基于双层低通滤波的城轨混合储能系统功率分配策略

doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.04.014

湖南电力 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (4): 96-103.doi: 10.3969/j.issn.1008-0198.2025.04.014

基于双层低通滤波的城轨混合储能系统功率分配策略

王怡, 唐渊, 刘厚霖, 王进雨

湖南工业大学交通与电气工程学院,湖南株洲 412007

收稿日期:2025-05-12 修回日期:2025-07-14 出版日期:2025-08-25 发布日期:2025-09-05
通信作者: 王怡(2000),男,硕士,主要研究方向为城轨混合储能控制。
作者简介:唐渊(1982),男,硕士,讲师,主要研究方向为废旧锂电池回收与利用、分布式计算。刘厚霖(2001),男,硕士,主要研究方向为城轨混合储能控制。王进雨(1999),男,硕士,主要研究方向为城轨混合储能控制。
基金资助:
湖南省自然科学基金项目（2023JJ50166）; 湖南省教育厅科学研究项目（22C0329）

Power Allocation Strategy of Urban Rail Hybrid Energy Storage System Based on Double-Layer Low-Pass Filter

WANG Yi, TANG Yuan, LIU Houlin, WANG Jinyu

School of Transportation and Electrical Engineering, Hunan University of Technology, Zhuzhou 412007, China

Received:2025-05-12 Revised:2025-07-14 Online:2025-08-25 Published:2025-09-05

摘要/Abstract

摘要： 为克服传统低通滤波（low-pass filter,LPF）功率分配策略在城市轨道交通混合储能系统（hybrid energy storage system,HESS）中造成的功率延时和功率循环问题,提出一种基于双层LPF的城轨HESS功率分配策略。第一层LPF通过去除功率波动中的极端分量,防止牵引网受冲击;第二层通过LPF采用改进的二阶滤波传递函数,优化交接频率处的截止特性,消除一阶滤波器高频响应时的积分效应。相较于传统方法,双层滤波策略能够优化储能设备的功率输出,减少过冲和过放现象,延长电池寿命,提高系统的动态响应能力。仿真结果表明,所提策略能有效提高牵引网电压稳定性、节能率和响应速度,同时降低电池充放电深度,延长储能器件的使用寿命。

关键词: 城轨列车, 混合储能系统, 功率分配, 双层滤波器, 能量管理

Abstract: In order to overcome the problems of power delay and power cycling caused by the traditional low-pass filter (LPF) power allocation strategy in the hybrid energy storage system(HESS) of urban rail transit, a power allocation strategy based on two-layer LPF is proposed for urban rail HESS. The first layer of LPF prevents the traction network from being impacted by removing the extreme components in the power fluctuation. The second layer adopts an improved second-order filter transfer function through LPF to optimize the cutoff characteristics at the handover frequency and eliminate the integral effect of the first-order filter during the high-frequency response. Compared with traditional methods, the double-layer filtering strategy can optimize the power output of energy storage devices, reduce overcharge and overdischarge phenomena, extend battery life, and improve the dynamic response capability of the system. The simulation results show that the proposed strategy can effectively improve the voltage stability, energy-saving rate and response speed of the traction network, while reducing the depth of battery charging and discharging and prolonging the service life of energy storage devices.

Key words: urban rail train, hybrid energy storage system, power allocation, dual-layer filter, energy management

中图分类号:

TM910

王怡, 唐渊, 刘厚霖, 王进雨. 基于双层低通滤波的城轨混合储能系统功率分配策略[J]. 湖南电力, 2025, 45(4): 96-103.

WANG Yi, TANG Yuan, LIU Houlin, WANG Jinyu. Power Allocation Strategy of Urban Rail Hybrid Energy Storage System Based on Double-Layer Low-Pass Filter[J]. Hunan Electric Power, 2025, 45(4): 96-103.

