列车车载储能设备的储能量设计方法与流程

本发明涉及列车应急指导技术领域，具体涉及一种列车车载储能设备的储能量设计方法。

背景技术：

在列车运营中，有时会出现各种异常情况造成列车运行失常，例如恶劣天气、高压电缆脱落、接触网故障、供电系统故障等异常情况，会造成接触网停电，由此引起列车动力的缺失、列车停电，从而影响正常的列车日常运营；甚至由于列车停电车厢内可能会因为高低温、缺氧等问题造成潜在的安全隐患。

对此，一些列车会选择带有车载储能设备，这些携带有车载储能设备的列车具备一些在无接触网状态下的应急自走行能力，因而能够在遇到突发异常情况时启动应急，从而在车载储能设备的驱动下行进以到达附近车站，从而进一步实现自救援的目的。然而由于列车安装空间和车载储能装置能量密度的限制，车载储能装置的电池容量是受限的，同时在列车处于应急运行状态时，车载储能装置不仅要提供牵引传动系统所需的能量，还要提供照明、通风、空调、制氧机等辅助系统所需电能，因此可用于应急走行牵引运行的车载储能十分有限。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种列车车载储能设备的储能量设计方法，以确保车载储能设备具有合适的最大容量。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供一种列车车载储能设备的储能量设计方法，所述列车车载储能设备的储能量设计方法包括：

