طراحي ذخيره‌ساز ابرخازني و كنترل بهينه آن به‌منظور صرفه‌جويي انرژي در سيستم قطارشهري

Supercapacitor Storage Design and Optimal Control of it for Energy Saving in Urban Rail Transit System

در اين مقاله يك سيستم ذخيره‌ساز انرژي بر پايه ابرخازن، براي ذخيره‌سازي انرژي بازتوليدي پيشنهاد مي‌شود. اين سيستم ذخيره‌ساز، شامل يك ابرخازن و دو مبدل DC-DC نيم‌پل دوسويه است. با توجه به‌اين‌كه شبكه مترو شامل يك مسير رفت و يك مسير برگشت است با استفاده از اين سيستم ذخيره‌ساز پيشنهادي امكان تبادل انرژي بين خطوط رفت و برگشت ميسر مي‌شود. همچنين به‌دليل استفاده از يك تجهيز ذخيره‌كننده براي هر دو مسير از لحاظ هزينه‌هاي جاري و كاهش تلفات مقرون‌به‌صرفه است. بنابراين، هدف اصلي اين مقاله طراحي سيستم ذخيره‌ساز و نيز تعيين پارامترهاي كنترلي آن با استفاده از الگوريتم بهينه‌سازي ازدحام ذرات با هدف صرفه‌جويي انرژي در شبكه مترو است. شبيه‌سازي‌ها در نرم‌افزار MATLAB/Simulink و بر اساس داده‌هاي واقعي قطار شهري مشهد انجام شده است. شبيه‌سازي در دو حالت با و بدون در نظر گرفتن سيستم ذخيره‌ساز انرژي انجام شده است. برخي از پارامترهاي عملكردي شامل ولتاژ باس و جريان پست‌ها در اين دو حالت به‌دست آمده است. مقايسه نتايج شبيه‌سازي، كارآمدي سيستم ذخيره‌ساز پيشنهادي را نشان مي‌دهد.

In this paper, an energy storage system is proposed for saving regenerative braking energy based on supercapacitor. This storage system includes a supercapacitor and two bidirectional half-bridge DC-DC converters. Since the metro network includes a forward path and a backward path, by using this proposed storage system it is possible to exchange energy between forward and backward lines. Also, it is affordable in terms of operating costs and reduction of losses because of using one storage devices for both paths. Therefore, the main purpose of this paper is designing storage system and also determination of its control parameters using Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm with the objective of energy saving in metro network. Simulations has been done in MATLAB / Simulink software and based on actual data of Mashhad urban railway. The simulation has been done in two modes, with and without energy storage system. Some operational parameters including bus voltage and currents of substations have been obtained in these two modes. Comparison of simulation results shows the effectiveness of the proposed method.