城轨列车速度曲线影响因素分析及其节能优化

摘要

近年来，城市轨道交通在我国快速发展，其运营所需的能耗也随之大幅上升，列车节能优化操作问题对于降低轨道交通系统能耗具有重要的现实意义。列车的速度曲线优化是列车节能优化操作的一种重要方法，是对列车在站间内的运行过程的优化。
　　本文首先对最优控制下的列车机械能耗和运行时间反比例函数关系进行了理论证明，计算得到运行时间自由条件下的列车站间能耗的极值，并且用实际线路和列车参数进行仿真。其次，研究了城轨列车载重对于速度曲线优化的影响。参考实际地铁载客信息，计算列车各载重状况下的运行阻力方程参数，并对不同阻力参数下的最优速度曲进行了对比分析。进一步提出了列车载重的辨识算法，通过对牵引加速度辨识得到列车载重估计值及对应的基本阻力方程，生成更加精确的最优速度曲线。然后，研究了站间不同限速场景下的列车的节能速度曲线生成问题，把站间线路按照限速划分为若干优化区间，将站间运行时间在各优化区间进行分配。通过计算得到各区间的列车运行能耗与时间函数，借助拉格朗日法建立增广目标函数，用拟牛顿法计算得到优化区间的运行时间优化分配结果，生成能量最优速度距离曲线，并将结果在CMC(Control Model on Chips)列车仿真平台上进行了测试。最后，提出了一种多列车协同的速度曲线优化方法，实现列车再生制动能量的利用。在同一供电区间内，建立多列车动态协同的节能优化模型，当列车制动产生电能，其他列车通过对原速度距离曲线进行优化来吸收再生电能。基于北京地铁亦庄线数据建立了运行场景，实现了该场景下的三车协同节能优化的仿真。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．3 本文主要框架

2 预备知识

2．1 列车受力分析及驾驶工况

2．1．1 列车受力分析

2．1．2 列车驾驶工况

2．2 城轨列车的再生制动

2．2．1 城轨列车供电系统

2．2．2 空气制动和电气制动

2．2．3 再生制动在轨道交通中的应用

2．3 本章小结

3 列车速度曲线影响因素分析

3．1 列车单站间运行时间对能耗影响分析

3．1．1 列车基本模型及驾驶策略

3．1．2 运行时间与能耗的反比例关系

3．1．3 运行时间自由情况下列车能耗极值

3．1．4 仿真分析

3．2 轨道交通列车载重对速度曲线优化影响研究

3．2．1 轨道交通列车载重及其基本阻力

3．2．2 列车不同载重的速度曲线仿真对比

3．2．3 列车载重辨识

3．3 本章小结

4 基于区间时间分配算法的列车最优曲线生成方法

4．1 列车区间时间优化分配模型

4．1．1 时间优化分配模型的建立

4．1．2 模型的求解

4．2 仿真与测试

4．2．1 能耗-时间方程的建立

4．2．2 Matlab仿真及CMC平台测试

4．3 本章小结

5 基于速度曲线调整的多列车节能优化

5．1 多列车协同节能优化模型

5．1．1 多列车协同节能的优化方法

5．1．2 优化模型的建立

5．2 优化方法的实现方案

5．3 仿真分析

5．4 本章小结

6 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

图表索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集