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。 【关键词】：城市轨道交通 再生制动能量 节能优化 多列车运行 停站时间 站间运行时间 遗传算法
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U268.6
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 课题研究背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 再生制动能量的利用方式12-13
• 1.2.2 单列车节能运行13-14
• 1.2.3 多列车的节能运行14-16
• 1.3 本文主要内容16-19
• 2 单列车节能运行计算19-37
• 2.1 城轨列车的运行计算原理19-24
• 2.1.1 列车受力模型19-23
• 2.1.2 列车能耗模型23-24
• 2.1.3 列车运行策略24
• 2.2 固定时分下的列车节能优化24-32
• 2.2.1 优化模型24-25
• 2.2.2 基于最大值原理的节能工况推导25-28
• 2.2.3 节能工况下的固定时分算法28-32
• 2.3 基于北京地铁亦庄线的仿真实例32-36
• 2.4 小结36-37
• 3 多列车节能优化的原理及影响因素分析37-57
• 3.1 多列车运行的约束条件37-42
• 3.1.1 车辆及线路条件37
• 3.1.2 牵引供电系统37-39
• 3.1.3 列车时刻表39-42
• 3.2 多列车运行仿真的数学建模及计算42-48
• 3.2.1 列车运行模型42-44
• 3.2.2 牵引供电系统模型44-45
• 3.2.3 多列车节能运行的优化目标45-47
• 3.2.4 多列车运行的计算流程47-48
• 3.3 基于地铁亦庄线的多列车运行模型的验证48-50
• 3.3.1 亦庄线牵引供电系统介绍48-49
• 3.3.2 亦庄线信号系统介绍49
• 3.3.3 数据采集方案及验证49-50
• 3.4 发车间隔及上下行同步时间的影响50-55
• 3.4.1 发车间隔51-52
• 3.4.2 同步时间52-55
• 3.5 小结55-57
• 4 基于遗传算法的列车停站时间的优化57-71
• 4.1 停站时间优化的原理57-58
• 4.2 基于遗传算法的停站时间优化58-64
• 4.2.1 数学模型58-59
• 4.2.2 遗传算法的介绍59-61
• 4.2.3 优化方法61-63
• 4.2.4 计算流程63-64
• 4.3 基于地铁亦庄线的停站时间优化64-69
• 4.4 小结69-71
• 5 基于富裕时间分配的站间运行时间优化71-83
• 5.1 站间运行时间优化的原理71-73
• 5.2 站间运行时间优化的数学模型73-76
• 5.2.1 数学模型73-74
• 5.2.2 优化方法74-75
• 5.2.3 计算流程75-76
• 5.3 基于地铁亦庄线的站间运行优化76-81
• 5.4 小结81-83
• 6 结论与展望83-85
• 6.1 本文总结83-84
• 6.2 未来展望84-85
• 参考文献85-89
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果89-93
• 学位论文数据集9

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