本發(fā)明涉及斜坡式重力儲(chǔ)能，特別是一種多軌道斜坡式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行效率在線優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球能源需求的持續(xù)增長(zhǎng)和環(huán)境問(wèn)題的日益突出，可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用變得越來(lái)越重要。然而，由于可再生能源的間歇性和不穩(wěn)定性，其與電網(wǎng)的平衡和調(diào)度面臨巨大挑戰(zhàn)。重力儲(chǔ)能技術(shù)因其高效、環(huán)保和長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，成為一種備受關(guān)注的儲(chǔ)能解決方案。重力儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)在電力過(guò)剩時(shí)提升質(zhì)量塊至高處儲(chǔ)存能量，在電力需求高峰時(shí)釋放質(zhì)量塊產(chǎn)生電能。多軌道斜坡式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)具有高靈活性和效率，通過(guò)多軌道設(shè)計(jì)可以在不同的電網(wǎng)調(diào)度需求下進(jìn)行靈活調(diào)度，提高系統(tǒng)的可靠性和適應(yīng)性。

2、目前，重力儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制策略并沒(méi)有考慮在滿足電網(wǎng)調(diào)度指令的同時(shí)對(duì)斜坡軌道的質(zhì)量塊數(shù)量和牽引電機(jī)齒輪箱變比進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化控制，導(dǎo)致系統(tǒng)沒(méi)有以整體最高效率運(yùn)行。為了提高多軌道斜坡式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行效率，迫切需要一種能夠同時(shí)優(yōu)化斜坡軌道的質(zhì)量塊數(shù)量和牽引電機(jī)齒輪箱變比的控制策略，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行效率在線優(yōu)化的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有重力儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制策略并沒(méi)有考慮在滿足電網(wǎng)調(diào)度指令的同時(shí)對(duì)斜坡軌道的質(zhì)量塊數(shù)量和牽引電機(jī)齒輪箱變比進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化控制，導(dǎo)致系統(tǒng)沒(méi)有以整體最高效率運(yùn)行的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種多軌道斜坡式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行效率的在線優(yōu)化方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種多軌道斜坡式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行效率在線優(yōu)化方法，其特征在于：斜坡式重力儲(chǔ)能監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)充電指令pagc_cha和放電指令pagc_dis，利用離散粒子群算法計(jì)算出使重力儲(chǔ)能系統(tǒng)整體充電效率ηcha和放電效率ηdis最大化的控制變量，所述控制變量包括各斜坡軌道牽引電機(jī)齒輪箱變比ki(i＝1,2，...，ng，ng∈z)和各斜坡軌道質(zhì)量塊數(shù)量nslope_i(i＝1,2，...，ng，ng∈z)，其中i為斜坡軌道序號(hào)、ng為斜坡軌道數(shù)量，用于多軌道斜坡式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)的在線控制；

3、所述斜坡式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)在儲(chǔ)能工況下的充電效率ηcha，具體為：

4、

5、其中，ηslope_cha_i為儲(chǔ)能工況下第i條斜坡軌道的質(zhì)量塊移動(dòng)效率，ηchain_cha_i為儲(chǔ)能工況下第i條斜坡軌道的齒輪鏈條傳動(dòng)效率，ηgear_cha_i為儲(chǔ)能工況下第i條斜坡軌道的齒輪箱傳動(dòng)效率，ηg_cha_i為儲(chǔ)能工況下第i條斜坡軌道的牽引電機(jī)效率，pg_cha_i為儲(chǔ)能工況下第i條斜坡軌道的牽引電機(jī)輸入功率；

6、所述儲(chǔ)能工況下第i條斜坡軌道的質(zhì)量塊移動(dòng)效率ηslope_cha_i，其表達(dá)式為：

7、

8、其中，θ為斜坡軌道相對(duì)水平面的傾斜角度，μ為斜坡軌道的動(dòng)摩擦系數(shù)；

9、所述儲(chǔ)能工況下第i條斜坡軌道的齒輪鏈條傳動(dòng)效率ηchain_cha_i，其表達(dá)式為：

10、

11、其中，nslope_i為第i條斜坡軌道的質(zhì)量塊數(shù)量，m為單個(gè)質(zhì)量塊質(zhì)量，g為重力加速度，ω為牽引電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度，r為斜坡軌道的鏈輪半徑，ki為第i條斜坡軌道的牽引電機(jī)齒輪箱變比，pchain_loss為齒輪鏈條摩擦固定損失；

