城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法技术

本发明专利技术公开了一种城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法，包括如下步骤：S1.计算列车站间能耗；S2.采用二分搜索策略，得到列车各站间在时间区间[T

Energy saving optimization method for timing operation of urban rail transit train lines

The invention discloses an energy-saving optimization method for the timing operation of urban rail transit train lines, which comprises the following steps: S1. Calculating the energy consumption between train stations; S2. Adopting the binary search strategy, getting the time interval [t] between train stations

【技术实现步骤摘要】
城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法
本专利技术涉及一种节能优化方法，尤其涉及一种城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法。
技术介绍
城市轨道交通具有运量大、作业繁重和运行环境复杂等特点，其总能耗巨大，且列车牵引能耗约占50％。降低列车牵引能耗是减少城市轨道交通系统耗能的重要手段，具有重要的现实意义。轨道交通节能策略有3种：线路规划设计节能、驾驶策略节能优化和运行图节能优化。线路规划设计节能对已建成的轨道线路无法实施，目前的研究热点是驾驶策略节能优化和运行图节能优化。驾驶策略节能优化是一个列车运行过程节能优化问题，主要是在定时条件下如何选取最优的速度-位移曲线使牵引能耗最低，而运行图节能优化则是利用多车之问协同关系结合再生制动策略提高能量再生利用率以达到线路节能目标，对于列车具体运行状态考虑较少。驾驶策略节能优化是运行图节能优化的基础，是当前的一个重要研究热点问题。在城市轨道交通中影响列车运行过程的因素众多且关系复杂，致使牵引节能优化模型及其精确求解算法是一项十分困难的工作，难以实现。因此，利用智能优化算法来设计列车的节能优化算法是一种可取的策略，主要有遗传算法、多目标粒子群优化算法、神经网络、蚁群算法、动态规划算法、模拟退火算法等。但这些数学方法主要是从区间或线路出发对列车控制模型进行了简化，特别是对列车站间运行工况序列假定为牵引→惰行→制动或牵引→巡航→惰行→制动，而不能依据线路限速条件自适应地选择合适的节能工况，而且现有的列车节能操纵控制算法计算量大，难以实现在线修正控制指令，且易陷入局部最优，其优化结果可应用性、指导性较差。因此，为解决以上问题，需要一种城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法，不仅能依据线路限速条件自适应地选择合适的节能工况，而且运算速度快，可用于列车实时在线控制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是克服现有技术中的缺陷，提供城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法，不仅能依据线路限速条件自适应地选择合适的节能工况，而且运算速度快，可用于列车实时在线控制。本专利技术的城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法，其特征在于：包括如下步骤：S1.对列车运行工况进行分析，构建列车站间运行的能耗计算模型，根据能耗计算模型计算出列车站间的能耗；S2.获取列车在每一相邻站点间的最小走行时间Tjmin，并设定时间步长Δt，将最小走行时间Tjmin设置为起始时间，以时间步长Δt变化至当前相邻站点的最大走行时间Tjmax，采用二分搜索策略，得到列车各站间在时间区间[Tjmin,Tjmax]上对应的最小能耗其中，j为列车线路上第j个站间，其中，j＝1，2，…，N；S3.