高速鐵路再生制動(dòng)能量存儲(chǔ)利用方案研究

呂順凱，張志文

0 引言

截至2021年底，中國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程已達(dá)4萬(wàn)公里，位居世界第一[1]。隨著運(yùn)營(yíng)里程和客運(yùn)量逐年增長(zhǎng)，牽引用電量也隨之快速攀升。為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)下的高速鐵路綠色發(fā)展，亟需制定切實(shí)有效的牽引供電節(jié)能措施。

高速動(dòng)車組減速或進(jìn)站停車時(shí)，優(yōu)先采用再生制動(dòng)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能回送牽引供電系統(tǒng)[2]。受到單相分段供電架構(gòu)和行車組織等因素限制，再生制動(dòng)能量在牽引供電系統(tǒng)內(nèi)部的自然利用率較低，向公共電網(wǎng)大量反送。而電力公司僅對(duì)牽引用電單向計(jì)費(fèi)，反送的再生制動(dòng)能量未給鐵路帶來(lái)收益[3]。因此，加強(qiáng)再生制動(dòng)能量利用研究與應(yīng)用不僅有助于節(jié)能降耗，也有助于節(jié)支增效。

與行車優(yōu)化[4]和轉(zhuǎn)移利用[5-6]等方案相比，存儲(chǔ)利用可將再生制動(dòng)能量靈活消納，而且便于擴(kuò)展電能質(zhì)量治理、最大需量削減、應(yīng)急供電等輔助功能，綜合優(yōu)勢(shì)顯著[7]。近年來(lái)，儲(chǔ)能技術(shù)安全性、可靠性、成本和壽命等領(lǐng)域研究均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)體系日趨完備，成本出現(xiàn)較大幅度下降，已初步具備在高速鐵路應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性[8-9]。為此，基于高速鐵路再生制動(dòng)能量特性分析，本文提出一種采用鈦酸鋰電池作為儲(chǔ)能介質(zhì)的再生能存儲(chǔ)利用方案，重點(diǎn)研究裝置設(shè)計(jì)以及能量管理與協(xié)同控制策略，并依據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真驗(yàn)證和收益分析。

1 高速鐵路再生制動(dòng)能量特性分析

1.1 牽引供電負(fù)荷特征

選取京滬高鐵某牽引變電所作為示例，分析高速鐵路牽引供電負(fù)荷的特征。高速鐵路按照既定列車運(yùn)行圖運(yùn)營(yíng)，規(guī)律性強(qiáng)，每日牽引供電負(fù)荷情況基本一致。在該變電所牽引供電系統(tǒng)高壓側(cè)計(jì)量點(diǎn)處，架設(shè)1臺(tái)A級(jí)功率分析儀進(jìn)行有功功率采集，采樣周期為1 s，測(cè)試時(shí)長(zhǎng)為1個(gè)完整的負(fù)荷周期，即24 h。定義記錄的正值有功功率表示牽引工況，從電網(wǎng)獲取電能；負(fù)值有功功率表示再生工況，向電網(wǎng)反送電能。牽引供電負(fù)荷實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 牽引供電負(fù)荷實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

由圖1可知，高鐵牽引供電系統(tǒng)負(fù)荷功率大，牽引功率峰值高達(dá)90 MW，再生制動(dòng)功率峰值接近30 MW；功率峰谷交錯(cuò)，波動(dòng)性強(qiáng)，牽引工況和再生工況頻繁切換。對(duì)圖1中的牽引負(fù)荷功率數(shù)據(jù)進(jìn)行積分測(cè)算得出：24 h從公共電網(wǎng)獲取正向電量338.19 MW·h；24 h向公共電網(wǎng)反送再生制動(dòng)能量16.94 MW·h，占正向電量的5.01%，利用潛力較大。

1.2 再生制動(dòng)能量分類

根據(jù)持續(xù)時(shí)間和功率均值，將高速鐵路的再生制動(dòng)能量分為4類：a.短時(shí)小功率；b.短時(shí)大功率；c.長(zhǎng)時(shí)小功率；d.長(zhǎng)時(shí)大功率。定義持續(xù)時(shí)間小于等于120 s為短時(shí)，大于120 s為長(zhǎng)時(shí)；功率均值小于等于3 MW為小功率，大于3 MW為大功率。24 h內(nèi)各類再生制動(dòng)能量統(tǒng)計(jì)分析如表1所示。

