的电能稳定输出,增强系统供电可靠性与弹性[8 10 ] .因此,在铁路货车后加装兆瓦级集装箱式电池储能系统为机车牵引供能,能够有效利用铁路沿线分布不均的新能源资源. ...
“Source-network-train-storage” integrated power supply system for electric railways
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2022
... 随着储能技术的发展,能源调度与储能装置相结合的综合能源利用系统其研制与工程化应用越来越多渗透到牵引供电系统中,此类技术研究也将成为铁路系统综合能源领域的工作重心.目前,国内已报道一种车载式储能-光伏混合系统,将蓄电池通过变换器接入机车直流母线,为机车牵引或辅助供电系统供能[5 ] .然而,传统货运铁路车载低容量储能方案中,储能系统因装机容量、转换效率受车内空间所限而难以达到预期效果,无法满足铁路运营需求[6 -7 ] .大容量车载储能系统有足够裕度,可通过平衡源-车功率供需促进新能源消纳,还能实现长时间尺度内牵引负荷的削峰填谷以提高系统运行经济性,同时保障货运车辆自供电系统的电能稳定输出,增强系统供电可靠性与弹性[8 10 ] .因此,在铁路货车后加装兆瓦级集装箱式电池储能系统为机车牵引供能,能够有效利用铁路沿线分布不均的新能源资源. ...
能源互联网背景下的电力储能技术展望
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2015
... 合理的容量配置是充分发挥储能系统经济效益的关键,储能系统对能量的时空平移能力可以在大范围内配置资源,被视为对电网削峰填谷、提高风电接纳的有效手段之一[11 13 ] .在储能容量配置方面,文献[14 ]中研发了一种门式起重机势能再回收系统,可有效存储起升机构下降的势能,满足起升机构上升或载荷突增时的用能需求;文献[15 ]中提出一种集成光伏和储能的铁路能源管理系统,通过储能装置回收列车再生制动能量和光伏能量.但这两项研究均在固定容量下进行能源分配利用.针对储能削峰填谷效果和经济效益问题,文献[16 -17 ]中对集成可再生能源和混合储能系统的牵引供电系统进行优化,求解功率潮流模型和经济性模型,验证了该系统能够有效助力铁路实现节支降耗;文献[18 ]中提出一种基于增强烟花算法的移动式储能系统(MESS)削峰填谷调度优化方法,围绕MESS削峰填谷的可靠性、经济性及网损降低目标,构建了双层调度优化模型;文献[19 -20 ]中结合跨区联络计划与送、受端运行的整体特性,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度,但未考虑沿线不同区域的电价信息差异及储能系统对区域互济的影响. ...
Outlook of electrical energy storage technologies under energy Internet background
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2015
... 合理的容量配置是充分发挥储能系统经济效益的关键,储能系统对能量的时空平移能力可以在大范围内配置资源,被视为对电网削峰填谷、提高风电接纳的有效手段之一[11 13 ] .在储能容量配置方面,文献[14 ]中研发了一种门式起重机势能再回收系统,可有效存储起升机构下降的势能,满足起升机构上升或载荷突增时的用能需求;文献[15 ]中提出一种集成光伏和储能的铁路能源管理系统,通过储能装置回收列车再生制动能量和光伏能量.但这两项研究均在固定容量下进行能源分配利用.针对储能削峰填谷效果和经济效益问题,文献[16 -17 ]中对集成可再生能源和混合储能系统的牵引供电系统进行优化,求解功率潮流模型和经济性模型,验证了该系统能够有效助力铁路实现节支降耗;文献[18 ]中提出一种基于增强烟花算法的移动式储能系统(MESS)削峰填谷调度优化方法,围绕MESS削峰填谷的可靠性、经济性及网损降低目标,构建了双层调度优化模型;文献[19 -20 ]中结合跨区联络计划与送、受端运行的整体特性,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度,但未考虑沿线不同区域的电价信息差异及储能系统对区域互济的影响. ...
