摘要
我国电气化铁路能耗问题随着运营里程的快速增长而日益严重，作为电网最大单体负荷，其电费已成为主要运营支出之一。随着交直交型电力机车和动车组的广泛使用，我国电气化铁路返送电网的再生制动能量日益丰富。若能提高列车再生制动能量在牵引供电系统内部的利用率，可有效降低铁路耗电量，提高铁路运营经济性，助力“双碳”目标的实现。混合储能系统兼具多种储能介质的优势，能够通过充电与放电动作，对电能进行时空平移，可实现铁路再生制动能量的高效回收利用。为此，论文围绕混合储能系统在电气化铁路中的应用，开展了如下研究工作： (1)研究了基于铁路功率调节器的电气化铁路混合储能系统方案及其能量管理策略。首先，结合实测负荷数据分析了电气化铁路负荷具有以24小时为周期变化、波动性强、再生制动能量丰富、牵引变电所两供电臂负荷不平衡的特点；在此基础上，研究了以铁路功率调节器为并网变流器，以超级电容和磷酸铁锂电池为储能介质的混合储能系统方案，并对方案拓扑和工作原理进行了深入分析，制定了考虑削峰填谷的混合储能系统能量管理策略，实现对电气化铁路负荷的削峰填谷。 (2)研究了电气化铁路混合储能系统全寿命周期经济性最优容量配置方法。首先，根据当前我国铁路电费政策以及混合储能系统仿真效果，对混合储能系统带来的投资与收益进行归纳，建立电气化铁路混合储能系统全寿命周期经济性模型；在此基础上，以能量管理策略中的储能充放电启动阈值和储能容量配置参数为优化变量，以全寿命周期的最大净收益为优化目标，使用惯性权重自适应变化的改进粒子群算法对系统最优配置进行求解；最后，结合牵引变电所实测数据，对算例优化结果和混合储能系统的相应运行情况进行了仿真分析。 (3)研究了电气化铁路储能系统综合评价体系及评价方法。首先，将储能系统的应用效果归纳为经济效益、社会效益、技术指标三类，每一类效果由一个或多个二级指标进行评估；然后，综合考虑评价过程的主观性与客观性，提出将层次分析法与逼近理想解排序法相结合的多指标评价方法；最后，结合不同的电气化铁路储能系统算例，验证了所提评价体系与评价方法的可行性。 (4)开发了电气化铁路储能系统分析平台。根据电气化铁路储能系统在实际应用中的选址定容需求，构建了含牵引变电所数据分析、储能容量配置、储能效果分析、储能方案评价模块的电气化铁路储能系统分析平台。然后，介绍了该平台的设计思路与应用方法，并通过各模块对应的算例验证了平台的实用性。 最后，总结了本文的研究内容与不足，并展望了下一步的研究方向。
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