一种高速列车全局最优节能速度曲线生成方法技术

本发明专利技术公开了一种高速列车全局最优节能速度曲线生成方法，包括获取高速列车数据、线路数据和区间运行数据；基于线路限速值迭代计算对应的最大运行能力曲线，搜索最优限速值所在范围的下限；基于线路限速值迭代计算对应的最长惰行节能优化速度曲线，搜索最优限速值所在范围的上限；根据最优限速值所在范围的下限和上限，计算每一个限速值下运行时间满足设定运行时间的可行惰行节能优化速度曲线；从所有可行惰行节能优化速度曲线中选取能耗最小的可行惰行节能优化速度曲线，得到全局节能最优速度曲线。本发明专利技术能够极大降低进行一次迭代的平均时间，也缩小了搜索范围，从而降低了迭代次数，因此提高了搜索效率，并且进一步降低了能耗。能耗。能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种高速列车全局最优节能速度曲线生成方法


[0001]本专利技术涉及高速列车参考速度曲线生成
，具体涉及一种高速列车全局最优节能速度曲线生成方法。

技术介绍

[0002]高速列车中牵引能耗约占高速列车铁路总能耗的70％，有着较大的节能空间。因此，在列车运行安全性，准点性约束条件下，以实现牵引能耗最小化为目标，研究高速列车全局节能最优速度曲线的生成算法，可为司机提供参考速度曲线和操纵提示，从而减小列车牵引能耗。这个工作意义十分深远。
[0003]现有的高速列车节能优化速度曲线生成算法大多采用增加惰行的优化策略，即，在给定线路，列车动力学参数，目标运行时间的条件下，在富裕时间，即设定的区间运行时间与最大运行能力曲线所需时间的差值，允许的情况下尽可能地往最大能力曲线上插入惰行，以实现节能的目的。但是现有的算法没有充分考虑全局最优，即当富裕时间较长时，存在一组可行解，对应不同目标恒速下速度曲线运行时间均满足设定运行时间的一组惰行节能优化速度曲线，而这一组可行解中，存在一条能耗最小的节能速度曲线，即全局节能最优速度曲线。
[0004]综上所述，高速列车节能最优速度曲线生成算法对于降低列车牵引能耗，实现列车节能运行具有重要意义。但是现有的速度曲线生成算法没有考虑充分考虑全局最优。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种综合惰行节能优化策略和调整线路限速策略的高速列车全局最优节能速度曲线生成方法。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种高速列车全局最优节能速度曲线生成方法，包括以下步骤：
[0008]S1、获取高速列车数据、线路数据和区间运行数据；
[0009]S2、基于线路限速值迭代计算对应的最大运行能力曲线，搜索最大运行能力曲线中运行时间满足设定运行时间时对应的线路限速值，作为最优限速值所在范围的下限；
[0010]S3、基于线路限速值迭代计算对应的最长惰行节能优化速度曲线，搜索最长惰行节能优化速度曲线中运行时间满足设定运行时间时对应的线路限速值，作为最优限速值所在范围的上限；
[0011]S4、根据最优限速值所在范围的下限和上限，计算每一个限速值下运行时间满足设定运行时间的可行惰行节能优化速度曲线；
[0012]S5、从所有可行惰行节能优化速度曲线中选取能耗最小的可行惰行节能优化速度曲线，得到全局节能最优速度曲线。
[0013]可选地，步骤S1中，
[0014]所述高速列车数据具体包括：车长、载荷质量、回转质量系数、回转黏着系数、辅助
功率、传动效率、再生效率、牵引特性、制动特性、减速度特性；
[0015]所述线路数据具体包括：线路限速、坡道坡度、曲线半径、曲线长度、隧道长度、车站位置公里标、电分相公里标、是否存在长短链；
[0016]所述区间运行数据具体包括：起始站、终点站、计划发车时间、计划到站时间。
[0017]可选地，步骤S2具体包括以下分步骤：
[0018]S21、以初始线路限速值作为迭代区间的上限，以线路允许的最低限速值作为迭代区间的下限，从迭代区间的上限和下限之间选择一个线路限速值作为初始的迭代限速值；
[0019]S22、以此时的迭代限速值作为新的线路限速值，计算该线路限速条件下的高速列车最大运行能力曲线和对应的运行时间；
[0020]S23、判断最大运行能力曲线对应的运行时间是否等于设定运行时间；
[0021]若是，则跳转至步骤S26；
[0022]否则，跳转至步骤S24；
[0023]S24、根据最大运行能力曲线对应的运行时间与设定运行时间之间的差值，确定下一迭代限速值；
[0024]S25、判断确定的下一迭代限速值是否超出迭代区间的上限和下限；
[0025]若是，则流程结束；
[0026]否则，返回步骤S22；
[0027]S26、输出此时的迭代限速值作为最优限速值所在范围的下限。
[0028]可选地，步骤S22中计算该线路限速条件下的高速列车最大运行能力曲线具体包括：
[0029]构建高速列车运行模型，根据高速列车运行速度和运行时间满足速度限制和整体时间限制的约束条件，得到高速列车最优控制工况；
[0030]以此时的迭代限速值作为新的线路限速值，在该线路限速条件下采用全力牵引工况加速到线路限速值，再采用部分牵引工况和部分制动工况维持恒速，在前方遇到低限速或停车时进行提前制动，按照全力制动工况反向计算速度—位置曲线与恒速部分相交，最终生成高速列车最大运行能力曲线。
[0031]可选地，步骤S3具体包括以下分步骤：
