有轨电车燃料电池混合动力系统优化匹配设计

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1、国内图书分类号：TM911.42密级：公开国外图书分类号：621.3西南交通大学研究生学位论文有轨电车燃料电池混合动力系统优化匹配设计年级二〇一五级姓名周思宇申请学位级别工程硕士专业电气工程指导老师陈维荣教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TM911.42U.D.C：621.3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisOPTIMALMATCHINGDESIGNOFTRAMFUELCELLHYBRIDSYSTEMGrade:2015Candidate:SiyuZhouAcademicDegre

2、eAppliedfor:MasterSpeciality:ElectricalengineeringSupervisor:Prof.WeirongChenMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着经济的发展，城市体量不断扩大，拥堵的交通和糟糕的空气质量已经成为困扰每个大中城市发展的难题，同时也与人民日益增长的美好生活需求背道而驰。为了方便居民的出行，同时降低环境污染，许多城市都在大力发展地铁、轻轨、有轨电车、磁悬浮列车等城市公共交通。发展城市轨道交通，以及新能源应用，是解决城市拥堵和空气污染的一种有效途径，因此，基于新能源的城市轨道交

3、通已成为国家重点发展方向。燃料电池混合动力有轨电车作为缓解城市交通拥堵和空气污染的有效途径之一，受到的关注与日俱增。燃料电池混合动力系统作为燃料电池混合动力有轨电车的核心组成部分，其研究具有重要意义，但目前仍缺乏其有效匹配设计方法，严重影响轨道交通动力系统性能、效率和经济性。本文主要研究了有轨电车燃料电池混合动力系统优化匹配设计，主要工作内容如下：基于燃料电池、蓄电池、超级电容三种动力源联合驱动模式的拓扑结构，建立了燃料电池混合动力系统仿真模型，建立了机车动力学模型，结合线路数据、车辆设计参数及动力性能指标，采用相向会面的方法计算极限加速度下有轨电车全

4、线路动态循环工况。提出了计及全寿命周期成本的有轨电车燃料电池混合动力系统优化配置方法。建立了以燃料电池混合动力系统体积/重量最小、全寿命周期成本最低为目标，同时考虑车辆动力性需求、全线全工况下实时电力电量平衡、母线电压匹配、燃料电池出力、储能充放电及其SOC限制等约束条件的多目标多约束优化配置模型。在考虑系统更换成本时，利用雨流计数法计算蓄电池等效循环寿命。采用枚举法获取Pareto前沿，利用模糊隶属度计算出折中解方案作为推荐系统配置方案。最后，本文以一条实际线路为例，根据实际线路数据和车辆设计参数计算动态循环工况，并利用所建立的混合动力系统优化匹配模

5、型给出推荐配置方案，在仿真模型中进行了仿真验证，证明了配置的燃料电池混合动力系统可以满足工况需求和设计参数指标，能有效提高全寿命周期经济性，对燃料电池混合动力有轨电车设计与运行具有重要参考价值。西南交通大学硕士研究生学位论文第II页关键词：燃料电池混合动力有轨电车；全寿命周期成本；系统配置；多目标优化西南交通大学硕士研究生学位论文第III页AbstractAlongwiththedevelopmentoftheeconomy,expandingcitysize,trafficcongestionandpoorairqualityhavebecomepr

6、oblemsineverylargeandmedium-sizedcitydevelopment,andatthesametimewiththepeople'sgrowingdemandforabetterlife.Inordertofacilitateresidents'travelandreduceenvironmentalpollution,manycitieshavebeendevelopingurbanpublictransportationsuchassubways,lightrails,trams,andmaglevtrains.Thed

7、evelopmentofurbanrailtransitandtheapplicationofnewenergyareaneffectivewaytosolveurbancongestionandairpollution.Therefore,urbanrailtransitbasedonnewenergyhasbecomeakeynationaldevelopmentdirection.Asoneoftheeffectivewaystoalleviateurbantrafficcongestionandairpollution,fuelcellhybr

8、idtramhavereceivedincreasingattention.Theresear