Proceedings of the 1st Conference on Transportation and Energy Integration Technologies
Volume II
- 2026
- Buch
- Herausgegeben von
- Jia Limin
- Peng Jia
- Buchreihe
- Lecture Notes in Electrical Engineering
- Verlag
- Springer Nature Singapore
Über dieses Buch
Dieses Buch spiegelt die neuesten Forschungstrends, Methoden und experimentellen Ergebnisse im Bereich Transport- und Energieintegrationstechnologien wider. Es deckt eine Fülle hochmoderner Forschungstheorien und -ideen ab. Als lebenswichtiges und hochrelevantes Forschungsfeld umfasst es Lösungen für Transport und Energieintegration, Integrationsmodelle zwischen Transportausrüstung und sauberer Energie, Integrationsmodelle zwischen Transportinfrastruktur und sauberer Energie, typische Lösungen für die Integration von Transportinfrastruktur und sauberer Energie, typische Integrationsfälle zwischen Transportausrüstung und sauberer Energie sowie Schlüsseltechnologien für Transport und Energieintegration. Ziel des Vortrags ist es, ein wichtiges interdisziplinäres Forum für Forscher, Ingenieure, Wissenschaftler und Industriefachleute zu bieten, um innovative Forschung und Entwicklung in den Bereichen Transport und Energieintegration zu präsentieren. Ingenieure und Forscher aus Wissenschaft, Industrie und Regierung werden Einsichten in Lösungen erforschen, die Ideen aus verschiedenen Disziplinen in diesem Bereich kombinieren. Diese Bände dienen als hervorragendes Nachschlagewerk für Forscher und Doktoranden in den Bereichen Transport und Energie.
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Über dieses Buch
This book reflects the latest research trends, methods, and experimental results in Transportation and Energy Integration Technologies. It covers an abundance of state-of-the-art research theories and ideas. As a vital and highly relevant field of research, it covers solutions for transportation and energy integration, models of integration between transportation equipment and clean energy, models of integration between transport infrastructure and clean energy, typical solutions for the integration of transport infrastructure and clean energy, typical cases of integration between transportation equipment and clean energy, and key technologies for transportation and energy integration. The objective of the proceedings is to provide a major interdisciplinary forum for researchers, engineers, academics, and industrial professionals to present innovative research and development in Transportation and Energy Integration. Engineers and researchers from academia, industry, and government will explore insights into solutions combining ideas from multiple disciplines in this field. These volumes serve as an excellent reference work for researchers and graduate students in transportation and energy.
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Inhaltsverzeichnis
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Frontmatter
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A Scheduling Optimization Model for Joint Berth and Bunkering Allocation Under Simultaneous Operations
Mingyuan Yue, Lei Dai, Siqing Guo, Yubing Wang, Jialiang Liu, Mengchen Wang, Shaosong Zhu, Fei QinDieses Kapitel untersucht die Optimierung des Hafenbetriebs durch die Integration von Liegeplatzzuweisung und Methanolbunkern und konzentriert sich auf die Herausforderungen und Lösungen zur Verkürzung der Umlaufzeit von Schiffen. Die Studie untersucht zwei primäre Bunkermethoden: Truck-to-Ship und Ship-to-Ship und ihre Auswirkungen auf die Effizienz von Häfen. Es unterstreicht die Bedeutung der Koordinierung der Liegeplatzzuweisung mit Bunkerdiensten, um sowohl Effizienz als auch Nachhaltigkeit zu gewährleisten. Die Forschungsergebnisse präsentieren ein lineares Mixed-Integer-Programmiermodell zur Optimierung der Planung unter Berücksichtigung realer Zwänge wie Liegeplatzgröße, Bunkergeschwindigkeit und Intervallzeit zwischen den Operationen. Die Ergebnisse zeigen, dass der Bunkerbetrieb zusätzliche Verzögerungen mit sich bringt, insbesondere bei der Bunkerung von LKW zu Schiff, und legen nahe, hocheffizienten Bunkeranlagen für Schiffe mit hohem Treibstoffbedarf oder kurzer Betriebsdauer Priorität einzuräumen. Die Studie schließt mit Empfehlungen zur Steigerung der betrieblichen Effizienz durch Erhöhung der Bunkergeschwindigkeit und Verringerung der Intervallzeit zwischen den Bunkeraufgaben.KI-Generiert
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AbstractIn recent years, the adoption of alternative fuels—most notably green methanol—has accelerated the low-carbon transition in the shipping industry. As critical hubs for the integration of transportation and energy, ports have to support simultaneous methanol bunkering and cargo operations. Faced with high volumes of vessel arrivals and limited resources, port operators need to optimize berth and bunkering facility schedules to improve operational efficiency. In this study, a simultaneous operation scheduling optimization model is developed, incorporating practical constraints such as berth size, bunkering speed, and interval time between operations. The objective is to minimize the total berthing time of vessels. The results show that bunkering operations significantly increase berthing time, particularly when relying solely on truck-to-ship bunkering. Vessels with high fuel demands or short cargo operation durations are most in need of high-efficiency bunkering facilities. The study recommends prioritizing ship-to-ship bunkering in busy ports to enhance operational efficiency. Additionally, increasing bunkering speed and reducing intervals between consecutive bunkering tasks are identified as effective strategies for further improving performance. -
Optimal Design of Multi-Material Magnetic Core Configurations for Wireless Power Transfer Systems