表1 24 h內(nèi)各類再生制動(dòng)能量統(tǒng)計(jì)分析

由表1可知，無(wú)論是按照次數(shù)還是能量占比進(jìn)行排序，短時(shí)大功率類型的再生制動(dòng)能量均占比最高，長(zhǎng)時(shí)小功率類型的再生制動(dòng)能量占比最低；短時(shí)小功率類型的再生制動(dòng)能量出現(xiàn)次數(shù)較多，但能量占比較低；長(zhǎng)時(shí)大功率類型的再生制動(dòng)能量出現(xiàn)次數(shù)較少，但能量占比較高。各類再生制動(dòng)能量的典型功率波形如圖2所示。

圖2 各類再生制動(dòng)能量的典型功率波形

對(duì)短時(shí)大功率類型的再生制動(dòng)能量進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)：再生工況功率均值總體呈離散分布，在時(shí)長(zhǎng)20～60 s區(qū)域內(nèi)波動(dòng)范圍較大（3.01～19.41 MW），其他時(shí)長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)波動(dòng)范圍較?。?.01～13.34 MW）；在時(shí)長(zhǎng)40 s以下范圍內(nèi)，單次再生工況產(chǎn)生的能量與持續(xù)時(shí)間呈現(xiàn)較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，其他時(shí)長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)未呈線性關(guān)系；能量主要集中于時(shí)長(zhǎng)40 s及以上的再生工況，時(shí)長(zhǎng)40～120 s范圍內(nèi)的再生工況共計(jì)61次，產(chǎn)生的制動(dòng)能量合計(jì)10.18 MW·h，占總再生制動(dòng)能量的60.09%。短時(shí)大功率類型的再生制動(dòng)能量及其功率均值分布見(jiàn)圖3。

圖3 短時(shí)大功率類型的再生制動(dòng)能量及其功率均值分布

通過(guò)分析可知，高速鐵路再生制動(dòng)能量具有高功率、短時(shí)間和大能量的特點(diǎn)。需要說(shuō)明的是，圖1—圖3和表1中的具體數(shù)值均基于示例變電所的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析得出，有一定的代表性，但并非高速鐵路通用取值。

2 存儲(chǔ)利用裝置

2.1 裝置構(gòu)成

存儲(chǔ)利用裝置主要由隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、變壓器、交直交變流單元、儲(chǔ)能單元、控制單元和保護(hù)單元等子部件構(gòu)成。裝置同時(shí)接入牽引供電系統(tǒng)27.5 kV側(cè)a相和b相母線，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)能量利用的選擇性和靈活性[10]，主接線拓?fù)淙鐖D4所示。

圖4 存儲(chǔ)利用裝置主接線拓?fù)?/p>

核心子部件的功能如下：

（1）交直交變流單元主要包含2組共直流母線的AC/DC變流器（變流器1和變流器2），兼顧電分相兩側(cè)a相和b相供電區(qū)間再生制動(dòng)能量的存儲(chǔ)與釋放，并為儲(chǔ)能單元提供直流電壓接口。

（2）儲(chǔ)能單元主要包含1組DC/DC變流器（變流器3）和1套儲(chǔ)能介質(zhì)。DC/DC變流器并聯(lián)接入交直交變流單元的直流側(cè)，控制儲(chǔ)能介質(zhì)充放電。

（3）控制單元檢測(cè)牽引供電系統(tǒng)高壓側(cè)和低壓側(cè)的實(shí)時(shí)有功功率以及儲(chǔ)能介質(zhì)的荷電狀態(tài)（State Of Charge，SOC）等信息，自動(dòng)選擇和切換裝置的工作模式與控制策略，協(xié)同控制變流器1～3各端口間的有功功率潮流。

（4）保護(hù)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)牽引供電系統(tǒng)和存儲(chǔ)利用裝置自身的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)監(jiān)測(cè)到過(guò)壓、過(guò)流和功率差動(dòng)等任何嚴(yán)重故障時(shí)，封鎖變流器1～3的控制指令，聯(lián)跳兩側(cè)斷路器，并分開(kāi)前端隔離開(kāi)關(guān)，將裝置與牽引供電系統(tǒng)整體分離。

