本发明涉及牵引供电系统领域，特别是一种牵引供电系统再生制动能量储能介质功率及容量配置方法。
背景技术
高速铁路牵引供电系统具有可再生、分布广、能耗高、规律强、波动大等特点，每年消耗大量的电能。2017年全国18个铁路局总耗电量高达668亿千瓦时，其中损耗电量高达48亿千瓦时。高速动车组在制动过程中，优先采用再生制动方式，产生了大量的再生制动能量。据统计，从北京南到天津的动车组每天可产生的再生制动能量约为33.291mwh，每年可产生的再生制动能量高达120gwh。这部分再生制动能量中仅有小部分能量被其他牵引动车组和制动电阻消耗，其余再生制动能量将返送回电力系统。然而，根据现行的电气化铁路电费计量方式，返送回电力系统的再生制动能量不参与电量计费，给铁路部门造成了大量的经济损失。储能型再生制动能量回收方案具有削峰填谷，灵活性高等优势，因此成为近年来研究的热点。经济性是考察储能型再生制动能量回收方案可行性的重要指标，因此，合理配置储能系统的功率和容量至关重要。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种牵引供电系统再生制动能量储能介质功率及容量配置方法，为牵引供电系统再生制动能量储存系统的设计提供参考。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种牵引供电系统再生制动能量储能介质功率及容量配置方法，包括
步骤1.获取牵引变电所在t时间段内的负荷特性，得到左侧供电臂有功功率palpha(t)、右侧供电臂有功功率pbeta(t)和牵引变电所一次侧总有功功率
步骤2.根据左侧供电臂有功功率palpha(t)，右侧供电臂有功功率pbeta(t)和牵引变电所一次侧总有功功率
步骤3.根据二次侧牵引有功功率
3-1.建立储能介质充放电功率约束模型：
式中：pch(t)表示t时刻储能介质的充电功率；
式中：pdisch(t)表示t时刻储能介质的放电功率；
3-2.建立储能介质容量约束模型：
0≤ηch≤1(11)
0≤ηdisch≤1(12)
0≤t0＜t＜t(13)
式中：ees(t)表示t时刻储能介质的容量；ees表示储能介质的额定容量；ηch表示储能介质的充电效率；ηdisch表示储能介质的放电效率；
3-3.建立储能介质荷电状态约束模型：
0≤soc(t)≤1(15)
式中：soc(t)表示t时刻储能介质的荷电状态；
步骤4.建立储能系统的经济模型，包括
4-1.建立储能系统经济成本模型：
c＝nconv(p)×mconv+nes(p,e)×mes+mm+mo(16)
式中：c表示储能系统的总成本；nconv(p)表示储能变流器数量；mconv(p)表示单位功率储能变流器的价格；nes(p,e)表示储能介质数量；mes表示单位功率和容量储能介质的价格；mm表示储能系统维护成本；mo表示研发成本、基建成本、运输成本和原材料成本；
4-2.建立储能系统经济收益模型：
f＝fe+ff+fa(17)
其中：
fe＝ne×me(18)
ffc＝nfc×mfc(19)
fa＝ne×ma(21)
式中：f表示储能系统的经济收益；fe表示使用储能系统后减少的电度电费；ne表示使用储能系统后节约的电量；me表示电度电费单价；ff表示使用储能系统后减少的基本电费，包括按容量计费ffc或按需量计费ffd：如按容量计费，则令ff＝ffc；如按需量计费，则令ff＝ffd；nfc表示计费容量；mfc表示单位容量的价格；dsub表示牵引变电所最大需量；mfd表示单位需量的价格；stt表示牵引变压器的容量；fa表示使用储能系统后减少的附加电费；ma表示附加电费单价；
步骤5.根据储能介质的约束模型和储能系统的经济模型，建立储能介质功率及容量配置目标函数，该函数以最大收益为目标：
式中：
步骤6.对储能介质功率及容量配置目标函数进行数值求解，当目标函数取得最大收益点时，对应的额定充电功率
式中：mm表示储能介质容量配置目标函数的最大值；
本发明提出的方法，给出了实际工程设计中对牵引变电所再生制动能量储能介质功率及容量的计算方法，解决了牵引供电系统储能介质的功率及容量配置问题。在对牵引供电系统再生制动能量储能介质的功率及容量进行联合求解的同时考虑经济性进行优化配置。并且，本发明方法是基于现场实测数据对再生制动能量储能介质的功率及容量进行配置，更符合实际需求，可以为牵引供电系统再生制动能量储存系统的设计提供参考。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如下：
步骤1.获取牵引变电所在t时间段(通常取t＝24小时)内的负荷特性，得到左侧供电臂有功功率palpha(t)、右侧供电臂有功功率pbeta(t)和牵引变电所一次侧总有功功率
步骤2.根据左侧供电臂有功功率palpha(t)，右侧供电臂有功功率pbeta(t)和牵引变电所一次侧总有功功率
步骤3.根据二次侧牵引有功功率
3-1.建立储能介质充放电功率约束模型：
式中：pch(t)表示t时刻储能介质的充电功率；
式中：pdisch(t)表示t时刻储能介质的放电功率；
3-2.建立储能介质容量约束模型：
0≤ηch≤1(11)
0≤ηdisch≤1(12)
0≤t0＜t＜t(13)
式中：ees(t)表示t时刻储能介质的容量；ees表示储能介质的额定容量；ηch表示储能介质的充电效率；ηdisch表示储能介质的放电效率；
3-3.建立储能介质荷电状态约束模型：
0≤soc(t)≤1(15)
式中：soc(t)表示t时刻储能介质的荷电状态；
步骤4.建立储能系统的经济模型，包括
4-1.建立储能系统经济成本模型：
c＝nconv(p)×mconv+nes(p,e)×mes+mm+mo(16)
式中：c表示储能系统的总成本；nconv(p)表示储能变流器数量；mconv(p)表示单位功率储能变流器的价格；nes(p,e)表示储能介质数量；mes表示单位功率和容量储能介质的价格；mm表示储能系统维护成本；mo表示研发成本、基建成本、运输成本和原材料成本；
4-2.建立储能系统经济收益模型：
f＝fe+ff+fa(17)
其中：
fe＝ne×me(18)
ffc＝nfc×mfc(19)
fa＝ne×ma(21)
式中：f表示储能系统的经济收益；fe表示使用储能系统后减少的电度电费；ne表示使用储能系统后节约的电量；me表示电度电费单价；ff表示使用储能系统后减少的基本电费，包括按容量计费ffc或按需量计费ffd：如按容量计费，则令ff＝ffc；如按需量计费，则令ff＝ffd；nfc表示计费容量；mfc表示单位容量的价格；dsub表示牵引变电所最大需量；mfd表示单位需量的价格；stt表示牵引变压器的容量；fa表示使用储能系统后减少的附加电费；ma表示附加电费单价；
步骤5.根据储能介质的约束模型和储能系统的经济模型，建立储能介质功率及容量配置目标函数，该函数以最大收益为目标：
式中：
步骤6.对储能介质功率及容量配置目标函数进行数值求解，当目标函数取得最大收益点时，对应的额定充电功率
式中：mm表示储能介质容量配置目标函数的最大值；