获取列车运行完线路全程所需的总运行时间T，计算出剩余走行时间TS:其中，m为列车运行线路上的站间个数；为列车第j个站间的最小走行时间；S4.从剩余走行时间TS中，取出时间步长Δt，对各个站间在相同时间步长Δt上的最小能耗按照从小到大的顺序排列，根据排在首位的最小能耗，找到对应的站间，将时间步长Δt分配给该站间，则该站间走行时间变为Tjmin+Δt，剩余走行时间变为TS-Δt；S5.重复步骤S4，直到剩余走行时间TS变为0；其中，当站间走行时间变更到Tjmax时，不再给该站间分配时间步长Δt。进一步，步骤S1中，根据如下公式确定列车站间列车运行的能耗计算模型：其中，j为列车线路上第j个站间，其中，j＝1，2，…，N；Δs为相邻站点间距离上划分的距离步长；k为站间距离以步长Δs划分所得的段标号；Wk为列车在第k小段上的总阻力；Fk为列车在第k小段上的牵引力；Bk为列车在第k小段上的制动力；fF(vk-1)为与列车速度vk-1相关的最大牵引力；fB(vk-1)为与列车速度vk-1相关的最大制动力；ak为列车在第k段上的加速度；Tj为列车第j个站间的走行时间；Sj-1为第1个站间到第j-1个站间的距离；Sj为第1个站间到第j个站间的距离；M为列车的质量；g为重力加速度；A、B以及C为阻力多项式系数，均与列车自身特性相关；ik为第k段所在线路坡道的坡度千分数；Rk为第k段所在线路曲线的半径；c为反映影响曲线阻力诸多因素的经验常数；Lk为第k段所在线路隧道的长度；为第k小段上线路设计的最大限制速度；为列车设计的最大速度；为第k小段上的临时最大限制速度；v0为列车在第1小段上的初始速度；vk为站间第k小段上的末速度；vk-1为站间第k小段上的初速度。进一步，步骤S2中，根据如下步骤确定列车站间的最小能耗：S2-1：读取列车站间走行时间Tj，初始化列车牵引能耗下限Elow和上限Ehigh，限速时间误差限ε1、能耗误差限ε2；S2-2：令列车牵引能耗E*＝0.5·(Elow+Ehigh)，在第k小段上的牵引力Fk＝0、末速度vk＝0、能耗ek＝0(k＝1,2,...,n)，初始速度v0＝0，实际走行时间t＝0，标号k＝1；S2-3：列车在第k段上牵引运行，由Qianyin(A,B,C,c,M,vk-1,ik,Rk,Lk)计算牵引力Fk、末速度vk，进而能耗ek＝Fk·Δs、余能E*＝E*-ek；S2-4：若k≥n，则令Ehigh＝0.5·(Elow+Ehigh)转步骤S2-2；S2-5：若则k＝k+1转步骤S2-7；S2-6：若则令k＝k+1转步骤S2-8，否则令i＝k、转步骤S2-10；S2-7：若E*>0，则转步骤S2-3，否则令h＝k转步骤S2-13；S2-8：若则转步骤S2-9，否则令i＝k、转步骤S2-10；S2-9：若E*>0，则列车在第k段上巡航，由Xunhang(A,B,C,c,M,vk-1,ik,Rk,Lk)计算牵引力Fk、制动力Bk、末速度vk，当Fk>0时ek＝Fk·Δs且余能E*＝E*-ek，当Fk＝0时ek＝-Bk·Δs，转步骤S2-4，否则令h＝k转步骤S2-13；S2-10：令p＝vi-1，若ei>0则余能E*＝E*+ei；列车在第i段上惰行，由Duoxing(A,B,C,c,M,vi,ii,Ri,Li)计算加速度ai；若ai<0，则Fi＝Bi＝ei＝0、否则在第i段上制动，由Zhidong(A,B,C,c,M,vi,ii,Ri,Li,Δs)计算制动力Bi和初速度vi-1，制动力做功ei＝-Bi·Δs，牵引力Fi＝0；S2-11：令i＝i-1，若vi<p则转步骤S2-10，否则令vi＝p；S2-12：若k<n，则令k＝k+1转步骤S2-9，否则令Ehigh＝0.5·(Elow+Ehigh)转步骤S2-2；S2-13：若h≤n，则转步骤S2-14，否则令i＝n、vi＝0转步骤S2-17；S2-14：列车在第h段上惰行，由Duoxing(A,B,C,c,M,vh-1,ih,Rh,Lh)计算加速度ah，令能耗eh＝0。若则转步骤S2-16，否则令S2-15：若则h＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法，其特征在于：包括如下步骤：/nS1.对列车运行工况进行分析，构建列车站间运行的能耗计算模型，根据能耗计算模型计算出列车站间的能耗；/nS2.获取列车在每一相邻站点间的最小走行时间T