Xianfeng Xu, Xiongzheng Yang, Xiao Zhou, Huiling Wu, Hao Zhao, Liang XuanDieses Kapitel befasst sich mit der Optimierung von Magnetkernkonfigurationen aus mehreren Materialien für drahtlose Energieübertragungssysteme (WPT), wobei der Schwerpunkt auf Effizienzsteigerung und Gewichtsreduzierung liegt. Die Studie untersucht den Einsatz von Ferrit, weichen magnetischen Verbundwerkstoffen (SMC) und Luft in verschiedenen Konfigurationen, um eine optimale Leistung zu erzielen. Durch die Integration genetischer Algorithmen (GA) und Finite-Elemente-Methoden (FEM) identifiziert die Forschung die effektivsten Arrangements zur Minimierung des Ferritvolumens bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung hoher Kopplungskoeffizienten. Die Ergebnisse zeigen signifikante Verbesserungen bei der Robustheit des Systems und der Gewichtsreduzierung, was die vorgeschlagene Methode in hohem Maße für praktische technische Lösungen anwendbar macht. Das Kapitel behandelt auch die Auswirkungen unterschiedlicher Materialkonfigurationen auf die magnetische Flussverteilung und bietet eine vergleichende Analyse verschiedener Fälle. Die Ergebnisse bieten wertvolle Erkenntnisse für Fachleute, die an WPT-Systemen arbeiten, und heben das Potenzial für bedeutende Fortschritte in diesem Bereich hervor.KI-Generiert
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AbstractExtensive attention has been paid to wireless power transfer (WPT) systems for electric vehicles (EV) on urban roads owing to their convenience and efficiency. To address the issues of bulky magnetic coupling structure (MCS) and fragile ferrite in WPT systems, an optimization method is proposed for multi-material magnetic cores through joint simulation using Genetic Algorithm (GA) and Finite Element Method (FEM). With ferrite volume as the constraint condition, the magnetic core structure and material proportions are optimized via discretized magnetic core coding, resulting in an iteratively obtained multi-material magnetic core layer combining ferrite and soft magnetic composites (SMCs). Compared with conventional ferrite-based MCS, the three optimized cases demonstrate ferrite volume reductions of 21.875%, 28.125%, and 37.5% respectively while preserving coupling coefficients. These findings provide valuable design guidelines for WPT system magnetic core arrangements, with potential applications extending to magnetic shielding plate optimization. -
Frequency Adaptive Active Power Filtering Strategy for Harmonic Suppression in Electric Vehicle Charging Stations
Feng Ru, Yang Yu, Jiale Zhang, Liang Xuan, Yong Lu, Xianfeng XuDieses Kapitel untersucht die Entwicklung und Umsetzung einer Strategie zur Frequenzadaptiven aktiven Leistungsfilterung, um Oberschwingungsströme in Ladestationen für Elektrofahrzeuge zu verringern. Der Text geht auf die Herausforderungen durch Frequenzschwankungen und die Beschränkungen traditioneller, sich wiederholender Kontrollmethoden ein. Es führt eine proportionale, schnelle, repetitive Regelungsstruktur (PFRC) ein, die darauf ausgelegt ist, spezifische harmonische Ströme zu kompensieren, und präsentiert ein neuartiges, auf der Taylor-Serie basierendes Bruchverzögerungsfilter, um die Anpassungsfähigkeit des Regelsystems bei unterschiedlichen Frequenzen zu verbessern. Das Kapitel behandelt auch die experimentelle Überprüfung der vorgeschlagenen Strategie, die ihre überlegene Leistung bei der Aufrechterhaltung einer geringen Gesamtharmonischen Verzerrung (THD) im Vergleich zu herkömmlichen Methoden demonstriert. Die Ergebnisse unterstreichen die Effektivität der Strategie der frequenzadaptiven aktiven Leistungsfilterung bei der Gewährleistung einer stabilen und effizienten harmonischen Steuerung von Ladestationen für Elektrofahrzeuge auch bei Frequenzschwankungen.KI-Generiert
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AbstractWith the popularization of electric vehicles (EV), harmonic problems in charging stations have become increasingly prominent. In response, this paper proposes a frequency adaptive active power filtering strategy suitable for charging stations. Firstly, a proportional fast repetitive control (RC) is designed to compensate for the dominant 6k ± 1 harmonic current in charging stations; Secondly, to address the issue of reduced accuracy in harmonic compensation caused by frequency fluctuations in the power grid, a fractional delay (FD) filter based on Taylor series expansion is proposed, which achieves precise approximation of the repeated controller fractional delay caused by frequency fluctuations at a lower complexity, and realizes frequency adaptive harmonic compensation. The final experimental results show that the proposed strategy has good harmonic compensation performance at different frequencies, and the total harmonic distortion (THD) rate remains below 5% after treatment. -
Research on Radiation-Sensitive Parameters of Secondary Side Drive Protection Circuit for Extra-High Voltage IGBT Drivers in Power Electronics and Radiation Damage Effects of Its 0.18 μm BCD Process Device Units
