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现代有轨电车以其运量大、速度快、安全性高、能耗低等优点,近年在我国大中型城市得到快速发展。为消除接触网对城市景观的影响,部分有轨电车采用车载储能的无网供电技术,其中混合储能系统(Hybrid Energy Storage System,HESS)利用不同储能元件配合工作,功率密度和能量密度均表现良好。基于此背景,本文针对电池-超级电容混合储能型有轨电车,研究混合储能系统的容量配置和能量管理策略(Energy Management System,EMS)优化问题。论文首先对有轨电车机车牵引制动特性进行介绍,分析需求功率的来源;对混合储能系统进行建模分析,介绍储能元件的工作特性,分析其工作原理及相关公式的推导;对比不同拓扑结构的优缺点,选定合适的拓扑,为后续仿真设定初始条件。其次,论文对有轨电车容量配置多目标优化进行设计,对列车实际运行中的约束条件进行分析。利用武汉东湖线有轨电车线路参数,采用牵引计算的方式,对东湖线有轨电车的功率曲线进行计算。在此基础上,对比多种不同可在线的能量管理策略对有轨电车进行仿真,利用粒子群优化算法完成容量配置的快速寻优。并利用Matlab编制了独立的容量配置软件,可以对不同线路、不同HESS构成进行容量配置的优化,并增加EMS验证界面,方便对优化后的容量配置结果进行仿真验证。本文提出利用庞特里亚金极小值原理(Pontryagin’s Minimum Principle,PMP)对由牵引计算得到的功率曲线进行离线优化,并与固定比例的EMS进行了比较。由于有轨电车HESS在线能量管理策略的实际效果差,且有轨电车相较于电动汽车和地铁所具有的特殊路权属性,本文提出基于地面通信的方式,对有轨电车运行曲线进行循环预测,在列车运行的过程中持续预测下一段路程的运行功率曲线情况,如此往复,利用PMP极值原理实现在线循环优化,并通过一个站间的工况预测进行了仿真验证,实现能量管理策略的在线调节,验证了该策略相较于固定比例策略的优越性。最后,通过有轨电车混合储能系统样机完成了能量管理策略的对比实验。本文利用改进的双环控制策略,在样机上实现HESS不同功率分配策略,利用DSP控制板对EMS进行调整,通过对有轨电车负载功率进行缩放,在90kW实验平台验证了本文提出的在线能量管理策略的有效性。