超级电容有轨电车智能调度与协同充电策略研究

This project proposes an intelligent scheduling and cooperative charging scheme for the emerging supercapacitor trams by analyzing the effects of the aging of charging stations on the operation reliability of supercapacitor trams. Firstly, a state-of-health (SoH) prediction method is proposed based on the multi-data fusion to evaluate the aging of charging stations comprehensively and accurately. Secondly, by considering the SoH information of charging stations, we propose an intelligent charging scheduling algorithm for supercapacitor trams to guarantee the energy requirement of trams and to minimize the operation cost. Finally, based on the SoH of parallel charging modules in the charging station, a proportional load balancing based cooperative charging algorithm is proposed to improve the reliability of the charging station and to realize the reliable charging for the trams. The study is dedicated to improving the reliability level of supercapacitor trams, which can guarantee the safe and reliable operation of supercapacitor trams and popularize the supercapacitor trams in the society.

本项目针对新型城市轨道交通工具——超级电容有轨电车，通过分析充电站老化现象对有轨电车运行可靠性的影响，提出一种超级电容有轨电车智能调度和协同充电方法。首先，研究基于多源数据融合的充电站健康状态预测方法，实现对充电站老化程度的全面、准确评估。然后，结合充电站的健康状态信息，设计基于多目标优化有轨电车智能充电调度算法，保证有轨电车的能量需求，最小化系统运营成本。最后，针对充电站内部的并联充电模组，根据充电模组的健康状态，设计基于比例负载均衡的协同充电算法，提高充电站的可靠性，实现对有轨电车的可靠充电。通过本项目的研究，将提高超级电容有轨电车的可靠性保障水平，保障有轨电车安全、可靠运行，促进超级电容有轨电车的应用和推广。

项目组对超级电容有轨电车智能充电策略进行了深入的研究，设计了基于一致性的超级电容有轨电车车载储能系统均衡管理策略，实现车载超级电容充放电过程中的单体均衡，保障车载超级电容高效、可靠工作，延长车载超级电容的使用寿命；设计了超级电容有轨电车模块化充电系统协同控制策略，在恒流模式和恒流-恒压模式下，均保障充电系统的电流均衡，提高充电系统的可靠性和使用寿命；设计了基于参考值调制方法设计超级电容有轨电车智能充电方法，动态调整充电系统的参考电流，有效抑制了电流超调现象，防止超级电容出现过充现象。通过2019年1月到2021年12月这四年的努力，我们的科研工作完成了原定目标。本项目的主要理论研究成果《基于信息物理系统的协同控制策略及应用》获得2019年湖南省优秀博士学位论文，以及湖南省自然科学奖二等奖。受本项目支持，相关研究成果已发表在国内外权威学术期刊，共计发表发表SCI收录论文7篇，授权国家发明专利2项，培养毕业博士研究生1名，硕士研究生3名，本项目相关学术论文被引用100余次，在交通电气化领域取得一定的国际影响力。