Gang Liu, Ming-Xin Gao, Ji-Hao Chen, Hang-Yu XuDieses Kapitel befasst sich mit der entscheidenden Rolle von IGBT-Treibern in der modernen Leistungselektronik, insbesondere in Transportanwendungen, wo Zuverlässigkeit und Effizienz an erster Stelle stehen. Die Studie konzentriert sich auf die Strahlungsempfindlichkeit von sekundären Schutzschaltungen für Hochspannungs-IGBT-Treiber und untersucht speziell die 0,18μm BCD-Prozesseinheiten. Mittels systematischer Experimente mit totaler ionisierender Dosis (TID) untersucht die Forschung die Auswirkungen der Strahlung auf die Geräteleistung, einschließlich Schwellenspannung und Durchschlagsspannung. Die Ergebnisse zeigen signifikante Veränderungen dieser Parameter aufgrund der Anhäufung von oxidgefangenen Ladungen und Trennschichtladungen. Bemerkenswert ist, dass die Studie sowohl negative als auch positive Abweichungen bei der Durchschlagsspannung beobachtet, wobei die positive Abweichung auf den Kompensationseffekt strahlungsinduzierter Grenzflächenzustände zurückzuführen ist. Die Forschung untersucht auch die Mechanismen hinter diesen Phänomenen und liefert eine Grundlage für das Verständnis von Strahlenschäden in BCD-Prozessgeräten. Diese Arbeit ist für das strahlenhärtende Design sekundärer Schaltkreise in Ultrahochspannungs-IGBT-Treibern von entscheidender Bedeutung und trägt zur Entwicklung effizienter und zuverlässiger Energiesysteme der nächsten Generation bei.KI-Generiert
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AbstractTo investigate the total dose radiation effects of the secondary-side driving protection circuit in ultra-high voltage IGBT drivers for power electronics, a 60Co γ total dose radiation experiment was conducted on the ET01 device unit of the RQD2001 IGBT secondary-side driver fabricated by 0.18 μm BCD technology. Experimental results demonstrate that the ET01 device unit with 0.18 μm BCD process for IGBT secondary-side drivers exhibits significant sensitivity to total dose radiation. By characterizing the transfer and output characteristic curves under varying total dose radiation conditions, and combining with device structure analysis, the damage mechanism of the ET01 device unit was elucidated. It is confirmed that radiation-induced interface effects, oxide trapped charges, and interface trapped charges are the primary causes of device degradation, leading to negative shift of threshold voltage and bidirectional drift of breakdown voltage. This study provides critical insights for researching radiation damage effects of 0.18 μm BCD process device units in the RQD2001 secondary-side circuit of domestic ultra-high voltage IGBT drivers for power electronics applications. -
Construction of Evaluation Index System for Zero Carbon Highway
Yan Song, Xiaoteng Zhou, Mengfei Liu, Haipeng Wang, Song HuDieses Kapitel befasst sich mit dem Aufbau eines Bewertungsindexsystems für kohlenstofffreie Autobahnen und geht auf das kritische Ungleichgewicht zwischen praktischer Exploration und theoretischer Forschung in der Branche ein. Die Studie führt einen innovativen "Acht-in-eins" -Bewertungsrahmen ein, der acht erste und 25 zweite Indikatoren umfasst, die Aspekte wie die Gesamtemissionen von Kohlendioxid, die Nutzung erneuerbarer Energien und den Emissionshandel abdecken. Methoden wie der Analytic Hierarchy Process (AHP) und unscharfe umfassende Evaluierung werden eingesetzt, um den Grad der Fertigstellung kohlenstofffreier Ziele auf dem Jiwei Expressway zu beurteilen. Das Kapitel enthält auch eine detaillierte Fallstudie des Jiwei Expressway, die die Anwendung des Bewertungsrahmens demonstriert und eine Endnote liefert, die die Schnellstraße als kohlenstofffrei einstuft. Dieser umfassende Ansatz bietet wertvolle Erkenntnisse und Entscheidungshilfen für die systematische und standardisierte Entwicklung kohlenstofffreier Autobahnen.KI-Generiert
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AbstractThe essence of a zero-carbon highway is the deep coupling between infrastructure and energy systems, which requires the evaluation system to break through traditional engineering thinking. The current technical specifications still focus on the construction phase for evaluation, and lack evaluation methods for key aspects such as dynamic carbon balance during the operation period. This study anchors the zero-carbon target, takes carbon emissions as the evaluation object, is based on accounting, takes the operation stage as the time range, and focuses on the entire road category. It constructs a multi-dimensional evaluation index system for zero carbon highways, covering total, intensity, structure, function, technology, reduction, trading, management, etc. The Analytic Hierarchy Process and Fuzzy Comprehensive Evaluation Method are used to evaluate the degree of achievement of the selected zero carbon target for highways, providing effective evaluation tools and decision support for the construction and development of zero carbon highways. -
The Impact of Speed Limit Strategies and Traffic Volume on Carbon Emissions During Highway Reconstruction and Expansion
Xiaofei Wang, Haibin Guan, Jiaxi Chen, Xinwei Li, Qiang ZengDieses Kapitel geht den entscheidenden Faktoren nach, die die Kohlenstoffemissionen während des Wiederaufbaus und Ausbaus von Autobahnen beeinflussen, wobei der Schwerpunkt auf Geschwindigkeitsbegrenzungsstrategien und dem Verkehrsaufkommen liegt. Durch eine Reihe von Querversuchen zeigt die Studie, wie unterschiedliche Geschwindigkeitsgrenzwerte und -modi in Kombination mit unterschiedlichem Verkehrsaufkommen die Kohlenstoffemissionen beeinflussen. Die Forschung verwendet Python, um VISSIM- und MOVES-Modelle zu integrieren, was ein robustes Rahmenwerk für die Analyse dieser Auswirkungen bietet. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen die nichtlineare Beziehung zwischen Kohlenstoffemissionen und Verkehrsaufkommen, die signifikante Verringerung der Emissionen durch höhere Geschwindigkeitsbegrenzungen und die Identifizierung von Wendepunkten in den Emissionsmustern. Die Studie schlägt außerdem Optimierungsstrategien zur Unterstützung grüner Verkehrsinitiativen und der "dualen Kohlenstoffziele" vor. Durch die Untersuchung des Zusammenspiels zwischen Geschwindigkeitsbegrenzungen, Verkehrsaufkommen und Kohlenstoffemissionen liefert diese Forschung wertvolle Erkenntnisse für Fachleute, die die ökologische Nachhaltigkeit von Autobahnprojekten verbessern wollen.KI-Generiert
