基于模糊Petri网的“网–源–储–车”动态阈值能量管理策略研究

摘要

轨道交通作为电力系统的主要用能对象之一，每年消耗大量电能用于电力机车牵引。因此，降低牵引能耗、提升供能系统的弹性与效能对促进碳达峰、碳中和具有重要的现实意义。轨道交通“网–源–储–车”协同供能系统在传统牵引供电架构的基础上引入了储能系统与新能源发电系统，然而，如何实现牵引负荷、储能系统及新能源发电系统的高效能源自洽，减少双向波动性与不确定性对能量管理系统的影响成为了新的难题。为实现以上目标，减轻牵引负荷对牵引网的功率冲击，延长储能系统的使用寿命，本文提出了一种基于模糊Petri网（fuzzy Petri nets,FPN）的“网–源–储–车”动态阈值能量管理策略。该策略在“网–源–储–车”基本功率分配框架的基础上，设定了多工况下牵引供电系统与储能系统、新能源发电系统的动态能量交互规则，可适用于不同架构的“网–源–储–车”协同供能体系；在此基础上，以电力机车功率与储能系统寿命作为模糊Petri网的输入参数，经过模糊化、Petri网推理、反模糊化等操作后实现对放电阈值的自适应动态调整。本文以某牵引变电所实测数据作为测试案例，仿真结果表明：相较于基于固定阈值的能量管理策略，基于模糊Petri网的动态阈值管理策略能够有效提升能量回馈效率与再生制动能量储存效率，同时，增加光伏发电系统的利用电度，降低电力机车经由接触网从电力系统取能的平均功率及储能系统的平均放电深度；对延长储能系统的预计寿命、提升协同供能系统的能量利用效率与运行经济性具有积极意义。

关键词

轨道交通 / 储能系统 / 模糊Petri网 / 动态阈值