12、所述儲(chǔ)能工況下第i條斜坡軌道的齒輪箱傳動(dòng)效率ηgear_cha_i，其表達(dá)式為：

13、

14、其中，tidle為齒輪箱空載轉(zhuǎn)矩，k為常數(shù)；

15、所述儲(chǔ)能工況下第i條斜坡軌道的牽引電機(jī)效率ηg_cha_i，其表達(dá)式為：

16、

17、其中，ii為第i條斜坡軌道的牽引電機(jī)輸入電流，rs為定子繞組電阻，if_i為第i條斜坡軌道的牽引電機(jī)勵(lì)磁電流，rf為轉(zhuǎn)子繞組電阻，pfe為牽引電機(jī)鐵損，為牽引電機(jī)機(jī)械損耗；

18、所述斜坡式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)在釋能工況下的放電效率ηdis，具體為：

19、

20、其中，ηslope_dis_i為釋能工況下第i條斜坡軌道的質(zhì)量塊移動(dòng)效率，ηchain_dis_i為釋能工況下第i條斜坡軌道的齒輪鏈條傳動(dòng)效率，ηgear_dis_i為釋能工況下第i條斜坡軌道的齒輪箱傳動(dòng)效率，ηg_dis_i為釋能工況下第i條斜坡軌道的牽引電機(jī)效率，pg_dis_i為釋能工況下第i條斜坡軌道的牽引電機(jī)輸出功率；

21、所述釋能工況下第i條斜坡軌道的質(zhì)量塊移動(dòng)效率ηslope_dis_i，其表達(dá)式為：

22、

23、其中，θ為斜坡軌道相對(duì)水平面的傾斜角度，μ為斜坡軌道的動(dòng)摩擦系數(shù)；

24、所述釋能工況下第i條斜坡軌道的齒輪鏈條傳動(dòng)效率ηchain_dis_i，其表達(dá)式為：

25、

26、其中，nslope_i為第i條斜坡軌道的質(zhì)量塊數(shù)量，m為單個(gè)質(zhì)量塊質(zhì)量，g為重力加速度，ω為牽引電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度，r為斜坡軌道的鏈輪半徑，ki為第i條斜坡軌道的牽引電機(jī)齒輪箱變比，pchain_loss為齒輪鏈條摩擦固定損失；

27、所述釋能工況下第i條斜坡軌道的齒輪箱傳動(dòng)效率ηgear_dis_i，其表達(dá)式為：

28、

29、其中，tidle為齒輪箱空載轉(zhuǎn)矩，k為常數(shù)；

30、所述釋能工況下第i條斜坡軌道的牽引電機(jī)效率ηg_dis_i，其表達(dá)式為：

31、

32、其中，ii為第i條斜坡軌道的牽引電機(jī)輸入電流，rs為定子繞組電阻，if_i為第i條斜坡軌道的牽引電機(jī)勵(lì)磁電流，rf為轉(zhuǎn)子繞組電阻，pfe為牽引電機(jī)鐵損，為牽引電機(jī)機(jī)械損耗。

33、作為本發(fā)明多軌道斜坡式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行效率在線優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中，所述斜坡式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)在儲(chǔ)能工況下的約束條件包括：

34、所述儲(chǔ)能工況下第i條斜坡軌道的牽引電機(jī)輸入功率pg_cha_i滿足：

35、

36、其中，

37、所述第i條斜坡軌道的牽引電機(jī)齒輪箱變比ki滿足：

38、ki∈kn

39、其中，kn為齒輪箱可選變比；

40、所述第i條斜坡軌道的質(zhì)量塊數(shù)量nslope_i滿足：

41、nslope_i∈[0，nslope,max](nslope_i∈z)

42、其中，nslope，max為斜坡軌道最大質(zhì)量塊數(shù)量。

43、作為本發(fā)明多軌道斜坡式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行效率在線優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中，所述斜坡式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)在釋能工況下的約束條件包括：