储能辅助火电机组深度调峰的分层优化调度
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2019
Hierarchical optimization scheduling of deep peak shaving for energy-storage auxiliary thermal power generating units
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2019
计及负荷峰谷特性的储能调峰日前优化调度策略
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2020
... 合理的容量配置是充分发挥储能系统经济效益的关键,储能系统对能量的时空平移能力可以在大范围内配置资源,被视为对电网削峰填谷、提高风电接纳的有效手段之一[11 13 ] .在储能容量配置方面,文献[14 ]中研发了一种门式起重机势能再回收系统,可有效存储起升机构下降的势能,满足起升机构上升或载荷突增时的用能需求;文献[15 ]中提出一种集成光伏和储能的铁路能源管理系统,通过储能装置回收列车再生制动能量和光伏能量.但这两项研究均在固定容量下进行能源分配利用.针对储能削峰填谷效果和经济效益问题,文献[16 -17 ]中对集成可再生能源和混合储能系统的牵引供电系统进行优化,求解功率潮流模型和经济性模型,验证了该系统能够有效助力铁路实现节支降耗;文献[18 ]中提出一种基于增强烟花算法的移动式储能系统(MESS)削峰填谷调度优化方法,围绕MESS削峰填谷的可靠性、经济性及网损降低目标,构建了双层调度优化模型;文献[19 -20 ]中结合跨区联络计划与送、受端运行的整体特性,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度,但未考虑沿线不同区域的电价信息差异及储能系统对区域互济的影响. ...
Day-ahead optimal scheduling strategy of peak regulation for energy storage considering peak and valley characteristics of load
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2020
... 合理的容量配置是充分发挥储能系统经济效益的关键,储能系统对能量的时空平移能力可以在大范围内配置资源,被视为对电网削峰填谷、提高风电接纳的有效手段之一[11 13 ] .在储能容量配置方面,文献[14 ]中研发了一种门式起重机势能再回收系统,可有效存储起升机构下降的势能,满足起升机构上升或载荷突增时的用能需求;文献[15 ]中提出一种集成光伏和储能的铁路能源管理系统,通过储能装置回收列车再生制动能量和光伏能量.但这两项研究均在固定容量下进行能源分配利用.针对储能削峰填谷效果和经济效益问题,文献[16 -17 ]中对集成可再生能源和混合储能系统的牵引供电系统进行优化,求解功率潮流模型和经济性模型,验证了该系统能够有效助力铁路实现节支降耗;文献[18 ]中提出一种基于增强烟花算法的移动式储能系统(MESS)削峰填谷调度优化方法,围绕MESS削峰填谷的可靠性、经济性及网损降低目标,构建了双层调度优化模型;文献[19 -20 ]中结合跨区联络计划与送、受端运行的整体特性,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度,但未考虑沿线不同区域的电价信息差异及储能系统对区域互济的影响. ...
基于超级电容储能的门式起重机势能再回收系统
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2017
... 合理的容量配置是充分发挥储能系统经济效益的关键,储能系统对能量的时空平移能力可以在大范围内配置资源,被视为对电网削峰填谷、提高风电接纳的有效手段之一[11 13 ] .在储能容量配置方面,文献[14 ]中研发了一种门式起重机势能再回收系统,可有效存储起升机构下降的势能,满足起升机构上升或载荷突增时的用能需求;文献[15 ]中提出一种集成光伏和储能的铁路能源管理系统,通过储能装置回收列车再生制动能量和光伏能量.但这两项研究均在固定容量下进行能源分配利用.针对储能削峰填谷效果和经济效益问题,文献[16 -17 ]中对集成可再生能源和混合储能系统的牵引供电系统进行优化,求解功率潮流模型和经济性模型,验证了该系统能够有效助力铁路实现节支降耗;文献[18 ]中提出一种基于增强烟花算法的移动式储能系统(MESS)削峰填谷调度优化方法,围绕MESS削峰填谷的可靠性、经济性及网损降低目标,构建了双层调度优化模型;文献[19 -20 ]中结合跨区联络计划与送、受端运行的整体特性,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度,但未考虑沿线不同区域的电价信息差异及储能系统对区域互济的影响. ...