s1：获取目标列车的相关信息；

s2：根据所述相关信息，设计仿真条件；

s3：根据所述仿真条件，采用列车的运行速度曲线优化算法，批量计算车载储能设备在无能量限制情况下所述目标列车的多个到站运行速度曲线，形成曲线簇；

s4：根据所述曲线簇中的每个曲线，得到列车的各曲线累计运行耗能，并对所述曲线簇中各曲线的累计运行耗能进行排序，得到累计运行能耗排序结果；

s5：设置列车行驶全线路的到站覆盖率；

s6：根据所述累计运行耗能排序结果和所述到站覆盖率，得到所述车载储能设备的最小储能量；

s7：根据所述车载储能设备的硬件约束条件，判断所述最小储能量是否达到预设阈值，若是，结束设计，否则进入步骤s8；

s8：调整所述全线路的到站覆盖率，返回步骤s6重新计算。

可选择地，所述步骤s1中，所述列车相关信息包括：

线路信息以及所述目标车辆自身参数信息。

可选择地，所述的线路信息包括：

车站公里标信息和/或限速信息和/或坡度信息和/或曲线信息；

可选择地，所述目标车辆自身参数信息包括：

列车车重信息和/或列车长度信息和/或单位基本阻力信息和/或应急牵引特性信息和/或应急制动特性信息和/或传动效率信息和/或辅助功率信息和/或能耗模型信息。

可选择地，所述步骤s3包括以下分步骤：

s31：获取所述仿真条件中的目标线路以及在所述目标线路中的所有故障点；

s32：根据所述所有故障点，进入当前故障点并判断所述目标列车在所述当前故障点是否可以双向运行，若是，进入步骤s34，否则进入步骤s33；

s33：判断所述目标列车在所述当前故障点是否可以单向运行，若是，进入步骤s35，否则进入步骤s36；

s34：根据惰行节能策略，计算所述车载储能设备在无能量限制情况下所述目标列车的双向运行速度曲线以及对应的累计运行耗能，并输出最小能耗值，进入步骤s37；

s35：根据所述惰行节能策略，计算所述车载储能设备在无能量限制情况下所述目标列车的单向运行速度曲线以及对应的累计运行耗能，进入步骤s37；

s36：输出所述当前故障点为所述目标列车无法到站的故障点，进入步骤s37；

s37：判断所述当前故障点是否为所述目标线路中的最后一个故障点，若是，进入步骤s39，否则进入步骤s38；

s38：获取所述当前故障点的下一个故障点，返回步骤s32；

s39：根据所述最后一个故障点，采用所述列车的运行速度曲线优化算法，批量计算车载储能设备在无能量限制情况下所述目标列车的多个到站运行速度曲线，形成曲线簇。

可选择地，所述步骤s7包括以下分步骤：

s61：根据所述累计运行能耗排序结果，累加计算目标故障点之前的各个故障点的有效运行范围的累计运行能耗所在线路长度；

s62：计算所述累计运行能耗所在线路长度与所述目标线路长度的百分比；

s63：判断所述百分比是否大于所述全线路的到站覆盖率，若是，进入步骤s64，若否，进入步骤s61；

s64：确定所述目标故障点所对应的累计运行能耗为所述车载储能装置的最小容量。

可选择地，所述运行耗能包括：

所述目标列车在运行过程中的牵引能耗和所述目标列车辅助系统的能耗之和。

可选择地，所述辅助系统包括提供列车运行中所需电能的电能模块。

本发明具有以下有益效果：

通过上述技术方案，即通过本发明所提供的列车车载储能设备的储能量计算方法，能够在满足列车安装空间的基础上，提高列车在异常情况下的应急行走能力，从而提高救援成功率。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的列车车载储能设备的储能量设计方法的流程图；

图2为图1中步骤s3的分步骤流程图；

图3为本发明实施例所提供的列车车载储能设备的储能量设计方法的列车正常运行时的节能优化速度曲线；

图4为本发明实施例所提供的列车车载储能设备的储能量设计方法的惰行曲线示意图；

图5为本发明实施例所提供的列车车载储能设备的储能量设计方法的累计能耗大小排序序列图；

图6为图1中步骤s6的分步骤流程图；

图7为图6中步骤s61中有效运行范围的计算方式示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例

本发明提供一种列车车载储能设备的储能量设计方法，参考图1所示，所述列车车载储能设备的储能量设计方法包括：

s1：获取目标列车的相关信息；

这里，所述目标列车相关信息包括：线路信息以及所述目标车辆自身参数信息。而所述的线路信息可以是车站公里标信息、限速信息、坡度信息、曲线信息、天气信息中的一种或多种的结合，本领域技术人员可结合本发明和实际情况选择性设置。

同样地，所述目标车辆自身参数信息可以是列车车重信息、列车长度信息、单位基本阻力信息、应急牵引特性信息、应急制动特性信息、传动效率信息、辅助功率信息、能耗模型信息中的一种或多种，本领域技术人员亦可结合本发明和实际情况选择性设置。

s2：根据所述相关信息，设计仿真条件；

为了使得仿真条件与本次设计内容相符且配合性高，因此根据上述的相关信息中的一种或者多种，设计仿真条件。这里的仿真条件可以包括目标列车行驶全线路的故障点、应急行走时目标列车的行驶速度以及列车的运行方向等等。

