城市軌道交通列車節(jié)能運行模型及算法研究.pdf

1、城市軌道交通依靠其容量大、速度快、安全可靠、污染少等優(yōu)點，在城市公共交通系統(tǒng)中扮演著不可替代的角色。截止到2015年12月底，我國內(nèi)地已有累計25個城市建成并投入運營的線路達到112條，運營總里程達到3286公里。伴隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，隨之而來的就是巨大的能量消耗問題。如何減少城市軌道交通的能量消耗對于維持城市軌道交通的可持續(xù)發(fā)展有重要的意義。
　　本文在傳統(tǒng)遺傳算法的基礎上，采用動態(tài)自適應的方法對交叉算子和變異算子進行調(diào)

2、整，進一步提升了算法的搜索能力以及減少早熟現(xiàn)象的發(fā)生。然后以改進后的遺傳算法為核心算法，從能量的消耗和供給兩個角度出發(fā)，進行單車和多車節(jié)能運行問題的分析、分步與集成求解方法的研究。本論文的研究內(nèi)容如下:
　　首先，對列車的運行過程進行分析，描述列車的運動學模型;分析影響能耗的主要因素，建立牽引能耗的計算模型。
　　其次，利用極大值原理的方法推導出列車節(jié)能控制的必要條件。結(jié)合城市軌道交通的特點，選取了“牽引-惰行-制動”的三階

3、段模式進行列車節(jié)能控制，建立固定時分下以牽引能耗最小為目標的單車單區(qū)間模型，采用控制單一變量的方法，針對不同的站間距、限速類型以及坡道等線路條件進行了仿真，仿真結(jié)果表明這三個因素與能耗成比例關系。
　　然后根據(jù)牽引能耗和時間的反比關系，求得列車在不同區(qū)間的能耗與運行時間的擬合曲線，建立固定時分下以牽引能耗之和最小為目標的單車多區(qū)間模型，對于列車在各個區(qū)間的運行時間進行了重新分配并且計算區(qū)間總能耗。
　　進而利用第二階段新時刻

4、表的生成方法，對同一供電區(qū)間的線路運行時間再分配，然后利用第一階段的優(yōu)化控制方法求得列車在各個站間的牽引持續(xù)時間和制動持續(xù)時間。以高峰時間的車輛為研究對象，從再生制動能量的利用率出發(fā)，建立以牽引和制動的重疊時間最大為目標的多車多區(qū)間模型，應用遺傳算法求解優(yōu)化后的發(fā)車間隔和停站時間。
　　最后選用北京地鐵線路的真實數(shù)據(jù)，對上述優(yōu)化算法進行仿真，仿真結(jié)果表明，單車在新時刻表下優(yōu)化后總能耗在計劃時刻表的優(yōu)化后總能耗基礎上又降低2.8％，