考虑列车混行的运行-调度一体化优化方法

摘要

随着我国科技与经济的快速发展，城市化进程日益加快，轨道交通从长途出行到日常上下班都成为大部分人交通出行的首选，由此也带来了近几年来轨道交通客流需求的逐步增大和能耗的持续增长，如何使列车既准点运行又尽可能节约能源成为轨道交通研究的重要方向。再生制动能量是影响列车能耗的一个重要因素，本文通过对再生制动能量的利用进行研究，将列车的运行与调度联系起来，建立以多车全线路系统净能耗最优为目标的列车运行-调度一体化优化模型。考虑不同速度等级列车之间的追踪和越行行为，确保在列车行车安全的情况下，在优化列车运行速度曲线的同时优化列车时刻表，实现线路上运行能耗的全局最优。并在此基础上考虑晚点等突发情况下列车运行-调度一体化优化方案。主要工作如下:
　　1)改进现有再生制动能量利用方法。目前再生制动能量能馈式的利用方法只计算相邻两辆列车牵引和制动的重叠区间内的再生制动能量利用，本文在此基础上改进了现有再生制动能量利用范围，计算牵引巡航和制动期间的再生制动能量利用量，并给出相应的计算方法。
　　2)提出考虑列车混行的运行-调度一体化优化方法并建立一体化优化模型。本文对多列车运行进行建模，考虑不同速度等级列车混行的复杂运行行为，并提出了安全越行的约束条件表达和按越行站布局分段计算追踪间隔的方法。以多车全线路系统净能耗最优为目标，在优化单车运行能耗的同时兼顾多车之间的再生制动能量的利用，最大程度提升列车的能源利用率。以杭州东到上海虹桥这段线路作为案例，仿真结果证明了方法的有效性。
　　3)在上述模型的基础上引入列车的发车比例，研究不同越行站和不同发车比例对系统净能耗的影响。仿真结果表明，当不同速度等级的列车开始共线运行，快慢列车的比例、越行站的选址都会影响列车的节能优化。
　　4)考虑列车晚点等突发状况，提出以优化晚点时间为主，节能为辅的列车运行-调度一体化调整方法。针对当前列车晚点调整的不足进行改进。首先提出考虑列车混行的晚点策略调整方案，确定晚点传播影响区间和可优化的区间;接着针对可优化区间建立多目标运行-调度一体化调整模型，在优化列车晚点时间的同时兼顾列车的节能运行，通过设置权重系数，可以根据列车的晚点情况来确定对这两个目标的偏好，结果表明在能耗提升不大的情况下可以较大地减少列车的晚点时间。

目录

声明

致谢

摘要

1．绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 列车节能运行

1．2．2 列车优化调度

1．2．3 列车运行-调度一体化优化方法

1．2．4 列车动态调整

1．2．5 越行站布局方法

1．3 本文研究内容

1．3．1 创新点

1．3．2 主要内容安排

2．再生制动能量利用方法分析及改进

2．1 引言

2．2 再生制动能量利用现状

2．3 列车运行和调度与再生制动能量利用的关联

2．4 传统再生制动能量利用原理

2．5 改进后再生制动能量利用原理

2．6 本章小结

3．考虑列车混行的运行-调度一体化优化方法

3．1 引言

3．2 快慢车混行方式介绍

3．3 列车运行分析

3．4 考虑列车混行的运行-调度一体化优化模型构建

3．4．1 列车运行能耗计算

3．4．2 一体化优化目标函数建立

3．4．3 约束条件分析

3．4．4 引入快慢车的再生制动能量部分计算

3．4．5 列车实时速度表达

3．5 求解算法设计

3．6 算例分析

3．6．1 列车特性数据及当前时刻表介绍

3．6．2 速度曲线及时刻表分析

3．7 本章小结

4．引入发车比例的列车运行-调度一体化优化方法

4．1 引言

4．2 考虑发车比例的列车运行调度一体化模型构建

4．3 约束条件表达

4．4 算例分析

4．4．1 同一发车比例不同越行站

4．4．2 同一越行站不同发车比例

4．5 本章小结

5．考虑列车混行的运行-调度一体化调整方法

5．1 引言

5．2 策略调整原理

5．3 多目标列车运行调度一体化调整模型

5．3．1 优化晚点时间

5．3．2 优化系统能耗

5．4 求解算法设计

5．5 算例分析

5．5．1 非越行站列车晚点

5．5．2 越行站快车晚点

5．5．3 越行站慢车晚点

5．6 本章小结

6．总结与展望

6．1 本文工作及研究成果总结

6．2 未来研究方向展望

参考文献

附录