参考文献

[1] 金勇,黄先进,石春珉,等. 城市轨道交通地面储能技术应用综述[J]. 电工技术学报,2024,39(15):4568-4582,4642.
[2] 城市轨道交通2023年度统计和分析报告解读[J]. 城市轨道交通,2024(4):15-17.
[3] 刘宇嫣,杨中平,林飞,等. 城轨地面式混合储能系统自适应能量管理与容量优化配置研究[J]. 电工技术学报,2021,36(23):4874-4884.
[4] WANG X,LUO Y B,QIN B,et al.Power allocation strategy for urban rail HESS based on deep reinforcement learning sequential decision optimization[J]. IEEE Transactions on Transportation Electrification,2023,9(2):2693-2710.
[5] 杨浩丰,刘冲,李彬,等. 基于列车运行工况的城轨地面式混合储能系统控制策略研究[J]. 电工技术学报,2021,36(增刊1):168-178.
[6] 张宇涵,杜贵平,雷雁雄,等. 直流微网混合储能系统控制策略现状及展望[J]. 电力系统保护与控制,2021,49(3):177-187.
[7] 高晓芝,王磊,田晋,等. 基于参数优化变分模态分解的混合储能功率分配策略[J]. 储能科学与技术,2022,11(1):147-155.
[8] 李亚楠,王倩,宋文峰,等. 混合储能系统平滑风电出力的变分模态分解-模糊控制策略[J]. 电力系统保护与控制,2019,47(7):58-65.
[9] 陈亚爱,林演康,王赛,等. 基于滤波分配法的混合储能优化控制策略[J]. 电工技术学报,2020,35(19):4009-4018.
[10] WANG X,LUO Y B,QIN B,et al.Power dynamic allocation strategy for urban rail hybrid energy storage system based on iterative learning control[J]. Energy,2022,245:123263.
[11] 朱志强,王欣,秦斌. 城市轨道交通供电-牵引-混合储能系统设计与仿真[J]. 湖南电力,2024,44(1):24-31.
[12] 程志江,李永东,谢永流,等. 带超级电容的光伏发电微网系统混合储能控制策略[J]. 电网技术,2015,39(10):2739-2745.
[13] 卢锦玲,张伟,张祥国,等. 含混合储能的光伏微电网系统协调控制策略[J]. 电力系统及其自动化学报,2021,33(8):102-108.
[14] YANG Z P,ZHU F Q,LIN F.Deep-reinforcement-learning-based energy management strategy for supercapacitor energy storage systems in urban rail transit[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems,2020,22(2):1150-1160.
[15] 韩悦,李佳静,乔宇,等. 城轨混合储能系统控制策略综述与展望[J/OL]. 电源学报,1-13.(2024-04-26)[2025-07-16].http://kns.cnki.net/kcms/detail/12.1420.tm.20240426.1021.022.html.

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[1]	贺庆辰, 秦斌. 基于改进SAC算法的城轨列车混合储能系统动态功率分配策略[J]. 湖南电力, 2024, 44(4): 11-19.
[2]	王灿, 邓文华, 夏向阳, 张坎, 陈刚, 胡知然. 基于一致性多储能变流器功率分配策略研究[J]. 湖南电力, 2024, 44(3): 114-119.
[3]	朱志强, 王欣, 秦斌. 城市轨道交通供电-牵引-混合储能系统设计与仿真[J]. 湖南电力, 2024, 44(1): 24-31.
[4]	吴晓刚, 季青锋, 张有鑫, 刘林萍, 陈楠, 叶杰阳. 基于随机模型预测控制的电氢混合储能微电网弹性调度[J]. 湖南电力, 2023, 43(6): 116-123.
[5]	赵建红, 东星, 刘仲稳, 韩旭. 基于模糊控制的混合储能平抑风电功率波动[J]. 湖南电力, 2023, 43(6): 124-131.
[6]	孟鑫, 陈茂林, 王雄正, 杨浩冉. 可再生能源大规模制氢系统最优效率控制方法[J]. 湖南电力, 2023, 43(3): 2-8.