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AbstractThis study couples VISSIM and MOVES models to investigate how speed limits and traffic volume affect carbon emissions during highway expansions, proposing dynamic traffic control strategies. A three-factor crossed experiment is designed, taking speed limit methods, enforcement measures, and traffic volume as variables. Python enables cross-platform data integration, and key parameters cover climate conditions and vehicle profiles. Results show a nonlinear relationship between vehicle speed and emissions: acceleration reduces emissions below 60 km/h but increases them above 100 km/h. Uniform speed limits are optimal for low traffic volumes (≤1,200 vehicles/hour), while lane-specific limits perform better at high volumes (≥1,800 vehicles/hour). Combined enforcement measures reduce emissions by 12%–18% under heavy traffic. The study advocates real-time adjustment of speed thresholds and control strategies to balance safety and sustainability in highway projects. -
Bidding Strategies of Electric Vehicle Aggregators from the Perspective of Non-Cooperative Game Theory
Haoran Li, Xiaohong Dong, Xiaodan Yu, Mingshen Wang, Shuo WangDieses Kapitel untersucht das strategische Bieterverhalten von Aggregatoren für Elektrofahrzeuge (EVAs) im Rahmen der nicht kooperativen Spieltheorie. Darin wird untersucht, wie EVAs ihre Ausschreibungsstrategien optimieren können, um die Gewinne auf den nachfrageorientierten Märkten zu maximieren, wobei Faktoren wie Nutzertypen, Reaktionsbereitschaft und Marktwettbewerb berücksichtigt werden. Der Text untersucht die Auswirkungen verschiedener Spielszenarien, einschließlich unabhängiger Optimierung, kooperativer Spiele und nicht kooperativer Spiele, auf die Gesamteffizienz des Marktes und die EVA-Gewinne. Eine detaillierte Fallstudie veranschaulicht die Ausschreibungsprozesse und -ergebnisse und zeigt, wie EVAs mit einzigartigen Vorteilen einen Wettbewerbsvorteil erlangen können. Das Kapitel schließt mit der Betonung der praktischen Anwendbarkeit der nicht kooperativen Spieltheorie auf Energiemärkte und bietet wertvolle Erkenntnisse für Fachleute, die sich mit Energiehandel und Netzmanagement beschäftigen.KI-Generiert
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AbstractWith the advancement of Vehicle-to-Grid (V2G) technology, Electric Vehicle Aggregators (EVAs) can participate in the demand response electricity market by consolidating a large number of dispersed Electric Vehicles (EVs) to meet market entry thresholds. A bidding strategy for EVAs from a non-cooperative game theory perspective is proposed. In the framework, EVAs engage in multiple bidding rounds aiming to maximize their individual profits, while the power grid operator clears the market with the objective of minimizing dispatch costs. Based on the proposed bidding strategy and market clearing outcomes, day-ahead hourly charging and discharging compensation prices are formulated and announced. Finally, an optimal solution for the bidding strategy is obtained using an iterative best response method combined with a genetic algorithm. The case study demonstrates that the proposed method can effectively solve the bidding decision-making scheme in non-cooperative game scenarios involving multiple EVAs simultaneously. -
A Velocity Prediction Method Based on Fuzzy Markov Chain
Yansiqi Guo, Zhujun Tang, Ruiqing Ma, Yang ZhouDieses Kapitel stellt eine neuartige Fuzzy-Markov-Kette (FMC) zur Vorhersage der Fahrzeuggeschwindigkeit in Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEVs) vor. Die Studie befasst sich mit den Beschränkungen konventioneller Markov-Kettenmodelle, indem sie Fuzzy-Logik verwendet, um die kontinuierliche Beschleunigung von Fahrzeugen besser zu erfassen. Die vorgeschlagene FMC-Methode wird mit traditionellen mehrstufigen Modellen der Markov-Kette (MSMC) und Langzeit-Kurzzeitgedächtnis-Netzwerken (LSTM) verglichen und zeigt eine überlegene Vorhersagegenauigkeit. Das Kapitel untersucht auch die Auswirkungen verschiedener Mitgliedschaftsfunktionen wie Dreiecks- und Gaußsche auf die Vorhersageleistung. Simulationsergebnisse über drei Fahrzyklen zeigen, dass die FMC-Methode Vorhersagefehler im Vergleich zu MSMC bzw. LSTM um durchschnittlich 4,28% bzw. 3,41% reduziert. Die Ergebnisse unterstreichen die Effektivität der FMC-Methode bei der Verbesserung der Genauigkeit der Geschwindigkeitsprognose in HEVs und bieten wertvolle Erkenntnisse zur Verbesserung der Steuerungsleistung von Strategien für vorausschauendes Energiemanagement.KI-Generiert
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AbstractThis paper proposes a novel vehicle speed prediction method based on a fuzzy Markov chain model. To enhance prediction accuracy, a triangular membership function is employed to map the acceleration into fuzzy states, enabling smooth transitions between adjacent states. The proposed method is evaluated under three driving cycles, demonstrating superior performance with average prediction error reductions of 4.28% and 3.41% compared to conventional multi-step Markov chains and long short-term memory neural networks, respectively. Furthermore, a comparative analysis with the Gaussian membership function confirms the effectiveness of the selected triangular function for this application. The results highlight the potential of fuzzy Markov chains in improving the precision of vehicle speed prediction. -
Energy Dispatching of Off-Grid Renewable Energy Railway Traction Power Supply System