【技术特征摘要】
1.一种城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.对列车运行工况进行分析，构建列车站间运行的能耗计算模型，根据能耗计算模型计算出列车站间的能耗；
S2.获取列车在每一相邻站点间的最小走行时间Tjmin，并设定时间步长△t，将最小走行时间Tjmin设置为起始时间，以时间步长△t变化至当前相邻站点的最大走行时间Tjmax，采用二分搜索策略，得到列车各站间在时间区间[Tjmin,Tjmax]上对应的最小能耗
其中，j为列车线路上第j个站间，其中，j＝1，2，…，N；
S3.获取列车运行完线路全程所需的总运行时间T，计算出剩余走行时间
其中，m为列车运行线路上的站间个数；为列车第j个站间的最小走行时间；
S4.从剩余走行时间TS中，取出时间步长△t，对各个站间在相同时间步长△t上的最小能耗按照从小到大的顺序排列，根据排在首位的最小能耗，找到对应的站间，将时间步长△t分配给该站间，则该站间走行时间变为Tjmin+△t，剩余走行时间变为TS-△t；
S5.重复步骤S4，直到剩余走行时间TS变为0；
其中，当站间走行时间变更到Tjmax时，不再给该站间分配时间步长△t。


2.根据权利要求1所述的城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法，其特征在于：步骤S1中，根据如下公式确定列车站间列车运行的能耗计算模型：






其中，j为列车线路上第j个站间，其中，j＝1，2，…，N；△s为相邻站点间距离上划分的距离步长；k为站间距离以步长△s划分所得的段标号；Wk为列车在第k小段上的总阻力；Fk为列车在第k小段上的牵引力；Bk为列车在第k小段上的制动力；fF(vk-1)为与列车速度vk-1相关的最大牵引力；fB(vk-1)为与列车速度vk-1相关的最大制动力；ak为列车在第k段上的加速度；Tj为列车第j个站间的走行时间；Sj-1为第1个站间到第j-1个站间的距离；Sj为第1个站间到第j个站间的距离；M为列车的质量；g为重力加速度；A、B以及C为阻力多项式系数，均与列车自身特性相关；ik为第k段所在线路坡道的坡度千分数；Rk为第k段所在线路曲线的半径；c为反映影响曲线阻力诸多因素的经验常数；Lk为第k段所在线路隧道的长度；为第k小段上线路设计的最大限制速度；为列车设计的最大速度；为第k小段上的临时最大限制速度；v0为列车在第1小段上的初始速度；vk为站间第k小段上的末速度；vk-1为站间第k小段上的初速度。


3.根据权利要求1所述的城市轨道交通列车线路定时运行的节能优化方法，其特征在于：步骤S2中，根据如下步骤确定列车站间的最小能耗：
S2-1：读取列车站间走行时间Tj，初始化列车牵引能耗下限Elow和上限Ehigh，限速时间误差限ε1、能耗误差限ε2；
S2-2：令列车牵引能耗E*＝0.5·(Elow+Ehigh)，在第k小段上的牵引力Fk＝0、末速度vk＝0、能耗ek＝0(k＝1,2,...,n)，初始速度v0＝0，实际走行时间t＝0，标号k＝1；
S2-3：列车在第k段上牵引运行，由Qianyin(A,B,C,c,M,vk-1,ik,Rk,Lk)计算牵引力Fk、末速度vk，进而能耗ek＝Fk·△s、余能E*＝E*-ek；
S2-4：若k≥n，则令Ehigh＝0.5·(Elow+Ehigh)转步骤S2-2；
S2-5：若则k＝k+1转步骤S2-7；
S2-6：若则令k＝k+1转步骤S2-8，否则令i＝k、转步骤S2-10；
S2-7：若E*>0，则转步骤S2-3，否则令h＝k转步骤S2-13；
S2-8：若则转步骤S2-9，否则令i＝k、转步骤S2-10；
S2-9：若E*>0，则列车在第k段上巡航，由Xunhang(A,B,C,c,M,vk-1,ik,Rk,Lk)计算牵引力Fk、制动力Bk、末速度vk，当Fk>0时ek＝Fk·△s且余能E*＝E*-ek，当Fk＝0时ek＝-Bk·△s，转步骤S2-4，否则令h＝k转步骤S2-13；
S2-10：令p＝vi-1，若ei>0则余能E*＝E*+ei；列车在第i段上惰行，由Duoxing(A,B,C,c,M,vi,ii,Ri,Li)计算加速度ai；若ai<0，则Fi＝Bi＝ei＝0、否则在第i段上制动，由Zhidong(A,B,C,c,M,vi,ii,Ri,Li,△s)计算制动力Bi和初速度vi-1，制动力做功ei＝-Bi·△s，牵引力Fi＝0；
S2-11：令i＝i-1，若vi<p则转步骤S2-10，否则令vi＝p；
S2-12：若k<n，则令k＝k+1转步骤S2-9，否则令Ehigh＝0.5·(Elow+Ehigh)转步骤S2-2；
S2-13：若h≤n，则转步骤S2-14，否则令i＝n、vi＝0转步骤S2-17；
S2-14：列车在第h段上惰行，由Duoxing(A,B,C,c,M,vh-1,ih,Rh,Lh)计算加速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：官礼和，王洪，韩逢庆，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50