Potential energy recycling system for portal crane based on super capacitor energy storage
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2017
... 合理的容量配置是充分发挥储能系统经济效益的关键,储能系统对能量的时空平移能力可以在大范围内配置资源,被视为对电网削峰填谷、提高风电接纳的有效手段之一[11 13 ] .在储能容量配置方面,文献[14 ]中研发了一种门式起重机势能再回收系统,可有效存储起升机构下降的势能,满足起升机构上升或载荷突增时的用能需求;文献[15 ]中提出一种集成光伏和储能的铁路能源管理系统,通过储能装置回收列车再生制动能量和光伏能量.但这两项研究均在固定容量下进行能源分配利用.针对储能削峰填谷效果和经济效益问题,文献[16 -17 ]中对集成可再生能源和混合储能系统的牵引供电系统进行优化,求解功率潮流模型和经济性模型,验证了该系统能够有效助力铁路实现节支降耗;文献[18 ]中提出一种基于增强烟花算法的移动式储能系统(MESS)削峰填谷调度优化方法,围绕MESS削峰填谷的可靠性、经济性及网损降低目标,构建了双层调度优化模型;文献[19 -20 ]中结合跨区联络计划与送、受端运行的整体特性,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度,但未考虑沿线不同区域的电价信息差异及储能系统对区域互济的影响. ...
Reinforcement learning-based real-time power management for hybrid energy storage system in the plug-in hybrid electric vehicle
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2018
... 合理的容量配置是充分发挥储能系统经济效益的关键,储能系统对能量的时空平移能力可以在大范围内配置资源,被视为对电网削峰填谷、提高风电接纳的有效手段之一[11 13 ] .在储能容量配置方面,文献[14 ]中研发了一种门式起重机势能再回收系统,可有效存储起升机构下降的势能,满足起升机构上升或载荷突增时的用能需求;文献[15 ]中提出一种集成光伏和储能的铁路能源管理系统,通过储能装置回收列车再生制动能量和光伏能量.但这两项研究均在固定容量下进行能源分配利用.针对储能削峰填谷效果和经济效益问题,文献[16 -17 ]中对集成可再生能源和混合储能系统的牵引供电系统进行优化,求解功率潮流模型和经济性模型,验证了该系统能够有效助力铁路实现节支降耗;文献[18 ]中提出一种基于增强烟花算法的移动式储能系统(MESS)削峰填谷调度优化方法,围绕MESS削峰填谷的可靠性、经济性及网损降低目标,构建了双层调度优化模型;文献[19 -20 ]中结合跨区联络计划与送、受端运行的整体特性,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度,但未考虑沿线不同区域的电价信息差异及储能系统对区域互济的影响. ...
Optimal operation of electric railways with renewable energy and electric storage systems
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2018
... 合理的容量配置是充分发挥储能系统经济效益的关键,储能系统对能量的时空平移能力可以在大范围内配置资源,被视为对电网削峰填谷、提高风电接纳的有效手段之一[11 13 ] .在储能容量配置方面,文献[14 ]中研发了一种门式起重机势能再回收系统,可有效存储起升机构下降的势能,满足起升机构上升或载荷突增时的用能需求;文献[15 ]中提出一种集成光伏和储能的铁路能源管理系统,通过储能装置回收列车再生制动能量和光伏能量.但这两项研究均在固定容量下进行能源分配利用.针对储能削峰填谷效果和经济效益问题,文献[16 -17 ]中对集成可再生能源和混合储能系统的牵引供电系统进行优化,求解功率潮流模型和经济性模型,验证了该系统能够有效助力铁路实现节支降耗;文献[18 ]中提出一种基于增强烟花算法的移动式储能系统(MESS)削峰填谷调度优化方法,围绕MESS削峰填谷的可靠性、经济性及网损降低目标,构建了双层调度优化模型;文献[19 -20 ]中结合跨区联络计划与送、受端运行的整体特性,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度,但未考虑沿线不同区域的电价信息差异及储能系统对区域互济的影响. ...