Yuan Cao, Limin JiaDieses Kapitel befasst sich mit der Energieverteilung netzunabhängiger Bahnstromversorgungssysteme für erneuerbare Energien, wobei der Schwerpunkt auf Systemarchitektur, Widerstandsfähigkeit und Optimierungsmodellen liegt. Die Studie definiert die Widerstandsfähigkeit anhand multidimensionaler Verbundindikatoren unter Berücksichtigung der verbleibenden Energiespeicherung und der Reservekapazität von Wind- und Sonnenenergie. Es wird ein zweischichtiges Optimierungsmodell konstruiert, wobei die obere Ebene darauf abzielt, grundlegende Betriebs- und Wartungskosten zu minimieren, und die untere Ebene maximale Belastbarkeit, um die Zuverlässigkeit der Stromversorgung zu gewährleisten. Das Kapitel präsentiert eine Fallanalyse anhand von Daten aus der realen Welt einer Station in der Inneren Mongolei, die die Effektivität des vorgeschlagenen Modells unter verschiedenen Wind- und Sonnenbedingungen demonstriert. Die Simulationen zeigen, dass das System den Lastenergieverbrauch und die Belastbarkeit unter netzunabhängigen Bedingungen wirtschaftlich garantieren kann, wobei die Belastbarkeitsindizes auf Wind- und Solarstromniveau variieren. Die Schlussfolgerung unterstreicht die Fähigkeit des Modells, die Planungsziele für die Energieoptimierung zu erreichen und gleichzeitig die Widerstandsfähigkeit des Systems zu gewährleisten, was den Weg für weitere Forschungen über selbstkonsistente Landtransportsysteme ebnet.KI-Generiert
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AbstractAddressing the specialized energy utilization requirements of railway traction power supply systems in remote off-grid regions of China, an innovative dual-layer optimization scheduling strategy was proposed for wind-PV-storage hybrid off-grid systems has been proposed. First, a wind-solar power output characteristic model was established, followed by the construction of typical temporal scenario sets for renewable energy generation. Subsequently, a source-storage-load dual-layer optimization scheduling model incorporating wind, solar, and energy storage was developed, along with corresponding model transformation and solution strategies. The upper layer determines dispatch power by minimizing comprehensive system costs through coordinated consideration of operation/maintenance expenses and wind/solar curtailment costs. The lower layer maximizes system resilience under off-grid conditions through a resilience index, ensuring optimal safety and stability. Case study simulations demonstrate the applicability of the proposed model for autonomous renewable energy railway systems in remote areas. The obtained source-storage scheduling results enhance renewable energy utilization and economic efficiency while ensuring system security and stability. -
Electric Braking Characteristics of Hybrid Vehicles
Siming Cheng, Lei Wang, Yirui Xiang, Changjun Ma, Lijun DiaoDieses Kapitel beschäftigt sich mit den elektrischen Bremsmerkmalen von Hybridfahrzeugen und konzentriert sich auf die mathematische Modellierung und Simulation von Schlüsselmodulen innerhalb eines serienmäßigen Hybridantriebs. Es beginnt mit einer Analyse des Dieselgenerators, in der die mechanischen und elektrischen Prinzipien, die die Stromerzeugung antreiben, detailliert beschrieben werden. Das Motormodul wird mit ähnlichen Modellierungstechniken untersucht, wobei der Schwerpunkt auf der feldorientierten Steuerung (FOC) und der Space-Vector-Pulswidth-Modulation (SVPWM) zur präzisen Steuerung liegt. Das Batteriemodul, das Lithium-Ionen-Batterien verwendet, wird durch eine regelbasierte Energiemanagementstrategie analysiert. Simulationsergebnisse zeigen eine DC-Bus-Spannungsschwankung von 4,59% und eine maximale regenerative Bremsleistung von 210,9 kW, was eine überlegene Leistung im Vergleich zu herkömmlichen Bremstechnologien zeigt. Das Kapitel schließt mit einer umfassenden Analyse der elektrischen Bremsleistung, in der die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Designs und sein Potenzial zur Verbesserung der Energierückgewinnung und Bremsstabilität in Hybridfahrzeugen hervorgehoben werden.KI-Generiert
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AbstractElectric braking availability is crucial in hybrid vehicle systems. Current research mainly addresses local control of electric braking but lacks the system-level evaluation of braking capacity, operational boundaries and characteristics. Additionally, it often neglects practical constraints on vehicle loading volume. This paper proposes a method for analyzing electric braking characteristics in hybrid power systems under limited configurations. The method mainly consists of two stages: initial modeling analysis and research on electric barking control technology. Firstly, based on the design requirements of the research, the topology of the hybrid system is selected. Secondly, the main modules in the system are analyzed mathematically, and the control mode is selected and modeled. Furthermore, by setting the ideal torque curve and combining the load torque, the system electric braking operation was simulated, and two observation indicators were selected to analyze and verify the system performance. The results show that the system has good braking recovery ability while maintaining stability. -
A Novel Vibration Driven Energy Self-Contained Sensing System for Monitoring of High-Speed Train Axle Boxes
Liyi Ma, Zhipeng Wang, Kebei Chen, Shukai Chen, Limin Jia, Yong QinIn diesem Kapitel wird ein innovatives, in sich geschlossenes Sensorsystem vorgestellt, das speziell für die Überwachung von Achskästen für Hochgeschwindigkeitszüge entwickelt wurde. Das System besteht aus drei primären Modulen: dem Modul zur Energiegewinnung aus Schwingungen, dem Wahrnehmungsmodul und dem Energiemanagementmodul. Der Vibrationsenergieernter fängt Vibrationen auf und wandelt sie mittels elektromagnetischer Induktion in elektrische Energie um. Das Energiemanagementmodul reguliert und speichert die gewonnene Energie und sorgt so für entsprechende Spannungspegel und Schutzmechanismen. Das Wahrnehmungsmodul integriert Sensoren und Verarbeitungseinheiten, um mechanische Beanspruchung, Temperaturänderungen und Vibrationen im Zusammenhang mit den Achskästen zu überwachen. Experimentelle Auswertungen wurden durchgeführt, um die Leistung der einzelnen Module unter verschiedenen Vibrationsbedingungen zu beurteilen. Die Ergebnisse zeigen die Empfindlichkeit des Systems sowohl auf Schwingungsamplitude als auch auf Frequenz und unterstreichen sein Potenzial für Energy-Harvesting-Anwendungen. Die Fähigkeit des Systems, Energiespeicher aufzufüllen und autonom Sensoraufgaben zu erfüllen, macht es zu einer vielversprechenden Lösung zur Verbesserung der Eisenbahnsicherheit und Betriebseffizienz.KI-Generiert