（5）變壓器將27.5 kV電壓轉(zhuǎn)換為適合變流器1和變流器2直接接入的電壓等級(jí)，如1 kV。可采用高阻抗型變壓器，將濾波電抗器內(nèi)置，以節(jié)省裝置占地面積。

2.2 儲(chǔ)能介質(zhì)選型

儲(chǔ)能介質(zhì)選取是決定存儲(chǔ)利用方案經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。根據(jù)上文對(duì)高速鐵路再生制動(dòng)能量特性的分析可知，短時(shí)大功率類型的再生制動(dòng)能量24 h內(nèi)出現(xiàn)164次，能量占比達(dá)80.93%。因此，為實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)能量高效利用，獲取全生命周期最大收益，儲(chǔ)能介質(zhì)需兼具高功率密度、高能量密度和長(zhǎng)使用壽命的特性。

工程應(yīng)用時(shí)，可選擇能量密度與功率密度互補(bǔ)的混合型儲(chǔ)能介質(zhì)，如電池+超級(jí)電容、電池+飛輪等，優(yōu)先通過(guò)超級(jí)電容或飛輪存儲(chǔ)和釋放再生制動(dòng)能量，提高總體壽命；也可選擇具有高倍率充放電能力和長(zhǎng)壽命特性的單一型儲(chǔ)能介質(zhì)，如飛輪、超級(jí)電容和鈦酸鋰電池等，通過(guò)串并聯(lián)方式滿足高能量需求。

與混合型儲(chǔ)能介質(zhì)相比，選用單一型儲(chǔ)能介質(zhì)時(shí)，不需考慮特性迥異的各類儲(chǔ)能介質(zhì)之間功率分配和能量環(huán)流等難題，控制策略更為簡(jiǎn)單、可靠[11]。符合應(yīng)用需求的各類單一型儲(chǔ)能介質(zhì)中，鈦酸鋰電池的能量密度遠(yuǎn)大于飛輪和超級(jí)電容，基于同等能量和功率需求，由鈦酸鋰電池構(gòu)成的儲(chǔ)能介質(zhì)價(jià)格最低，即使在存儲(chǔ)利用裝置全生命周期內(nèi)進(jìn)行多次更換，總投資也最少[12-13]。而且，鈦酸鋰電池為零應(yīng)變材料，耐寬溫（-40～65 ℃），與飛輪和超級(jí)電容相比，無(wú)高速旋轉(zhuǎn)部件和漏液風(fēng)險(xiǎn)，安全性好。因此，綜合考慮可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及安全性，優(yōu)選鈦酸鋰電池作為儲(chǔ)能介質(zhì)。

3 能量管理與控制策略

已有較多文獻(xiàn)對(duì)AC/DC變流器和DC/DC變流器等變流器級(jí)的控制方法進(jìn)行了詳細(xì)分析[14-15]，本文不再對(duì)此進(jìn)行討論，主要研究系統(tǒng)級(jí)能量管理策略和多變流器協(xié)同控制策略。

3.1 能量管理策略

根據(jù)存儲(chǔ)利用裝置與牽引供電系統(tǒng)之間能量潮流的方向和幅值情況，將存儲(chǔ)利用裝置的工作模式劃分為無(wú)能量交換的待機(jī)模式、輸入電能的儲(chǔ)能模式和輸出電能的放電模式?？刂茊卧罁?jù)牽引供電系統(tǒng)高壓側(cè)總有功功率PT、儲(chǔ)能介質(zhì)荷電狀態(tài)SOC的上限值和下限值等判據(jù)條件，實(shí)時(shí)選擇并自動(dòng)切換存儲(chǔ)利用裝置的工作模式。

定義PT＞0表示牽引供電系統(tǒng)從公共電網(wǎng)獲取電能，PT＜0表示牽引供電系統(tǒng)向公共電網(wǎng)反送再生制動(dòng)能量，PT= 0表示牽引供電系統(tǒng)空載，與公共電網(wǎng)之間無(wú)能量交換。設(shè)定儲(chǔ)能介質(zhì)SOC的上限值和下限值分別為SOCmax和SOCmin，當(dāng)儲(chǔ)能介質(zhì)實(shí)時(shí)SOC≤SOCmin時(shí)，儲(chǔ)能單元停止釋放電能；當(dāng)儲(chǔ)能介質(zhì)實(shí)時(shí)SOC≥SOCmax時(shí)，儲(chǔ)能單元不再消納再生制動(dòng)能量。計(jì)及PT、SOCmax和SOCmin的共同約束，將工況條件劃分為5種。各類工況條件及裝置對(duì)應(yīng)的工作模式選擇如表2所示。

