本發(fā)明屬于城市軌道交通，具體涉及一種考慮新能源及儲(chǔ)能接入的城市軌道交通能源管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前，城市軌道交通能源管理系統(tǒng)主要集中于傳統(tǒng)電力消耗的監(jiān)測(cè)和簡(jiǎn)單的調(diào)度管理，系統(tǒng)功能較為單一，尚未充分考慮新能源和儲(chǔ)能技術(shù)的綜合應(yīng)用。在實(shí)際運(yùn)行中，軌道交通供電系統(tǒng)由于可再生能源出力波動(dòng)大、儲(chǔ)能設(shè)備容量有限，往往難以有效平衡負(fù)荷變化，導(dǎo)致供電效率不高和能耗浪費(fèi)問題突出。傳統(tǒng)系統(tǒng)在新能源發(fā)電預(yù)測(cè)、儲(chǔ)能調(diào)度及再生制動(dòng)能量回收等關(guān)鍵環(huán)節(jié)存在協(xié)同不足，缺乏基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和智能算法的綜合調(diào)控機(jī)制，無法同時(shí)滿足安全、高效供電和節(jié)能降耗的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了解決上述背景技術(shù)存在的不足，提供一種考慮新能源及儲(chǔ)能接入的城市軌道交通能源管理系統(tǒng)，能夠在預(yù)測(cè)新能源出力和監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)負(fù)荷的基礎(chǔ)上，優(yōu)化儲(chǔ)能裝置的充放電策略和再生制動(dòng)能量回收參數(shù)，有效降低系統(tǒng)峰值負(fù)荷和電網(wǎng)購電成本，同時(shí)提高整體能源利用效率，確保軌道交通系統(tǒng)在安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種考慮新能源及儲(chǔ)能接入的城市軌道交通能源管理系統(tǒng)，包括：新能源發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元、再生制動(dòng)能量回收單元，以及能量管理控制平臺(tái)；所述新能源發(fā)電單元和儲(chǔ)能單元接入軌道交通供電系統(tǒng)；所述能量管理控制平臺(tái)與所述供電系統(tǒng)連接并通信控制上述單元，監(jiān)測(cè)、分析并優(yōu)化調(diào)度軌道交通供電系統(tǒng)中的能量流，以協(xié)調(diào)新能源發(fā)電功率、儲(chǔ)能充放電和再生制動(dòng)能量的利用，提升能源利用效率并降低對(duì)電網(wǎng)外購電能的需求。

3、上述技術(shù)方案中，所述能量管理控制平臺(tái)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括：

4、終端感知層，通過現(xiàn)場(chǎng)各類智能儀表和傳感器采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)及客流數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)視；

5、邊緣計(jì)算層，通過智能通訊網(wǎng)關(guān)和交換機(jī)等設(shè)備，將終端采集的數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議通過專網(wǎng)通道上送至能量管理控制平臺(tái)，并將平臺(tái)的控制命令下達(dá)到各控制單元；

6、系統(tǒng)應(yīng)用層，以能量管理控制平臺(tái)為核心，實(shí)現(xiàn)地鐵站點(diǎn)所有數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示以及控制指令下達(dá)。

7、上述技術(shù)方案中，所述能量管理控制平臺(tái)的控制管理架構(gòu)采用三級(jí)分層架構(gòu)，包括：

8、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，通過現(xiàn)場(chǎng)儀表和傳感器采集設(shè)備運(yùn)行工況及環(huán)境數(shù)據(jù)并執(zhí)行本地控制；

9、車站級(jí)，對(duì)站內(nèi)能耗進(jìn)行監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析和優(yōu)化控制；

10、線路級(jí)，設(shè)于控制中心對(duì)全線能源進(jìn)行集中監(jiān)視與調(diào)度決策，并將控制指令下達(dá)至各車站級(jí)，以實(shí)現(xiàn)全線范圍的能源優(yōu)化協(xié)調(diào)控制。

11、上述技術(shù)方案中，所述能量管理控制平臺(tái)用于對(duì)所述新能源發(fā)電單元的輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果優(yōu)化所述儲(chǔ)能單元的充放電調(diào)度，以平抑新能源發(fā)電輸出的波動(dòng)。

12、上述技術(shù)方案中，所述能量管理控制平臺(tái)用于通過需量管理降低軌道交通系統(tǒng)的峰值用電負(fù)荷，從而減少基本電費(fèi)，并根據(jù)分時(shí)電價(jià)調(diào)整所述儲(chǔ)能單元的充放電策略，在低谷時(shí)段存儲(chǔ)電能、高峰時(shí)段釋放電能，以降低整體用電成本。

13、上述技術(shù)方案中，所述能量管理控制平臺(tái)用于基于牽引供電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)潮流狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整所述再生制動(dòng)能量回收單元的工作閾值，以確保線路能量平衡并最大化制動(dòng)能量回收利用率。