[0032]S31、以初始线路限速值作为迭代区间的上限，以步骤S2得到的最优限速值所在范围的下限作为迭代区间的下限，从迭代区间的上限和下限之间选择一个线路限速值作为初始的迭代限速值；
[0033]S32、以此时的迭代限速值作为新的线路限速值，计算该线路限速条件下的高速列车最长惰行节能优化速度曲线和对应的运行时间；
[0034]S33、判断最长惰行节能优化速度曲线对应的运行时间是否等于设定运行时间；
[0035]若是，则跳转至步骤S36；
[0036]否则，跳转至步骤S34；
[0037]S34、根据最长惰行节能优化速度曲线对应的运行时间与设定运行时间之间的差值，确定下一迭代限速值；
[0038]S35、判断确定的下一迭代限速值是否超出迭代区间的上限和下限；
[0039]若是，则流程结束；
[0040]否则，返回步骤S32；
[0041]S36、输出此时的迭代限速值作为最优限速值所在范围的上限。
[0042]可选地，步骤S32中计算该线路限速条件下的高速列车最长惰行节能优化速度曲线具体包括：
[0043]基于步骤S2计算的最大运行能力曲线，将其中牵引后制动工况区段替换为惰行工况，替换条件为替换的惰行工况下的速度
‑
位置曲线与原曲线连接且每个被替换区段内的惰行工况曲线尽可能长；
[0044]直到将所有满足替换条件的牵引后制动工况全部替换，得到高速列车最长惰行节能优化速度曲线。
[0045]可选地，步骤S4具体包括以下步骤：
[0046]S41、根据步骤S2得到的最优限速值所在范围的下限和步骤S3得到的最优限速值所在范围的上限确定的最优限速值范围作为搜索区间，根据求解精度设定迭代步长，并且以最优限速值所在范围的下限作为初始迭代限速值；
[0047]S42、以此时的迭代限速值作为新的线路限速值，计算该线路限速条件下的高速列车惰行节能优化速度曲线和对应的运行时间；
[0048]S43、判断惰行节能优化速度曲线对应的运行时间是否等于设定运行时间；
[0049]若是，则跳转至步骤S44；
[0050]否则，跳转至步骤S45；
[0051]S44、保存此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速列车全局最优节能速度曲线生成方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取高速列车数据、线路数据和区间运行数据；S2、基于线路限速值迭代计算对应的最大运行能力曲线，搜索最大运行能力曲线中运行时间满足设定运行时间时对应的线路限速值，作为最优限速值所在范围的下限；S3、基于线路限速值迭代计算对应的最长惰行节能优化速度曲线，搜索最长惰行节能优化速度曲线中运行时间满足设定运行时间时对应的线路限速值，作为最优限速值所在范围的上限；S4、根据最优限速值所在范围的下限和上限，计算每一个限速值下运行时间满足设定运行时间的可行惰行节能优化速度曲线；S5、从所有可行惰行节能优化速度曲线中选取能耗最小的可行惰行节能优化速度曲线，得到全局节能最优速度曲线。2.根据权利要求1所述的一种高速列车全局最优节能速度曲线生成方法，其特征在于，步骤S1中，所述高速列车数据具体包括：车长、载荷质量、回转质量系数、回转黏着系数、辅助功率、传动效率、再生效率、牵引特性、制动特性、减速度特性；所述线路数据具体包括：线路限速、坡道坡度、曲线半径、曲线长度、隧道长度、车站位置公里标、电分相公里标、是否存在长短链；所述区间运行数据具体包括：起始站、终点站、计划发车时间、计划到站时间。3.根据权利要求1所述的一种高速列车全局最优节能速度曲线生成方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下分步骤：S21、以初始线路限速值作为迭代区间的上限，以线路允许的最低限速值作为迭代区间的下限，从迭代区间的上限和下限之间选择一个线路限速值作为初始的迭代限速值；S22、以此时的迭代限速值作为新的线路限速值，计算该线路限速条件下的高速列车最大运行能力曲线和对应的运行时间；S23、判断最大运行能力曲线对应的运行时间是否等于设定运行时间；若是，则跳转至步骤S26；否则，跳转至步骤S24；S24、根据最大运行能力曲线对应的运行时间与设定运行时间之间的差值，确定下一迭代限速值；S25、判断确定的下一迭代限速值是否超出迭代区间的上限和下限；若是，则流程结束；否则，返回步骤S22；S26、输出此时的迭代限速值作为最优限速值所在范围的下限。4.根据权利要求3所述的一种高速列车全局最优节能速度曲线生成方法，其特征在于，步骤S22中计算该线路限速条件下的高速列车最大运行能力曲线具体包括：构建高速列车运行模型，根据高速列车运行速度和运行时间满足速度限制和整体时间限制的约束条件，得到高速列车最优控制工况；以此时的迭代限速值作为新的线路限速值，在该线路限速条件下采用全力牵引工况加速到线路限速值，再采用部分牵引工况和部分制动工况维持恒速，在前方遇到低限速或停
车时进行提前制动，按照全力制动工况反向计算速度—位置曲线与恒速部分相交，最终生成高速列车最大运行能力曲线。5.根据权利要求1所述的一种高速列车全局最优节能速度曲线生成方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下分步骤：S31、以初始线路限速值作为迭代区间的上限，以步骤S2得到的最优限速值所在范围的下限作为迭代...

【专利技术属性】
技术研发人员：王聪，程军舒，王青元，孙鹏飞，杨冬晨，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：