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AbstractThe operating environment of high-speed train axle boxes, combined with the unavailability of embedded power solutions, poses significant obstacles for condition monitoring. The installation of sensing infrastructure in energy limited areas is often impractical, limiting the performance of connected monitoring systems. Therefore, there is a growing need to innovate methods for capturing ambient energy during train operation, enabling autonomous monitoring systems for these components. Based on it, we introduce a self-contained vibration energy harvesting system tailored for high-speed train axle boxes. The system captures ambient vibrations from the surrounding environment and converts them into electrical power to support monitoring equipment. Advanced energy storage and management components are integrated to guarantee a continuous, reliable power supply for onboard sensors. The experimental data demonstrates that the system reaches a maximum power output of 26.36 mW at a frequency of 20 Hz and an amplitude of 5 mm. In continuous operation, the energy storage part is completely charged in 40 h through vibration energy harvesting, while also maintaining uninterrupted sensor functionality. By eliminating the reliance on external power sources or frequent battery changes, this system significantly improves the sustainability and reliability of condition monitoring for high-speed train axle boxes. -
Early Warning of Transformer Health Status Based on Self-Supervised Contrastive Learning and Attention
Chao Zhu, Yulu Chen, Xuanyi Chen, Ming YuDieses Kapitel untersucht die entscheidende Rolle von Transformatoren in Energiesystemen und die mit ihrer Fehlerdiagnose verbundenen Herausforderungen. Die Studie stellt einen neuartigen Ansatz vor, der selbstüberwachtes gegensätzliches Lernen und Aufmerksamkeitsmechanismen kombiniert, um die Genauigkeit der Früherkennung von Fehlern zu verbessern. Zu den Schlüsselthemen gehören die Beschränkungen traditioneller Methoden, die Integration generativer feindlicher Netzwerke zur Datenvermehrung und die Entwicklung eines dynamischen Gesundheitsindex für die Bewertung der Gesundheit von Transformatoren. Die Forschung zeigt signifikante Verbesserungen bei der Genauigkeit der Fehlererkennung und der Reaktionszeit und stellt eine robuste Lösung für die vorausschauende Wartung von Stromversorgungssystemen dar. Die Studie unterstreicht auch die Bedeutung unbeaufsichtigter Lern- und Aufmerksamkeitsmechanismen bei der Erfassung zeitlich-räumlicher Abhängigkeiten für eine effektivere Überwachung. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene Methode herkömmliche Ansätze übertrifft und ein zuverlässiges Werkzeug für das Gesundheitsmanagement von Transformatoren bietet.KI-Generiert
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AbstractPower transformers are crucial for power grid reliability, and Dissolved Gas Analysis (DGA) is widely used for fault diagnosis. However, traditional methods like the IEC three-ratio method suffer from insensitivity to early faults and reliance on manual experience. With the popularization of intelligent sensors, massive chromatographic time-series data urgently need efficient analysis methods. Nevertheless, the proportion of unlabeled data exceeds 90%, restricting the application of supervised learning methods. This paper proposes a full-process health assessment framework integrating self-supervised contrastive learning and attention mechanism. It employs Temporal-aware Adversarial Augmentation and Generative Adversarial Networks (GANs) with physical constraints to address data scarcity, and a Dual-stream Contrastive Attention Network (D-CAN) combining ResNet1D and Transformer for robust feature extraction. The Dynamic Health Index (DHI) quantifies health status via unsupervised clustering and Mahalanobis distance. Experiments show that DHI achieves “zero delay” fault detection, outperforming IEC and Isolation Forest, with 3D visualization verifying health status distribution. This framework systematically enhances data quality, feature representation, and indicator interpretability, offering a novel path for transformer health monitoring. -
Design and Configuration Optimization of Aircraft Energy Systems
Guoqing Liu, Chunmei Xu, Lijun Diao, Yutian Fu, Yifei ZhangDieses Kapitel untersucht die Konzeption und Optimierung von Energiesystemen für unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs), die in Höhenregionen eingesetzt werden. Sie befasst sich mit der Integration von Photovoltaik-Modulen und Batteriespeichern, um eine Energieautarkie zu erreichen und einen kontinuierlichen Betrieb unter unterschiedlichen Umweltbedingungen sicherzustellen. Der Text präsentiert mathematische Modelle für PV-Module und Batterien sowie eine Echtzeit-Energiemanagementstrategie zur Maximierung der Nutzung erneuerbarer Energien. Es wird ein mehrobjektives Optimierungsmodell etabliert, das sich auf die Leichtgewichtung des Systems, die Lebensdauer der Batterie und die Begrenzung der Solarenergie konzentriert. Der Optimierungsprozess, der durch den Particle Swarm Optimization (PSO) -Algorithmus angetrieben wird, verringert die Gesamtmasse des Energiesystems erheblich und erhöht die Effizienz und Lebensdauer der Drohne. Das Kapitel schließt mit einem Vergleich der Systemkonfigurationsparameter vor und nach der Optimierung, wobei eine Verringerung der Gesamtmasse um 32% hervorgehoben wird.KI-Generiert