表2 各類工況條件及裝置對(duì)應(yīng)的工作模式選擇

因此，存儲(chǔ)利用裝置的能量管理策略如下：

（1）當(dāng)牽引供電系統(tǒng)向公共電網(wǎng)反送再生制動(dòng)能量，且儲(chǔ)能介質(zhì)實(shí)時(shí)SOC低于上限值時(shí)，存儲(chǔ)利用裝置工作于儲(chǔ)能模式，消納再生制動(dòng)能量，減少向公共電網(wǎng)反送的電能。

（2）當(dāng)牽引供電系統(tǒng)從公共電網(wǎng)獲取電能，且儲(chǔ)能介質(zhì)實(shí)時(shí)SOC高于下限值時(shí)，存儲(chǔ)利用裝置工作于放電模式，釋放已儲(chǔ)存的再生制動(dòng)能量，減少?gòu)墓搽娋W(wǎng)獲取的電能。

（3）其他工況條件下，存儲(chǔ)利用裝置均工作于待機(jī)模式，與牽引供電系統(tǒng)之間無(wú)能量交換。

3.2 協(xié)同控制策略

設(shè)定牽引供電系統(tǒng)27.5 kV側(cè)a相和b相母線的有功功率分別為Pa和Pb，定義有功功率為正表示牽引工況，有功功率為負(fù)表示再生工況，有功功率為0表示牽引和再生工況的特殊情況。忽略牽引變壓器的損耗時(shí)，PT=Pa+Pb。設(shè)定變流器1和2的額定功率分別為P1n和P2n，實(shí)時(shí)有功功率分別為P1和P2。通常選取P1n=P2n，也可根據(jù)a相和b相母線再生制動(dòng)能量特性差異，為變流器1和2選取不同的額定功率。設(shè)定變流器3的額定功率為P3n，實(shí)時(shí)有功功率為P3。為充分利用變流器1～的額定能力，選取P3n=P1n+P2n輸出為功率正方向。

保能量轉(zhuǎn)移過(guò)程中損耗最小。例如，當(dāng)a相和b母線工況相反時(shí)，儲(chǔ)能模式下優(yōu)先通過(guò)再生工況母線側(cè)的變流器輸入有功功率，放電模式下優(yōu)先通過(guò)牽引工況母線側(cè)的變流器輸出有功功率。同時(shí)，在PT、Pa、Pb、P1n、P2n和P3n等限定條件的共同約束下，存儲(chǔ)利用裝置以最大化利用再生制動(dòng)能量為目標(biāo)，協(xié)同控制各變流器的有功功率輸入與輸出。例如，當(dāng)某時(shí)刻優(yōu)先通過(guò)變流器1輸入有功功率，但需要輸入的總有功功率大于變流器1的額定功率時(shí)，控制變流器2同步輸入，提高再生制動(dòng)能量利用率。

通過(guò)優(yōu)選變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)IGBT的開(kāi)關(guān)頻率等措施，變流器的工作效率能夠接近于1。因此，為適當(dāng)簡(jiǎn)化分析過(guò)程，可暫不計(jì)及裝置內(nèi)部功率傳輸損耗，則P3=P1+P2。待機(jī)模式下的協(xié)同控制最為簡(jiǎn)單，只需將各變流器的有功功率目標(biāo)值均置于0。以下重點(diǎn)分析存儲(chǔ)協(xié)同控制和放電協(xié)同控制。

3.2.1 儲(chǔ)能協(xié)同控制

當(dāng)檢測(cè)到PT＜0，SOC＜SOCmax時(shí)，存儲(chǔ)利用裝置進(jìn)入儲(chǔ)能模式。根據(jù)再生制動(dòng)能量在a相和b相母線供電區(qū)間的分布情況，以及PT的功率幅值與P1n、P2n和P3n的比較結(jié)果，經(jīng)過(guò)分類整理，將輸入控制策略分為6種。儲(chǔ)能模式控制策略選擇流程如圖5所示。