电气化铁路分区所多功能潮流控制系统及其控制策略研究
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2024
... 合理的容量配置是充分发挥储能系统经济效益的关键,储能系统对能量的时空平移能力可以在大范围内配置资源,被视为对电网削峰填谷、提高风电接纳的有效手段之一[11 13 ] .在储能容量配置方面,文献[14 ]中研发了一种门式起重机势能再回收系统,可有效存储起升机构下降的势能,满足起升机构上升或载荷突增时的用能需求;文献[15 ]中提出一种集成光伏和储能的铁路能源管理系统,通过储能装置回收列车再生制动能量和光伏能量.但这两项研究均在固定容量下进行能源分配利用.针对储能削峰填谷效果和经济效益问题,文献[16 -17 ]中对集成可再生能源和混合储能系统的牵引供电系统进行优化,求解功率潮流模型和经济性模型,验证了该系统能够有效助力铁路实现节支降耗;文献[18 ]中提出一种基于增强烟花算法的移动式储能系统(MESS)削峰填谷调度优化方法,围绕MESS削峰填谷的可靠性、经济性及网损降低目标,构建了双层调度优化模型;文献[19 -20 ]中结合跨区联络计划与送、受端运行的整体特性,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度,但未考虑沿线不同区域的电价信息差异及储能系统对区域互济的影响. ...
A novel multi-functional power flow control system and its control strategy in section post for electrified railway
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2024
... 合理的容量配置是充分发挥储能系统经济效益的关键,储能系统对能量的时空平移能力可以在大范围内配置资源,被视为对电网削峰填谷、提高风电接纳的有效手段之一[11 13 ] .在储能容量配置方面,文献[14 ]中研发了一种门式起重机势能再回收系统,可有效存储起升机构下降的势能,满足起升机构上升或载荷突增时的用能需求;文献[15 ]中提出一种集成光伏和储能的铁路能源管理系统,通过储能装置回收列车再生制动能量和光伏能量.但这两项研究均在固定容量下进行能源分配利用.针对储能削峰填谷效果和经济效益问题,文献[16 -17 ]中对集成可再生能源和混合储能系统的牵引供电系统进行优化,求解功率潮流模型和经济性模型,验证了该系统能够有效助力铁路实现节支降耗;文献[18 ]中提出一种基于增强烟花算法的移动式储能系统(MESS)削峰填谷调度优化方法,围绕MESS削峰填谷的可靠性、经济性及网损降低目标,构建了双层调度优化模型;文献[19 -20 ]中结合跨区联络计划与送、受端运行的整体特性,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度,但未考虑沿线不同区域的电价信息差异及储能系统对区域互济的影响. ...
基于增强烟花算法的移动式储能削峰填谷优化调度
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2021
... 合理的容量配置是充分发挥储能系统经济效益的关键,储能系统对能量的时空平移能力可以在大范围内配置资源,被视为对电网削峰填谷、提高风电接纳的有效手段之一[11 13 ] .在储能容量配置方面,文献[14 ]中研发了一种门式起重机势能再回收系统,可有效存储起升机构下降的势能,满足起升机构上升或载荷突增时的用能需求;文献[15 ]中提出一种集成光伏和储能的铁路能源管理系统,通过储能装置回收列车再生制动能量和光伏能量.但这两项研究均在固定容量下进行能源分配利用.针对储能削峰填谷效果和经济效益问题,文献[16 -17 ]中对集成可再生能源和混合储能系统的牵引供电系统进行优化,求解功率潮流模型和经济性模型,验证了该系统能够有效助力铁路实现节支降耗;文献[18 ]中提出一种基于增强烟花算法的移动式储能系统(MESS)削峰填谷调度优化方法,围绕MESS削峰填谷的可靠性、经济性及网损降低目标,构建了双层调度优化模型;文献[19 -20 ]中结合跨区联络计划与送、受端运行的整体特性,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度,但未考虑沿线不同区域的电价信息差异及储能系统对区域互济的影响. ...