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AbstractIn certain high-altitude regions of China, harsh climatic conditions pose significant safety risks for manual inspection of equipment. To address this challenge, small unmanned aerial vehicles (UAVs) can be employed for remote inspection tasks, thereby enhancing both operational safety and efficiency. This study focuses on the design and optimization of the UAV energy system, utilizing a hybrid power supply scheme based on photovoltaic (PV) panels and battery storage. Given the strict lightweight requirements of UAVs, and considering practical operational scenarios and load demands, a real-time energy management strategy based on logical rules is proposed. To achieve a lightweight energy system, a particle swarm optimization (PSO) algorithm is applied to determine the optimal series-parallel configuration of PV modules and batteries under given constraints. The result is an optimized configuration scheme that enhances the performance and feasibility of the UAV energy system. -
Research on Optimal Traction Operation and Energy Management Strategy for Emergency Self-Propelled Trains
Di Shen, Lingyu Li, Guoqing Liu, Chunmei XuDieses Kapitel befasst sich mit der dringenden Notwendigkeit von Notfall-Eigenantrieb in Zügen, insbesondere unter schwierigen Bedingungen wie Tunneln oder widrigen Wetterbedingungen. Es untersucht, wie Energiespeicher an Bord Störungen durch Stromausfälle abmildern können. Die Studie vergleicht drei Hauptstrategien des Energiemanagements: regelbasierte, optimierungsbasierte und KI-basierte Strategien und beleuchtet deren Vor- und Nachteile. Die Studie konzentriert sich auf die einzigartigen Bedingungen des westchinesischen Eisenbahnnetzes und optimiert die Traktionsleistung für unterschiedliche Steigungen. Er ermittelt die optimalen Betriebsgeschwindigkeiten für unterschiedliche Steigungen und schlägt eine optimale Traktionsstrategie vor. Das Kapitel entwickelt außerdem eine regelbasierte Energiemanagementstrategie und validiert ihre Wirksamkeit durch Simulation. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die viermotorige Traktionskonfiguration die optimale Lösung für den Notbetrieb ist und eine effiziente und zuverlässige Leistung unter Notfallbedingungen gewährleistet.KI-Generiert
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AbstractThe western region of China is predominantly characterized by high-altitude terrain and long-gradient railway lines, where complex environmental conditions and limited power supply stability pose significant challenges to safe and reliable train operation. In the event of a catenary failure resulting in power loss, train services may be severely disrupted, and the difficulty of executing rescue operations in such environments further exacerbates operational risks. Equipping trains with an emergency power supply capability enables the use of onboard energy storage systems for emergency traction, allowing trains to autonomously reach the nearest station or rescue facility, thereby enhancing operational resilience and safety.This study focuses on optimizing the configuration of train traction system parameters through traction power analysis, tailored to the specific characteristics of the experimental railway line and vehicle data. A comparative assessment of emergency traction performance under two-motor and four-motor configurations is conducted to identify the optimal emergency traction strategy. In addition, a rule-based energy management strategy is developed in accordance with practical engineering constraints to coordinate traction and braking power during emergency operation. A comprehensive simulation model is established and validated using MATLAB/SIMULINK to demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed approach. -
The Power Sharing Method of Parallel Single-Phase Converters in Off-Grid Traction Power Supply Systems
Cheng Luo, Limin JiaDieses Kapitel befasst sich mit der Power-Sharing-Methode von parallelen einphasigen Umrichtern in netzunabhängigen Stromversorgungssystemen und konzentriert sich auf die Herausforderungen durch Lokomotivlasten und die Notwendigkeit eines stabilen Betriebs ohne externes Stromnetz. Der Text untersucht die Systemtopologie, einschließlich der DC-Stromversorgung, einphasiger Wandler und der Traktionsschiene, um ein klares Verständnis des Setups zu vermitteln. Die Strategie der parallelen Mehrmaschinensteuerung wird detailliert diskutiert, wobei der Einsatz der Drop-Control und das Design eines Blindleistungsaufteilungsmoduls hervorgehoben werden, um eine gleichmäßige Verteilung der Blindleistung zu erreichen. Das Kapitel präsentiert auch eine Simulationsverifizierung, die die Effektivität der vorgeschlagenen Strategie zur Erreichung einer reaktiven Machtteilung demonstriert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Hinzufügung der Blindleistungsgleichverteilungsstrategie die Leistung des Systems deutlich verbessert und einen stabilen Betrieb auch bei dynamischen Lastschwankungen gewährleistet. Dieses Kapitel bietet wertvolle Einblicke in die Implementierung von parallelen einphasigen Umrichtern in netzunabhängige Stromversorgungssysteme und ist daher ein Pflichtlektüre für Fachleute auf diesem Gebiet.KI-Generiert
