多列车协同控制的节能优化方法技术

本发明专利技术公开了列车运行控制技术领域中的一种多列车协同控制的节能优化方法。包括，在列车运行线路上以每一站的停站处作为列车的决策位置，以当前时刻经过所述决策位置的列车作为决策列车；决策列车获取当前时刻同一供电区间其他列车的信息；设定同一供电区间所有列车下一时刻的决策策略；计算同一供电区间所有列车的再生动能；根据再生动能确定下一时刻决策列车的决策策略。本发明专利技术实现再生制动能的利用，降低全线列车总能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于列车运行控制
，尤其涉及一种多列车协同控制的节能优化方法。
技术介绍
伴随着我国城市轨道交通运输事业的迅猛发展，城市轨道交通作为现代人出行的主要交通工具，在人们的生活中扮演着重要的角色。在全球大力发展低碳经济的时代背景下，城市轨道交通作为城市公共交通的主干线、客流运送的大动脉其能耗非常巨大，因此节能技术的研究无疑具有重要的现实意义。节能已成为列车优化的重要目标之一，主要从单列车节能优化驾驶、多列车的协同控制进行研究和改善。单列车节能驾驶主要从三个方面进行展开，一是节能优化驾驶的合理性的验证，提出节能优化的控制模型以及工况构成；二是引入具体的约束条件，在原有的控制模型中加入相应的参数因子；三是着重于算法的研究，设计具体的节能优化方案并利用算法求解，提出了节能优化算法的原则。图1为单列车节能优化驾驶图。多列车协同控制主要是以再生制动能的利用为主从两个方面进行研究，一是协同多列车牵引和制动的顺序，实现对再生制动能的利用；二是从调整列车的发车间隔、站间运行时间等提高再生制动能的利用率。目前对于单列车节能优化驾驶仅仅是从列车单独运行的角度出发没有考虑再生制动能，对于全线的列车没有提出优化策略。然而对于多列车协同控制的研究主要集中在对列车时刻表的调整上，并没有从改变列车运行控制序列来实现再生制动能的利用。据可查资料发现几乎没有从调整全线列车驾驶策略的角度研究再生制动能的利用。图2为再生制动能量流图。博弈论是种分析问题的思想框架。学术中的某些问题在符合博弈论基本要素的前提下均可进行博弈分析，也就是说可以嵌套到博弈论当中来按照博弈论的思维方式将问题逐一的剖析，但对于策略集的求解或最优结果的求解是需要其他数学方法的辅助。针对多列车的运行过程发现，多列车间可构成对决关系，具备了博弈的基本条件。综上所述，将多列车系统控制与博弈论相结合的节能优化方法，可以将全线列车的驾驶策略进行统筹权衡，将再生制动能合理的分配从而实现对再生制动能的充分利用。通过将博弈论的引入使每一辆列车个体化做决策，打破了原有多列车在同一区间运行的运行策略相同这一原则，根据所处的具体线路条件进行择优选取。这样可以使列车再生制动能的利用增加，相对所需由接触网提供的电能就会减少，降低了列车整体的运营成本实现节能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种多列车协同控制的节能优化方法，从全线多列车的驾驶策略出发，对多列车进行协同控制，从而达到全线整体运营能耗降低的目的。为了实现上述目的，本专利技术提出的技术方案是，一种多列车协同控制的节能优化方法，其特征是所述方法包括：步骤1：在列车运行线路上以每一站的停站处作为列车的决策位置，以当前时刻经过所述决策位置的列车作为决策列车；步骤2：所述决策列车获取当前时刻同一供电区间其他列车的信息；步骤3：设定同一供电区间所有列车下一时刻的决策策略；步骤4：计算同一供电区间所有列车的再生动能；步骤5：根据再生动能确定下一时刻决策列车的决策策略。所述决策策略为牵引过程、巡航过程、惰行过程以及制动过程。所述列车i的再生动能的计算公式为：其中，v0为列车i当前时刻的速度，单位千米/小时；fi为列车当前时刻的牵引力；t1为牵引力作用下的起始时间；t2为牵引力作用下的结束时间。本专利技术实现再生制动能的利用，降低全线列车总能耗。