14、上述技術(shù)方案中，所述能量管理控制平臺(tái)建立了包含交流配電網(wǎng)和直流牽引網(wǎng)的潮流計(jì)算模型，并利用該模型對(duì)含新能源和儲(chǔ)能接入的軌道交通供電系統(tǒng)進(jìn)行功率潮流分析，為能源調(diào)度提供決策依據(jù)；

15、所述功率潮流分析的過程包括：

16、(a)?初始化階段：根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)初始化各關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)，并設(shè)定整流機(jī)組輸出電壓、直流牽引電壓和交流側(cè)節(jié)點(diǎn)電壓的初始值；

17、(b)?交流配電網(wǎng)計(jì)算：依據(jù)線軌道交通供電系統(tǒng)的交流配電網(wǎng)參數(shù)形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣y，并計(jì)算出各交流節(jié)點(diǎn)電壓；

18、(c)?第一次牽引電壓迭代：在初始時(shí)刻基于初始設(shè)定的整流機(jī)組輸出電壓，在后續(xù)時(shí)刻采用上一輪計(jì)算更新得到的整流機(jī)組輸出電壓，迭代計(jì)算直流牽引網(wǎng)中的牽引電壓，直至連續(xù)兩次迭代結(jié)果的牽引電壓變化滿足預(yù)設(shè)的第一收斂條件，使潮流計(jì)算模型的直流牽引網(wǎng)部分收斂；

19、(d)?初步整流器輸出功率計(jì)算：在初始時(shí)刻基于初始設(shè)定的整流機(jī)組輸出電壓，在后續(xù)時(shí)刻采用上一輪計(jì)算更新得到的整流機(jī)組輸出電壓，基于潮流計(jì)算模型，計(jì)算整流機(jī)組的初始輸出功率；

20、(e)?第二次牽引電壓迭代與功率更新：

21、①?基于交流側(cè)節(jié)點(diǎn)電壓的潮流計(jì)算結(jié)果和整流器直流側(cè)電壓更新整流器輸出電壓；

22、②?以該更新后的整流器輸出電壓為基礎(chǔ)，對(duì)直流牽引網(wǎng)中的牽引電壓進(jìn)行迭代計(jì)算，直至連續(xù)兩次迭代結(jié)果的牽引電壓的變化滿足預(yù)設(shè)收斂條件，使潮流計(jì)算模型的直流牽引網(wǎng)部分收斂；

23、③?根據(jù)收斂后的潮流計(jì)算模型和更新后的整流器輸出電壓，計(jì)算出當(dāng)前輪的整流機(jī)組輸出功率；

24、④?將當(dāng)前輪計(jì)算得到的整流機(jī)組輸出功率與步驟(d)中記錄的初始輸出功率進(jìn)行比較，若差值滿足預(yù)設(shè)功率收斂條件，則認(rèn)為本時(shí)刻潮流計(jì)算完成；否則，返回步驟(d)重復(fù)上述迭代過程，直至滿足收斂條件；

25、(f)?時(shí)步更新：

26、當(dāng)本時(shí)刻的牽引電壓與整流機(jī)組輸出功率均達(dá)到預(yù)設(shè)收斂條件后，將當(dāng)前時(shí)刻收斂得到的牽引電壓和交流節(jié)點(diǎn)電壓作為下一時(shí)刻潮流計(jì)算的初始值，重復(fù)執(zhí)行步驟(c)至步驟(e)，直至完成整個(gè)潮流分析。

27、上述技術(shù)方案中，所述儲(chǔ)能單元包括電池儲(chǔ)能子單元和飛輪儲(chǔ)能子單元；所述能量管理控制平臺(tái)采用近端策略優(yōu)化的強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法對(duì)所述儲(chǔ)能單元進(jìn)行智能調(diào)度控制，根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)荷、新能源發(fā)電和電價(jià)信息動(dòng)態(tài)調(diào)整電池與飛輪的充放電功率，以最大化經(jīng)濟(jì)效益并最小化從電網(wǎng)購電的電量。

28、上述技術(shù)方案中，所述能量管理控制平臺(tái)還用于采集車站環(huán)境參數(shù)和客流信息，并根據(jù)電價(jià)變化調(diào)節(jié)車站空調(diào)通風(fēng)相關(guān)環(huán)境控制負(fù)荷的運(yùn)行，以在保障乘客舒適的前提下降低環(huán)境控制系統(tǒng)的能耗。

29、上述技術(shù)方案中，能源管理平臺(tái)采用分階段的優(yōu)化控制策略，包括：優(yōu)先識(shí)別并優(yōu)化節(jié)能潛力最大的用能設(shè)備的局部?jī)?yōu)化階段，其次統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各站用能效率的整體優(yōu)化階段，以及綜合考慮新能源出力波動(dòng)、電價(jià)變化、乘客客流和儲(chǔ)能壽命等多因素的全局優(yōu)化階段；各階段優(yōu)化產(chǎn)生的控制策略逐級(jí)迭代疊加，以逐步逼近全系統(tǒng)能源利用效率的最優(yōu)解。