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AbstractIn order to deal with the problem of uneven power distribution caused by the mismatch of line impedance of the parallel converter when the reactive power of the locomotive load changes suddenly in the off-grid traction power supply system, a power sharing strategy is proposed. Firstly, a parallel model of single-phase converters was established. The principle of droop control of grid-forming converters and the defects of traditional droop control were analyzed, revealing the reasons for introducing the improvement strategy. Then, the composition of the total output impedance of each traction converter and its influence on reactive power distribution were analyzed. A power sharing module was added to the traditional reactive power-voltage droop loop to achieve the average distribution of reactive power. Finally, the reactive power waveforms output by four converters with and without the improvement strategy were compared through MATLAB/Simulink simulation, verifying the effectiveness and accuracy of the proposed strategy. -
Electrification and Clean Energy Integration Models in Rail Transit
Gang Song, Jingguang Xie, Hailong Wang, Heng ZhengDieses Kapitel befasst sich mit der Integration sauberer Energielösungen in Transportsysteme, wobei der Schwerpunkt auf Photovoltaik, Wasserstoff und intelligenten Microgrid-Technologien liegt. Er beleuchtet den aktuellen Status und die zukünftigen Trends der Elektrifizierung des Schienenverkehrs und betont den Übergang hin zu Energieversorgungsmodellen für Fusionsenergie und intelligenten Fahrdienstleitsystemen. Der Text untersucht die Entwicklung und Anwendung sauberer Energiequellen wie Wind-, Solar-, Wasserstoff- und Energiespeichersysteme und beschreibt ihre Rolle bei der Reduzierung von Kohlenstoffemissionen und der Verbesserung der Energieeffizienz. Praktische Anwendungsbeispiele wie das Photovoltaik-Projekt MTR (Shenzhen) und der wasserstoffbetriebene Zug Coradia iLint zeigen die realen Auswirkungen dieser Technologien. Das Kapitel diskutiert auch die Herausforderungen und zukünftigen Entwicklungstrends bei der Integration dieser sauberen Energielösungen in den Schienenverkehr und bietet einen umfassenden Überblick über die Fortschritte und das Potenzial des grünen Schienenverkehrs.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractWith the transformation of the global energy structure and the advancement of carbon neutrality goals, rail transit, as a key mode of urban green transportation, is undergoing a profound energy revolution. This paper reviews the development and current status of electrified rail systems, analyzes the application of clean energy technologies such as hydrogen, solar, and energy storage in railways, and proposes a coordinated model that integrates electrification with clean energy. Based on multi-source energy access, intelligent dispatching, and multi-energy complementarity, the model is demonstrated to improve efficiency, reliability, and cost-effectiveness. The results show that this fusion approach can significantly improve the green level of rail transit systems and provide an essential path toward sustainable transportation. -
Impedance-Based Stability Analysis of Boost + FB-LLC Cascaded Converters: Impact of Controller Parameters on DC Bus Voltage Stability
Yongang Chen, Lijun Diao, Haiqing Cai, Yuwen Qi, Zixiao LiDieses Kapitel vertieft die Stabilitätsanalyse von Boost + FB-LLC Kaskadenwandlern, wobei der Schwerpunkt auf dem Einfluss von Reglerparametern auf die DC-Busspannungsstabilität liegt. Die Studie verwendet Impedanzmodellierungstechniken, um die Stabilität kaskadierter Systeme zu verstehen, wobei der Schwerpunkt auf der Ausgangsimpedanz des Boost-Wandlers und der Eingangsimpedanz des FB-LLC-Wandlers liegt. Die Analyse zeigt, dass der aktuelle Proportionalitätskoeffizient k pi den größten Einfluss auf die Systemstabilität hat. Durch experimentelle Verifizierung bestätigt die Studie die theoretischen Ergebnisse und zeigt, wie die Anpassung von k pi die Welligkeit verringern und die Systemstabilität erhöhen kann. Das Kapitel untersucht auch die Auswirkungen anderer Steuerungsparameter und gibt einen umfassenden Überblick über ihren Einfluss auf die allgemeine Stabilität des kaskadierten Systems. Die Leser erhalten Einblicke in die komplexe Dynamik von kaskadierten Wandlern und lernen praktische Strategien zur Optimierung von Regelungsparametern, um einen stabilen und effizienten Betrieb zu erreichen.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractCascaded structures reduce design repetition and improve modularity but risk system instability due to module interactions, making stability analysis crucial. This paper analyzes a two-stage DC/DC converter common in train auxiliary converters, focusing on control parameter effects on DC bus voltage via impedance matching. The open-loop front-stage Boost converter is modeled using state-space averaging, with its dual-loop controlled output impedance derived. The back-stage full-bridge LLC resonant converter’s input impedance model is derived using the fundamental wave approximation method. The detailed effects of each PI controller parameter on the Boost output impedance are analyzed and verified via Bode plots. A 150 kW simulation model is established. Experimental results, using theoretically calculated parameters as a control group and tenfold changes of specific parameters in other tests, show the current loop’s proportional factor has the greatest influence. Its increase causes the input current ripple to approximately double, aligning with theoretical analysis.
- Titel
- Proceedings of the 1st Conference on Transportation and Energy Integration Technologies
- Herausgegeben von
-
Jia Limin
Peng Jia
- Copyright-Jahr
- 2026
- Verlag
- Springer Nature Singapore
- Electronic ISBN
- 978-981-9567-58-4
- Print ISBN
- 978-981-9567-57-7
- DOI
- https://doi.org/10.1007/978-981-95-6758-4
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