圖5 儲(chǔ)能模式控制策略選擇流程

6種輸入控制策略下各變流器的工作狀態(tài)及其功率控制目標(biāo)值如表3所示。

表3 6種輸入控制策略下各變流器的工作狀態(tài)及其功率控制目標(biāo)值

儲(chǔ)能模式下的典型功率潮流如圖6所示。輸入控制策略1、3、5和6對(duì)應(yīng)的功率潮流如圖6（a）所示；輸入控制策略2對(duì)應(yīng)的功率潮流如圖6（b）所示；輸入控制策略4對(duì)應(yīng)的功率潮流如圖6（c）所示。

圖6 儲(chǔ)能模式下的典型功率潮流

3.2.2 放電協(xié)同控制

當(dāng)檢測(cè)到PT＞0，SOC＞SOCmin時(shí)，存儲(chǔ)利用裝置進(jìn)入放電模式。根據(jù)27.5 kV側(cè)a相和b相母線供電區(qū)間的負(fù)荷情況，以及PT的功率幅值與P1n、P2n和P3n的比較結(jié)果，經(jīng)過(guò)分類整理，將輸出控制策略分為6種。放電模式控制策略選擇流程如圖7所示。

6種輸出控制策略下各變流器的工作狀態(tài)及其功率控制目標(biāo)值如表4所示。

放電模式下的典型功率潮流如圖8所示。輸出控制策略1、3、5和6對(duì)應(yīng)的功率潮流如圖8（a）所示；輸出控制策略2對(duì)應(yīng)的功率潮流如圖8（b）所示；輸出控制策略4對(duì)應(yīng)的功率潮流如圖8（c）所示。

圖8 放電模式下的典型功率潮流

4 仿真分析

4.1 仿真條件

為驗(yàn)證能量管理與控制策略的正確性和有效性，以1.1節(jié)所述示例變電所現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)和實(shí)測(cè)功率數(shù)據(jù)為輸入，選擇鈦酸鋰電池作為儲(chǔ)能介質(zhì)，并基于圖1所示系統(tǒng)拓?fù)浯罱ǚ抡婺Ｐ瓦M(jìn)行分析。包含牽引供電系統(tǒng)、交直交變流單元和儲(chǔ)能單元等在內(nèi)的主要仿真參數(shù)見(jiàn)表5，設(shè)定存儲(chǔ)利用裝置的總體工作效率為0.92，儲(chǔ)能單元的初始SOC為0.34。

表5 主要仿真參數(shù)

4.2 仿真結(jié)果

存儲(chǔ)利用裝置投入前后牽引供電系統(tǒng)日總有功功率曲線對(duì)比如圖9所示。由圖9可知，與存儲(chǔ)利用前相比，某些時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)牽引供電系統(tǒng)處于再生工況時(shí)，再生功率存在一定程度減小，再生制動(dòng)能量被存儲(chǔ)利用；當(dāng)牽引供電系統(tǒng)處于牽引工況時(shí)，牽引功率存在一定程度降低，減少了從電網(wǎng)獲取的電能。

圖9 裝置投入前后牽引供電系統(tǒng)日有功功率對(duì)比

存儲(chǔ)利用裝置日有功功率及SOC曲線如圖10所示。由圖10可見(jiàn)，變流器1～3的有功功率均在各自額定功率限值范圍內(nèi)，依據(jù)牽引供電系統(tǒng)負(fù)荷工況以及儲(chǔ)能介質(zhì)SOCmax和SOCmin的約束，協(xié)同控制各變流器端口間的功率潮流，可有效提高裝置總體的存儲(chǔ)和釋放能力，與預(yù)定控制策略相符。

圖10 存儲(chǔ)利用裝置日有功功率及SOC曲線

存儲(chǔ)利用裝置投入前后，牽引供電系統(tǒng)單日正向電量、反向電量以及電池電量等各項(xiàng)電量對(duì)比分析見(jiàn)表6。由表6可知，與利用前相比，電池電量無(wú)變化；牽引供電系統(tǒng)單日正向電量和反向電量均顯著減少，尤其是反向電量，由16 942 kW·h降至4 960 kW·h，存儲(chǔ)利用裝置消納再生制動(dòng)能量11 982 kW·h，利用率達(dá)70.72%，實(shí)現(xiàn)高效利用，扣除8%的工作損耗之后，有效減少牽引用電量11 023 kW·h。