Optimal dispatch of mobile energy storage for peak load shifting based on enhanced firework algorithm
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2021
... 合理的容量配置是充分发挥储能系统经济效益的关键,储能系统对能量的时空平移能力可以在大范围内配置资源,被视为对电网削峰填谷、提高风电接纳的有效手段之一[11 13 ] .在储能容量配置方面,文献[14 ]中研发了一种门式起重机势能再回收系统,可有效存储起升机构下降的势能,满足起升机构上升或载荷突增时的用能需求;文献[15 ]中提出一种集成光伏和储能的铁路能源管理系统,通过储能装置回收列车再生制动能量和光伏能量.但这两项研究均在固定容量下进行能源分配利用.针对储能削峰填谷效果和经济效益问题,文献[16 -17 ]中对集成可再生能源和混合储能系统的牵引供电系统进行优化,求解功率潮流模型和经济性模型,验证了该系统能够有效助力铁路实现节支降耗;文献[18 ]中提出一种基于增强烟花算法的移动式储能系统(MESS)削峰填谷调度优化方法,围绕MESS削峰填谷的可靠性、经济性及网损降低目标,构建了双层调度优化模型;文献[19 -20 ]中结合跨区联络计划与送、受端运行的整体特性,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度,但未考虑沿线不同区域的电价信息差异及储能系统对区域互济的影响. ...
基于分区电价的跨区电力调度双层优化模型
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2023
... 合理的容量配置是充分发挥储能系统经济效益的关键,储能系统对能量的时空平移能力可以在大范围内配置资源,被视为对电网削峰填谷、提高风电接纳的有效手段之一[11 13 ] .在储能容量配置方面,文献[14 ]中研发了一种门式起重机势能再回收系统,可有效存储起升机构下降的势能,满足起升机构上升或载荷突增时的用能需求;文献[15 ]中提出一种集成光伏和储能的铁路能源管理系统,通过储能装置回收列车再生制动能量和光伏能量.但这两项研究均在固定容量下进行能源分配利用.针对储能削峰填谷效果和经济效益问题,文献[16 -17 ]中对集成可再生能源和混合储能系统的牵引供电系统进行优化,求解功率潮流模型和经济性模型,验证了该系统能够有效助力铁路实现节支降耗;文献[18 ]中提出一种基于增强烟花算法的移动式储能系统(MESS)削峰填谷调度优化方法,围绕MESS削峰填谷的可靠性、经济性及网损降低目标,构建了双层调度优化模型;文献[19 -20 ]中结合跨区联络计划与送、受端运行的整体特性,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度,但未考虑沿线不同区域的电价信息差异及储能系统对区域互济的影响. ...
Bi-level optimization model of inter-regional power dispatch based on regional electricity price
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2023
... 合理的容量配置是充分发挥储能系统经济效益的关键,储能系统对能量的时空平移能力可以在大范围内配置资源,被视为对电网削峰填谷、提高风电接纳的有效手段之一[11 13 ] .在储能容量配置方面,文献[14 ]中研发了一种门式起重机势能再回收系统,可有效存储起升机构下降的势能,满足起升机构上升或载荷突增时的用能需求;文献[15 ]中提出一种集成光伏和储能的铁路能源管理系统,通过储能装置回收列车再生制动能量和光伏能量.但这两项研究均在固定容量下进行能源分配利用.针对储能削峰填谷效果和经济效益问题,文献[16 -17 ]中对集成可再生能源和混合储能系统的牵引供电系统进行优化,求解功率潮流模型和经济性模型,验证了该系统能够有效助力铁路实现节支降耗;文献[18 ]中提出一种基于增强烟花算法的移动式储能系统(MESS)削峰填谷调度优化方法,围绕MESS削峰填谷的可靠性、经济性及网损降低目标,构建了双层调度优化模型;文献[19 -20 ]中结合跨区联络计划与送、受端运行的整体特性,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度,但未考虑沿线不同区域的电价信息差异及储能系统对区域互济的影响. ...
