考虑再生制动能量利用的城轨交通多列车节能运行研究

摘要

列车节能运行一直是城市轨道交通研究的重要方向，尤其在能源和环境问题日益突出的今天。城市轨道交通列车频繁起停，列车再生制动时将动能转化为电能，这部分制动能量的回收利用具有很大的潜力。本文通过对多列车运行时，运行图中影响再生制动能量利用的时间因素进行了优化研究，使列车再生制动时的能量更多的被其他牵引列车吸收，来提高再生制动能量利用率，减小系统总能耗。
　　首先本文对固定时分下单列车节能运行的数学模型进行了分析，利用最大值原理推导了列车的节能运行工况，并提出了一种基于制动工况划分运行区间，在子区间内采用节能工况运行的数值算法，用于本文单列车节能运行模型中。
　　在单车节能运行的模型的基础上，本文进一步考虑了牵引网和列车时刻表的约束，搭建了多列车运行的数学模型用于准确计算再生制动能量在牵引网中的利用及牵引供电系统的总能耗。根据时刻表的约束，选取了列车间发车间隔、上下行同步时间、列车停站时间以及站间运行时间四个时间因素，对多列车节能运行进行了分析。
　　为分析列车停站时间对总能耗的影响，建立了基于停站时间的多列车节能优化模型，采用遗传算法以系统总能耗最小为目标函数，在现有时刻表的基础上对停站时间进行了合理优化。
　　对站间运行时间的研究，建立了基于站间运行的多列车节能优化模型，将不同站间运行时间的分配转化为对站间富裕时间的分配，分析了站间富裕时间分配对总能耗的影响，并采用遗传算法以系统总能耗最小为目标函数，在不改变现有时刻表对全程运行时间的规定的约束下，对站间运行的富裕时间进行了合理优化。
　　对停站时间和站间运行时间的优化算法均以北京地铁亦庄线的实际参数为例进行了仿真并验证了算法的有效性。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 再生制动能量的利用方式

1．2．2 单列车节能运行

1．2．3 多列车的节能运行

1．3 本文主要内容

2 单列车节能运行计算

2．1 城轨列车的运行计算原理

2．1．1 列车受力模型

2．1．2 列车能耗模型

2．1．3 列车运行策略

2．2 固定时分下的列车节能优化

2．2．1 优化模型

2．2．2 基于最大值原理的节能工况推导

2．2．3 节能工况下的固定时分算法

2．3 基于北京地铁亦庄线的仿真实例

2．4 小结

3 多列车节能优化的原理及影响因素分析

3．1 多列车运行的约束条件

3．1．1 车辆及线路条件

3．1．2 牵引供电系统

3．1．3 列车时刻表

3．2 多列车运行仿真的数学建模及计算

3．2．1 列车运行模型

3．2．2 牵引供电系统模型

3．2．3 多列车节能运行的优化目标

3．2．4 多列车运行的计算流程

3．3 基于地铁亦庄线的多列车运行模型的验证

3．3．1 亦庄线牵引供电系统介绍

3．3．2 亦庄线信号系统介绍

3．3．3 数据采集方案及验证

3．4 发车间隔及上下行同步时间的影响

3．4．1 发车间隔

3．4．2 同步时间

3．5 小结

4 基于遗传算法的列车停站时间的优化

4．1 停站时间优化的原理

4．2 基于遗传算法的停站时间优化

4．2．1 数学模型

4．2．2 遗传算法的介绍

4．2．3 优化方法

4．2．4 计算流程

4．3 基于地铁亦庄线的停站时间优化

4．4 小结

5 基于富裕时间分配的站间运行时间优化

5．1 站间运行时间优化的原理

5．2 站间运行时间优化的数学模型

5．2．1 数学模型

5．2．2 优化方法

5．2．3 计算流程

5．3 基于地铁亦庄线的站间运行优化

5．4 小结

6 结论与展望

6．1 本文总结

6．2 未来展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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