表6 存儲(chǔ)利用前后單日各項(xiàng)電量對(duì)比分析 kW·h

5 節(jié)能效果和投資收益分析

5.1 節(jié)能效果測(cè)算

依據(jù)GB/T 13234—2018《用能單位節(jié)能量計(jì)算方法》[16]，由牽引供電系統(tǒng)正向電量變化分析得出，存儲(chǔ)利用可實(shí)現(xiàn)的節(jié)能率式中：Ea為存儲(chǔ)利用之后牽引供電系統(tǒng)正向電量減少值，取11 023 kW·h；Eb為存儲(chǔ)利用之前牽引供電系統(tǒng)正向電量，取338 189 kW·h。按照日節(jié)電量11 023 kW·h計(jì)算，等效年節(jié)電量4 023 MW·h，結(jié)合0.8元/(kW·h)綜合電價(jià)，存儲(chǔ)利用每年可減少電費(fèi)支出322萬(wàn)元。

5.2 全生命周期投資收益分析

為評(píng)估存儲(chǔ)利用方案的應(yīng)用前景，進(jìn)行全生命周期投資收益分析[17]。按照4.2節(jié)仿真結(jié)果和等效循環(huán)法[18]，將鈦酸鋰電池單日不同充放電深度對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)折算為15次滿充滿放循環(huán)，等效年循環(huán)次數(shù)為5 475次。根據(jù)制造商試驗(yàn)數(shù)據(jù)（25 000次循環(huán)壽命，此時(shí)容量降至初始值的80%）并保留一定的安全裕量，需要每4年更換1次電池。設(shè)存儲(chǔ)利用裝置的全生命周期為20年，由于裝置為間歇工作制，平均負(fù)荷率極低，因此20年內(nèi)除電池外其他物料均無(wú)需更換，只需定期維護(hù)。綜合考慮施工運(yùn)輸、物料和維護(hù)等各項(xiàng)費(fèi)用的方案成本如表7所示。

表7 方案成本分析

裝置初始投資總成本934萬(wàn)元，其中電池初始成本為480萬(wàn)元，占比超過(guò)50%?！丁笆奈濉毙滦蛢?chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》提出“到2025年，電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)成本降低30%以上”。除首次安裝外，20年內(nèi)電池還需更換4次，按照電池采購(gòu)成本每4年下降20%保守估計(jì)，電池費(fèi)用累計(jì)約1 614萬(wàn)元。不計(jì)復(fù)利等因素影響，20年內(nèi)節(jié)能收益共計(jì)6 440萬(wàn)元（322萬(wàn)元/年×20年），扣除各項(xiàng)支出2 168萬(wàn)元，全生命周期投資收益為4 272萬(wàn)元。

6 結(jié)論

通過(guò)高速鐵路再生制動(dòng)能量利用方案設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證和收益測(cè)算，得出以下結(jié)論：

（1）制定的能量管理與控制策略能夠根據(jù)牽引供電系統(tǒng)工況及儲(chǔ)能介質(zhì)實(shí)時(shí)SOC，完成存儲(chǔ)利用裝置各種工作模式的選擇與切換，并在多項(xiàng)限定條件的共同約束下，按照最短傳輸路徑和協(xié)同控制原則，最大化利用再生制動(dòng)能量。

（2）高速鐵路牽引供電系統(tǒng)負(fù)荷功率大，再生制動(dòng)能量豐富，其中短時(shí)大功率類型的再生制動(dòng)能量占比最高。優(yōu)選鈦酸鋰電池作為儲(chǔ)能介質(zhì)的存儲(chǔ)利用方案節(jié)能效果良好、經(jīng)濟(jì)效益可觀，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。

本文在實(shí)測(cè)牽引負(fù)荷數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上開(kāi)展研究，可為工程設(shè)計(jì)提供參考。如何優(yōu)化配置存儲(chǔ)利用裝置的各項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)一步提高收益，將是下一步研究的重點(diǎn)。