基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度
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2020
... 合理的容量配置是充分发挥储能系统经济效益的关键,储能系统对能量的时空平移能力可以在大范围内配置资源,被视为对电网削峰填谷、提高风电接纳的有效手段之一[11 13 ] .在储能容量配置方面,文献[14 ]中研发了一种门式起重机势能再回收系统,可有效存储起升机构下降的势能,满足起升机构上升或载荷突增时的用能需求;文献[15 ]中提出一种集成光伏和储能的铁路能源管理系统,通过储能装置回收列车再生制动能量和光伏能量.但这两项研究均在固定容量下进行能源分配利用.针对储能削峰填谷效果和经济效益问题,文献[16 -17 ]中对集成可再生能源和混合储能系统的牵引供电系统进行优化,求解功率潮流模型和经济性模型,验证了该系统能够有效助力铁路实现节支降耗;文献[18 ]中提出一种基于增强烟花算法的移动式储能系统(MESS)削峰填谷调度优化方法,围绕MESS削峰填谷的可靠性、经济性及网损降低目标,构建了双层调度优化模型;文献[19 -20 ]中结合跨区联络计划与送、受端运行的整体特性,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度,但未考虑沿线不同区域的电价信息差异及储能系统对区域互济的影响. ...
Coordinated and optimal scheduling of inter-regional interconnection system based on source and load status
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2020
... 合理的容量配置是充分发挥储能系统经济效益的关键,储能系统对能量的时空平移能力可以在大范围内配置资源,被视为对电网削峰填谷、提高风电接纳的有效手段之一[11 13 ] .在储能容量配置方面,文献[14 ]中研发了一种门式起重机势能再回收系统,可有效存储起升机构下降的势能,满足起升机构上升或载荷突增时的用能需求;文献[15 ]中提出一种集成光伏和储能的铁路能源管理系统,通过储能装置回收列车再生制动能量和光伏能量.但这两项研究均在固定容量下进行能源分配利用.针对储能削峰填谷效果和经济效益问题,文献[16 -17 ]中对集成可再生能源和混合储能系统的牵引供电系统进行优化,求解功率潮流模型和经济性模型,验证了该系统能够有效助力铁路实现节支降耗;文献[18 ]中提出一种基于增强烟花算法的移动式储能系统(MESS)削峰填谷调度优化方法,围绕MESS削峰填谷的可靠性、经济性及网损降低目标,构建了双层调度优化模型;文献[19 -20 ]中结合跨区联络计划与送、受端运行的整体特性,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度,但未考虑沿线不同区域的电价信息差异及储能系统对区域互济的影响. ...
分时电价政策下电气化铁路储能的经济性
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2020
... 不同时域、不同地域负荷-新能源分布情况影响区域电价[21 -22 ] .分时分区电价引导班列-储能牵引系统优先消耗可再生能源发电、减少火电机组出力,提升风光消纳能力和系统运行的经济性.基于此,在考虑不同区域发电价格时主要有两个因素:①为提高班列-储能牵引系统可再生能源消纳水平,可再生能源发电价格应低于火电机组和电网的价格,以保证班列-储能牵引系统优先消纳可再生能源发电;②当负荷高于该时段可再生能源发电时,需要引导负荷时移到其他时段;反之,当负荷低于该时段可再生能源发电时,引导负荷时移到该时段. ...
Economy of energy storage in electrified railway under time-of-use price policy
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2020
... 不同时域、不同地域负荷-新能源分布情况影响区域电价[21 -22 ] .分时分区电价引导班列-储能牵引系统优先消耗可再生能源发电、减少火电机组出力,提升风光消纳能力和系统运行的经济性.基于此,在考虑不同区域发电价格时主要有两个因素:①为提高班列-储能牵引系统可再生能源消纳水平,可再生能源发电价格应低于火电机组和电网的价格,以保证班列-储能牵引系统优先消纳可再生能源发电;②当负荷高于该时段可再生能源发电时,需要引导负荷时移到其他时段;反之,当负荷低于该时段可再生能源发电时,引导负荷时移到该时段. ...