附图说明图1为单列车节能优化驾驶图；图2为再生制动能量流图；图3为本专利技术提供的方法流程图；图4所示为列车区间运行过程图；图5是列车牵引特性曲线图；图6是列车策略选取博弈树图。具体实施方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。本专利技术所采用方案基于下述假设：1、模型中的时刻表信息已定，所调整的是列车所受外力以及列车的运行策略。2、列车均处于同一供电区间，制动列车产生的再生制动能可被其他列车使用。3、制动能反馈到接触网上并可及时被牵引列车使用，如此时无牵引列车则产生的制动能被电阻消耗。4、每辆列车均在发车时决定本区间的运行策略，如一切正常则运行策略选取后不再更改。本专利技术引入博弈论的思想，选择列车运行过程中节能优化的运行策略。具体计算步骤如下：步骤1：在列车运行线路上以每一站的停站处作为列车的决策位置，以当前时刻经过所述决策位置的列车作为决策列车。步骤2：所述决策列车获取当前时刻同一供电区间其他列车的信息。决策列车需获取其他在线列车的完备信息，其中包括速度、位置信息以及当前区间内的运行策略等。步骤3：设定同一供电区间所有列车下一时刻的决策策略。步骤4：计算同一供电区间所有列车的再生动能。进行策略的筛选比对，根据其他列车当前的策略以及接下来可能采取的策略进行博弈分析。步骤5：根据再生动能确定下一时刻决策列车的决策策略。根据收益函数(再生动能)值选取最优的运行策略。记录列车所选策略并输出数据结果，其中包括牵引力大小、制动力大小、能耗和产生的再生制动能，再生制动能的产生量的记录是为后续列车决策做依据。在本专利技术实施前，首先需要确定如下内容：(A)掌握列车运行的基本约束条件，列车运行的基本约束包括单列车运行约束和多列车间协同控制约束。单列车运行约束包括时间约束和空间约束；多列车协同控制约束包括安全因素、客流因素、车辆段因素、折返因素和再生制动能的利用约束。(B)根据列车运行的基本因素分析列车运行控制过程，列车运行主要分为四个阶段，其中包括牵引过程、巡航过程、惰行过程以及制动过程。牵引过程消耗电能，制动过程产生再生制动能，惰行过程不消耗能量也不产生能量，巡航过程根据具体的线路约束可能产生也可能消耗能量。如何选取分配牵引、巡航、惰行和制动的时间是本专利技术的主要研究点，利用博弈论的思想进行策略的选取。(C)对列车运行过程建立力学模型，依据牵引规程建模。(C.1)牵引过程：牵引过程中列车受到牵引力和阻力两种力，根据牵引特性曲线可以拟合出如下值。(C.1.1)第一牵引过程，列车以恒定最大力进行牵引的过程，下面是列车受力的公式：Fmax=312.87kN,v≤36fre=-(16.18+0.2422·v)·Wm-(7.65+0.0275·v)·Wt-(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多列车协同控制的节能优化方法，其特征是所述方法包括：步骤1：在列车运行线路上以每一站的停站处作为列车的决策位置，以当前时刻经过所述决策位置的列车作为决策列车；步骤2：所述决策列车获取当前时刻同一供电区间其他列车的信息；步骤3：设定同一供电区间所有列车下一时刻的决策策略；步骤4：计算同一供电区间所有列车的再生动能；步骤5：根据再生动能确定下一时刻决策列车的决策策略。

【技术特征摘要】
1.一种多列车协同控制的节能优化方法，其特征是所述方法包括：
步骤1：在列车运行线路上以每一站的停站处作为列车的决策位置，以当前
时刻经过所述决策位置的列车作为决策列车；
步骤2：所述决策列车获取当前时刻同一供电区间其他列车的信息；
步骤3：设定同一供电区间所有列车下一时刻的决策策略；
步骤4：计算同一供电区间所有列车的再生动能；
步骤5：根据再生动能确定下一时...

【专利技术属性】
技术研发人员：步兵，李坤妃，唐涛，郜春海，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11