s3：根据所述仿真条件和列车的运行速度曲线优化算法，批量计算车载储能设备在无能量限制情况下所述目标列车的多个到站运行速度曲线，形成曲线簇。

这里，参考图2所示，步骤s3具体包括以下分步骤：

s31：获取所述仿真条件中的目标线路以及在所述目标线路中的所有故障点；

s32：根据所述所有故障点，进入当前故障点并判断所述目标列车在所述当前故障点是否可以双向运行，若是，进入步骤s34，否则进入步骤s33；

s33：判断所述目标列车在所述当前故障点是否可以单向运行，若是，进入步骤s35，否则进入步骤s36；

s34：根据惰行节能策略，计算所述车载储能设备在无能量限制情况下所述目标列车的双向运行速度曲线以及对应的累计运行耗能，并输出最小能耗值，进入步骤s37；

s35：根据所述惰行节能策略，计算所述车载储能设备在无能量限制情况下所述目标列车的单向运行速度曲线以及对应的累计运行耗能，进入步骤s37；

s36：输出所述当前故障点为所述目标列车无法到站的故障点，进入步骤s37；

s37：判断所述当前故障点是否为所述目标线路中的最后一个故障点，若是，进入步骤s39，否则进入步骤s39；

s38：获取所述当前故障点的下一个故障点，返回步骤s32；

s39：根据所述列车的运行速度曲线优化算法和所述最后一个故障点，批量计算车载储能设备在无能量限制情况下所述目标列车的多个到站运行速度曲线，形成曲线簇。

这里需要说明的是，在本发明中，惰行节能策略指的是将目标列车的所有动力来源都切断，以获取到最节能的输出结果，在此种情况下，目标列车即将其重力势能转化为动能，以驱动其行走。而列车的运行速度曲线优化算法则是根据这种惰行节能策略生成的优化算法，具体请参考图3所示，列车起车时以全力牵引运行，当靠近限速时列车转为恒速运行，停车前有一段惰行，最后全力制动完成停车。列车处于全力牵引运行时，列车牵引能耗需求是最大的；列车恒速牵引运行时，只需克服列车运行阻力，列车能耗相对较小；列车处于惰行和制动阶段时，列车能耗仅有辅助系统能耗，因此列车总体能耗要比牵引运行阶段能耗低。基于此，本发明中的列车的运行速度曲线优化算法步骤如下：

1.求解恒速运行速度曲线

这部分的求解如图3的求解描述一致。

2.求解单个惰性曲线

恒速运行速度曲线中，恒速部分的列车工况是由多个“牵引-制动”子区间组成的，对于某个具体的“牵引-制动”子区间，搜寻惰行工况替代方案。

参考图4所示，对于某个“牵引——制动”子区间，分别从牵引工况起始位置和制动工况起始位置计算出可能的惰行方案，即该“牵引——制动”子区间可能的两条边界惰行方案，即最低惰行速度边界惰行方案和最高惰行速度边界惰行方案；以牵引工况起始位置和制动工况起始位置的中间位置搜寻的惰行方案则在两条边界惰行方案之内

3.得到基于惰行优化的应急自走行速度曲线

将恒速区段可替代的所有“牵引-制动”子区间进行插入惰行工况替代之后，就可以得到全局的基于惰行优化的应急自走行速度曲线。

s4：根据所述曲线簇中的每个曲线，得到列车的各曲线累计运行耗能，并对所述曲线簇中各曲线的累计运行耗能进行排序，得到累计运行能耗排序结果。参考图5所示，故障点的有效运行范围覆盖率按照搜索的累计计算方向上逐步递增。

s5：设置列车行驶全线路的到站覆盖率；

在设置列车行驶全线路的到站覆盖率时，如果没有特别说明，则可以默认覆盖率为100％。

s6：根据所述累计运行耗能排序和所述到站覆盖率，得到所述车载储能设备的最小储能量；

具体地，参考图6所示，所述步骤s6包括以下分步骤：

s61：根据所述排序结果，累加计算目标故障点之前的各个故障点的有效运行范围的累计运行能耗所在线路长度；

参考图7所示，第i-1个故障点与第i个故障点之间的距离为xi-1，第i个故障点与第i 1个故障点之间的距离为xi，那么第i个故障点的有效运行范围计算为(xi xi-1)/2。当然，本领域技术人员也可以采用其他方式计算第i个故障点的有效运行范围，本发明不做具体限制。

s62：计算所述累计运行能耗所在线路长度与所述目标线路长度的百分比；

s63：判断所述百分比是否大于所述全线路的到站覆盖率，若是，进入步骤s64，否则进入步骤s61；

s64：确定所述目标故障点所对应的累计运行能耗为所述车载储能装置的最小容量。

s7：根据所述车载储能设备的硬件约束条件，判断所述最小储能量是否达到预设阈值，若合适，结束设计；否则进入步骤s8；

这里，在对最小储能量进行判断后，若最小储能量合适，则会进一步判断无法到站区域是否为目标列车行驶过程中可接受的，能够在此区域中等候救援的，若是，则输出结果；否则进入步骤s8。

s8：调整所述全线路的到站覆盖率，返回步骤s6重新计算。

本发明具有以下有益效果：

通过上述技术方案，即通过本发明所提供的列车车载储能设备的储能量计算方法，能够在满足列车安装空间的基础上，提高列车在异常情况下的应急行走能力，从而提高救援成功率。

可选择地，所述运行耗能包括：

所述目标列车在运行过程中的牵引能耗和所述目标列车辅助系统的能耗之和。

可选择地，所述辅助系统包括列车运行中所需提供的电能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。