30、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過集成新能源發(fā)電裝置、儲(chǔ)能裝置和再生制動(dòng)能量回收單元，并由能量管理控制平臺(tái)統(tǒng)一監(jiān)測(cè)與調(diào)度，實(shí)現(xiàn)軌道交通供電系統(tǒng)中各能量單元的協(xié)同優(yōu)化，從而提高整體能源利用效率，降低對(duì)外部電網(wǎng)購電依賴，并提升供電穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

31、進(jìn)一步地，本發(fā)明采用終端感知層、邊緣計(jì)算層和系統(tǒng)應(yīng)用層的三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，使現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和中央控制分工明確。該結(jié)構(gòu)確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確采集和傳遞，有助于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控與精細(xì)化控制，進(jìn)而提高能源管理的響應(yīng)速度和系統(tǒng)可靠性。

32、進(jìn)一步地，本發(fā)明采用現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、車站級(jí)和線路級(jí)三級(jí)控制架構(gòu)，使得局部控制與集中調(diào)度有效銜接?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)可實(shí)現(xiàn)就地控制，車站級(jí)進(jìn)行局部能耗優(yōu)化，而線路級(jí)在控制中心進(jìn)行全局調(diào)度決策，從而實(shí)現(xiàn)全線范圍內(nèi)的能源協(xié)調(diào)優(yōu)化，增強(qiáng)系統(tǒng)整體穩(wěn)定性和節(jié)能效果。

33、進(jìn)一步地，本發(fā)明通過新能源功率預(yù)測(cè)模塊與儲(chǔ)能調(diào)度模塊的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源（如光伏）發(fā)電輸出的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，并據(jù)此優(yōu)化儲(chǔ)能裝置的充放電策略，從而平抑新能源輸出的波動(dòng)，提高供電系統(tǒng)的平穩(wěn)性和可靠性，確保能源供應(yīng)與需求的高效匹配。

34、進(jìn)一步地，本發(fā)明設(shè)置需量管理與峰谷電價(jià)響應(yīng)功能，能實(shí)時(shí)監(jiān)控并控制軌道交通系統(tǒng)的峰值用電負(fù)荷，利用電價(jià)波動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，從而降低基本電費(fèi)及整體用電成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

35、進(jìn)一步地，本發(fā)明通過動(dòng)態(tài)調(diào)整直流再生制動(dòng)能量回收裝置的充放電閾值，確?；厥樟熊囍苿?dòng)過程中產(chǎn)生的剩余能量，從而提高能量回收利用率，減少能源浪費(fèi)，并進(jìn)一步降低系統(tǒng)對(duì)外部供電的依賴。

36、進(jìn)一步地，本發(fā)明通過建立交直流混合潮流計(jì)算模型，對(duì)軌道交通供電系統(tǒng)內(nèi)交流和直流網(wǎng)絡(luò)的功率潮流進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，為能源調(diào)度提供精確數(shù)據(jù)支持。這種基于數(shù)據(jù)的分析能夠幫助系統(tǒng)優(yōu)化能量分布，提高調(diào)度決策的準(zhǔn)確性和整體運(yùn)行效率。

37、進(jìn)一步地，本發(fā)明采用基于近端策略優(yōu)化（ppo）的強(qiáng)化學(xué)習(xí)調(diào)度算法，對(duì)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行智能調(diào)度，根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)荷、新能源出力和電價(jià)信息動(dòng)態(tài)調(diào)整充放電功率，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，降低電網(wǎng)購電成本，并增強(qiáng)系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)控能力。

38、進(jìn)一步地，本發(fā)明配置環(huán)境控制能耗優(yōu)化功能，實(shí)時(shí)采集車站內(nèi)環(huán)境參數(shù)、客流數(shù)據(jù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并結(jié)合電價(jià)信息，動(dòng)態(tài)調(diào)整空調(diào)、通風(fēng)、排氣等環(huán)控設(shè)備的運(yùn)行策略，從而在確保乘客舒適和安全的前提下，實(shí)現(xiàn)環(huán)境控制系統(tǒng)的能耗降低和整體運(yùn)營(yíng)成本的減少。

39、進(jìn)一步地，本發(fā)明通過采用分階段的能量?jī)?yōu)化控制策略（包括局部?jī)?yōu)化、整體優(yōu)化和全局優(yōu)化三個(gè)階段），逐步迭代并優(yōu)化系統(tǒng)調(diào)度策略，使各級(jí)優(yōu)化措施逐步疊加逼近全系統(tǒng)能源利用效率的最優(yōu)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)全面的節(jié)能降耗和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性提升。