基于再生制动的地铁列车时刻表优化模型与算法研究

摘要

随着经济的发展，城市化进程的加快，我国城市轨道交通发展迅速，由此导致了轨道交通能耗的持续增加。近年来，如何降低列车能耗也受到了越来越多的关注。由于再生制动是影响能耗的一个重要因素，因此，研究再生制动能量利用优化方法符合城市轨道交通发展的方向。本文针对当前再生制动能量利用方式的不足，采用新的方式，提出了三个优化模型，既可以避免当前方式的缺点，又可以有效利用再生制动能量。主要研究内容如下:
　　基于新的再生制动能量利用方式——制动列车产生的再生制动能量立即被相同站段区间的加速列车利用，分析相邻列车的相对位置及运行状态，建立了地铁列车时刻表优化模型。由于该模型是带有约束条件的非线性整数规划模型，对此，我们设计了模拟退火算法来求解，并且以香港地铁港岛线作为算例进行分析，结果显示，经过该模型优化过的时刻表，再生制动能量利用量比当前时刻表有4.7％至11.4％的提升。
　　经过优化的时刻表有可能造成乘客在车站等待时间过长，因此，我们将乘客时间的概念引入来评估乘客满意度，将上下车乘客数量设为模糊变量，建立了最小化乘客时间和最大化重叠时间的多目标优化模型。以港岛线为算例，我们采用模拟退火算法来求解上述模型。结果表明，优化过的时刻表相对当前时刻表，可以增加48.8％的重叠时间，同时缩短4.3％的乘客时间。
　　虽然减小发车间隔时间会增加再生制动能量利用量，但是同时也会使列车数增加。因此，综合了双向线路上列车再生制动和区间节能操纵方法，以每列车在每个区间的加速时间以及相邻列车的发车时间间隔作为决策变量，提出了全局能耗优化模型，并设计了再生制动能量匹配表以及匹配算法。以北京地铁亦庄线为例，可以得到，经过优化过的时刻表，单位时间内的列车能耗显著减少。最后将最优的方案绘制成运行图。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景和意义

1．2 研究现状

1．2．1 列车时刻表优化问题

1．2．2 再生制动相关的研究

1．3 本文的研究内容

1．4 本文的创新点

2 理论基础

2．1 城市轨道交通运输组织

2．1．1 运输计划

2．1．2 列车时刻表

2．1．3 列车运行图

2．2 城市轨道交通再生制动的相关知识

2．2．1 城市轨道交通列车制动简介

2．2．2 再生制动能量吸收方式

2．3 本章小结

3 地铁列车再生制动能量利用优化模型与算法

3．1 地铁列车再生制动能量利用模型

3．1．1 假设条件

3．1．2 模型的基本数据

3．1．3 目标函数分析

3．1．4 约束条件分析

3．1．5 模型总结

3．2 地铁列车再生制动能量利用优化算法

3．2．1 模拟退火算法简介

3．2．2 新解的产生步骤

3．2．3 新解接受规则

3．2．4 冷却方式

3．2．5 模拟退火算法步骤总结

3．3 实例分析

3．4 本章小结

4 带有模糊变量的地铁列车时刻表多目标优化模型与算法

4．1 带有模糊变量的地铁列车时刻表多目标优化模型

4．1．1 假设条件和模型数据

4．1．2 目标函数

4．1．3 模型总结

4．2 带有模糊变量的地铁列车时刻表多目标优化算法

4．2．1 多目标问题分析

4．2．2 模糊变量的处理方式

4．3 实例分析

4．4 本章小结

5 地铁列车全局能耗优化模型与算法

5．1 地铁列车全局能耗优化模型

5．1．1 假设条件和已知条件

5．1．2 模型分析

5．1．3 目标函数

5．1．4 约束条件

5．1．5 模型总结

5．2 地铁列车全局能耗优化算法研究

5．3 实例分析

5．4 本章小结

6 结论

6．1 本文总结

6．2 未来展望

参考文献

作者简历

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