44、所述釋能工況下第i條斜坡軌道的牽引電機(jī)輸出功率pg_dis_i滿足：

45、

46、其中，

47、所述第i條斜坡軌道的牽引電機(jī)齒輪箱變比ki滿足：

48、ki∈kn

49、其中，kn為齒輪箱可選變比；

50、所述第i條斜坡軌道的質(zhì)量塊數(shù)量nslope_i滿足：

51、nslope_i∈[0，nslope,max](nslope_i∈z)

52、其中，nslope,max為斜坡軌道最大質(zhì)量塊數(shù)量。

53、作為本發(fā)明多軌道斜坡式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行效率在線優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中，所述離散粒子群算法計(jì)算控制變量的步驟為：

54、s401：根據(jù)電網(wǎng)充電指令pagc_cha，斜坡式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行于儲(chǔ)能工況，根據(jù)如權(quán)利要求1所述的充電效率ηcha和如權(quán)利要求2所述的儲(chǔ)能工況下的約束條件，定義目標(biāo)函數(shù)為：

55、

56、其中λ為罰因子；

57、根據(jù)電網(wǎng)充電指令pagc_dis，斜坡式重力儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行于釋能工況，根據(jù)如權(quán)利要求1所述的放電效率ηdis和如權(quán)利要求3所述的釋能工況下的約束條件，定義目標(biāo)函數(shù)為：

58、

59、s402：初始化變量：

60、

61、初始化粒子速度：

62、vi＝(v1，...，v2ng)t

63、s403：計(jì)算每個(gè)粒子的適應(yīng)度：

64、

65、確定全局最優(yōu)和每個(gè)粒子的個(gè)體最優(yōu)；

66、s404：更新粒子速度：

67、vi(t+1)＝ω·vi(t)+c1·ss(xi，pi)+c2·ss(xi，gi)

68、其中，ω為慣性權(quán)重，c1、c2為學(xué)習(xí)因子，pi為粒子個(gè)體最優(yōu)位置，gi為粒子全局最優(yōu)位置，函數(shù)ss(x，y)為交換函數(shù)；

69、s405：更新粒子位置：

70、xi(t+1)＝apply_operations(xi(t)，vi(t+1))

71、s406：判斷每個(gè)粒子是否滿足約束條件，具體為：

72、判斷ki是否在可選變比范圍內(nèi)；

73、判斷nslope_i是否在斜坡軌道允許最大同時(shí)移動(dòng)質(zhì)量塊數(shù)量范圍內(nèi)；

74、判斷是否在[0，1]范圍內(nèi)；

75、若存在不滿足約束條件的粒子，返回步驟s404；

76、s407：計(jì)算每個(gè)新粒子的新位置適應(yīng)度：

77、

78、s408：更新個(gè)體最優(yōu)：

79、若

80、f(xit)>f(pit)

81、則

82、pit＝xit

83、更新全局最優(yōu)：

84、若

85、f(xit)>f(git)

86、則

87、git＝xit

88、s409：重復(fù)s404——s408，直到滿足最大迭代次數(shù)，停止迭代；

89、s4010：將最優(yōu)控制變量返回給斜坡式重力儲(chǔ)能監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)，執(zhí)行最新的控制策略。

90、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案的有益效果是：

91、本發(fā)明根據(jù)電網(wǎng)充電指令pagc_cha和放電指令pagc_dis，利用離散粒子群算法計(jì)算出使重力儲(chǔ)能系統(tǒng)整體充電效率ηcha和放電效率ηdis最大化的控制變量，包括各斜坡軌道牽引電機(jī)齒輪箱變比ki(i＝1,2，...，ng，ng∈z)和各斜坡軌道質(zhì)量塊數(shù)量nslope_i(i＝1,2，...，ng，ng∈z)，有效克服了現(xiàn)有控制策略未能通過(guò)對(duì)斜坡軌道質(zhì)量塊數(shù)量和牽引電機(jī)齒輪箱變比的協(xié)調(diào)優(yōu)化來(lái)提升電能效率的問(wèn)題，從而在保證滿足電網(wǎng)調(diào)度指令的同時(shí)使整個(gè)系統(tǒng)的電能效率最大化，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)運(yùn)行效率在線優(yōu)化。