考虑源荷不确定性的分时电价动态修正机制研究
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2022
... 不同时域、不同地域负荷-新能源分布情况影响区域电价[21 -22 ] .分时分区电价引导班列-储能牵引系统优先消耗可再生能源发电、减少火电机组出力,提升风光消纳能力和系统运行的经济性.基于此,在考虑不同区域发电价格时主要有两个因素:①为提高班列-储能牵引系统可再生能源消纳水平,可再生能源发电价格应低于火电机组和电网的价格,以保证班列-储能牵引系统优先消纳可再生能源发电;②当负荷高于该时段可再生能源发电时,需要引导负荷时移到其他时段;反之,当负荷低于该时段可再生能源发电时,引导负荷时移到该时段. ...
Research on dynamic correction mechanism of time-of-use electricity price considering uncertainty of source and load
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2022
... 不同时域、不同地域负荷-新能源分布情况影响区域电价[21 -22 ] .分时分区电价引导班列-储能牵引系统优先消耗可再生能源发电、减少火电机组出力,提升风光消纳能力和系统运行的经济性.基于此,在考虑不同区域发电价格时主要有两个因素:①为提高班列-储能牵引系统可再生能源消纳水平,可再生能源发电价格应低于火电机组和电网的价格,以保证班列-储能牵引系统优先消纳可再生能源发电;②当负荷高于该时段可再生能源发电时,需要引导负荷时移到其他时段;反之,当负荷低于该时段可再生能源发电时,引导负荷时移到该时段. ...
1
2011
... 电力机车牵引过程中采用无级变速,其耗电量通常按牵引运行耗电量和惰行、停站时的自用电量两部分进行计算.计算的能源消耗不包括机车在区间内与牵引、推送列车无关的机车运用,如调车、出入段等辅助走行时的能源消耗[23 25 ] . ...
1
2011
... 电力机车牵引过程中采用无级变速,其耗电量通常按牵引运行耗电量和惰行、停站时的自用电量两部分进行计算.计算的能源消耗不包括机车在区间内与牵引、推送列车无关的机车运用,如调车、出入段等辅助走行时的能源消耗[23 25 ] . ...
2
1999
... 式中:ω' 0 、ω″ 0 分别为电力机车和货车单位运行基本阻力;A'~C' 、A″~C″ 分别为相应系数,取值参见文献[24 ]中各型电力机车、货车单位运行基本阻力公式系数表;v 为班列运行速度. ...
... 式中:U w 为电力机车受电弓处网压;I p 为平均有功电流,取值参见文献[24 ]中附录B(各型电力机车牵引计算主要数据表)和附录K(各型电力机车用电有功电流曲线表);I p0 为自用电有功电流,惰行、空气制动及停站时,机车自用有功电流I p0 为2 A;t y 为牵引工况时间;t 0 为机车惰行、制动及停站时间. ...
2
1999
... 式中:ω' 0 、ω″ 0 分别为电力机车和货车单位运行基本阻力;A'~C' 、A″~C″ 分别为相应系数,取值参见文献[24 ]中各型电力机车、货车单位运行基本阻力公式系数表;v 为班列运行速度. ...
... 式中:U w 为电力机车受电弓处网压;I p 为平均有功电流,取值参见文献[24 ]中附录B(各型电力机车牵引计算主要数据表)和附录K(各型电力机车用电有功电流曲线表);I p0 为自用电有功电流,惰行、空气制动及停站时,机车自用有功电流I p0 为2 A;t y 为牵引工况时间;t 0 为机车惰行、制动及停站时间. ...
列车牵引能耗计算方法
1
2007
... 电力机车牵引过程中采用无级变速,其耗电量通常按牵引运行耗电量和惰行、停站时的自用电量两部分进行计算.计算的能源消耗不包括机车在区间内与牵引、推送列车无关的机车运用,如调车、出入段等辅助走行时的能源消耗[23 25 ] . ...
