列车节能运行优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了列车节能运行优化方法及系统，涉及列车运行优化技术领域

【技术实现步骤摘要】
列车节能运行优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及列车运行优化
，尤其涉及一种列车节能运行优化方法及系统
。

技术介绍

[0002]随着城市轨道交通的蓬勃发展，关于轨道交通运行相关的研究也逐渐深入，城市轨道交通是城市公共交通客运系统的重要组成部分，随着城市地铁的进一步发展，地铁供电系统能耗占比不断升高
。
由于地铁耗电量逐年增大，城市轨道交通的能耗问题已成为影响城市轨道交通发展的制约因素，地铁运营耗电量占整个城市轨道交通耗电量的比重超过
80
％，降低地铁能耗成为当前的热门研究方向
。
根据相关统计数据分析，牵引用电耗能约占地铁用电总耗能的
50
％～
60
％，地铁列车能耗大部分来源自列车牵引能耗
。
[0003]现有技术中，申请号为
CN115438522B
涉及混合式直流牵引供电系统最优潮流建模方法，计算城市轨道交通混合式直流牵引供电系统最优潮流模型，实现混合系统的协调供电
。
[0004]申请号为
CN116227699A
涉及高铁长大坡道列车节能运行优化方法，该方法建立牵引负荷预测模型，实现长大坡道列车的节能运行优化
。
该方法将将列车运行区间划分为多个区段，在各区段生成由加速
‑
巡航
‑
惰行
‑
制动运行策略，该方法未使用内点法优化算法
。
[0005]申请号为<br/>CN114044032B
涉及列车节能驾驶曲线动态优化方法，结合庞氏极值原理和列车最优驾驶工况集合，计算带时间窗口约束的最短路径旅行问题，该方法未使用内点法优化算法
。
[0006]申请号为
CN114655282A
对停站方案
、
列车时刻表
、
列车运行轨迹分步求解，使得各列车的总运行时间和各列车的总运行能耗最小化
。
该方法采用基于区间的列车运行轨迹优化模型，认为列车在区间上以均匀的加
、
减速度进行运动
。
[0007]申请号为
CN111291856B
以列车能量消耗
、
舒适度
、
准时性为优化目标，建立列车运行操纵多目标优化模型，并采用遗传进化机制的粒子群改进优化算法，获得最优地铁列车运行过程综合性能指标
。
[0008]针对相关技术中未提出如何在保证列车区间运行准时的同时降低列车牵引能耗，且满足列车运行相关约束的问题，目前尚未提出有效的解决方案
。

技术实现思路

[0009]专利技术目的：提供一种列车节能运行优化方法及系统，以解决现有技术存在的上述问题
。
[0010]技术方案：一种列车节能运行优化方法，包括：根据获取的列车参数对列车进行受力分析，生成列车力学数据集；依据所述列车力学数据集建立列车单质点模型，得到车辆运动方程；基于内点法并结合目标函数
、
决策变量
、
约束条件和所述车辆运动方程，生成列车节能运行优化模型；基于所述列车节能运行优化模型，输出列车运行速度曲线
。
[0011]作为优选，根据获取的列车参数对列车进行受力分析，生成列车力学数据集，包括：通过预设算法分别计算列车牵引力
F、
列车制动力
B
和列车运行阻力
W
，以获得相应的参数值；
[0012]其中，列车牵引力的计算公式为：
F
max
＝
μ
Mg
，
[0013]式中，
F
max
为最大牵引力，
μ
为黏着系数，
M
为列车重量，
g
为重力加速度；
[0014]列车运行阻力的计算公式为：
W
＝
W
j
+W
g
+W
r
。
[0015]作为优选，获取列车参数包括：获取地铁列车基本参数
、
线路参数和区间实际运行数据
。
[0016]作为优选，依据所述列车力学数据集建立列车单质点模型，得到车辆运动方程，包括：
[0017]建立列车的单质点动力学模型；
[0018]依据列车牵引力
F、
列车制动力
B
和列车运行阻力
W
，计算列车合力
C
；
[0019]其中，列车合力
C
的计算公式为：
C
＝
F
‑
W
‑
B
；
[0020]根据受力分析，计算列车的加速度
、
速度和距离状态值，从而得到车辆运动方程为：
[0021][0022]式中，
C
i
为第
i
个时间步长的列车合力，
a
i
为第
i
个时间步长的列车加速度，
M
为列车重量，
v
i
为列车在第
i
个时间步长的速度，
v
i+1
为列车在第
i+1
个时间步长的速度，
Δ
t
为时间步长，
S
i
为列车在第
i
个时间步长的位置，
S
i+1
为列车在第
i+1
个时间步长的位置
。
[0023]作为优选，基于内点法并结合目标函数
、
决策变量
、
约束条件和所述车辆运动方程，生成列车节能运行优化模型，包括：根据列车在预设区间上的所有运行过程，并基于区间的列车节能运行优化模型进行求解；其中，列车节能运行优化模型的求解采用
yalmip
中的
ipopt
求解器进行求解大规模非线性最优化问题
。
[0024]作为优选，基于内点法并结合目标函数
、
决策变量
、
约束条件和所述车辆运动方程，生成列车节能运行优化模型，包括：
[0025]采用最小化列车运行能耗为优化目标，则目标函数为：
[0026]E
＝
Fv
T
[0027]F
＝
[F
1 F2ꢀ…ꢀ
F
N
]T
[0028]v
＝
[v
1 v2ꢀ…ꢀ
v
N
]T
[0029]式中，
E
为区间的牵引能耗，
F
为列车区间牵引力，
v
为列车区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
列车节能运行优化方法，其特征在于，包括：根据获取的列车参数对列车进行受力分析，生成列车力学数据集；依据所述列车力学数据集建立列车单质点模型，得到车辆运动方程；基于内点法并结合目标函数
、
决策变量
、
约束条件和所述车辆运动方程，生成列车节能运行优化模型；基于所述列车节能运行优化模型，输出列车运行速度曲线
。2.
根据权利要求1所述的列车节能运行优化方法，其特征在于，根据获取的列车参数对列车进行受力分析，生成列车力学数据集，包括：通过预设算法分别计算列车牵引力
F、
列车制动力
B
和列车运行阻力
W
，以获得相应的参数值；其中，列车牵引力的计算公式为：
F
max
＝
μ
Mg
，式中，
F
max
为最大牵引力，
μ
为黏着系数，
M
为列车重量，
g
为重力加速度；列车运行阻力的计算公式为：
W
＝
W
j
+W
g
+W
r
。3.
根据权利要求1所述的列车节能运行优化方法，其特征在于，获取列车参数包括：获取地铁列车基本参数
、
线路参数和区间实际运行数据
。4.
根据权利要求1所述的列车节能运行优化方法，其特征在于，依据所述列车力学数据集建立列车单质点模型，得到车辆运动方程，包括：建立列车的单质点动力学模型；依据列车牵引力
F、
列车制动力
B
和列车运行阻力
W
，计算列车合力
C
；其中，列车合力
C
的计算公式为：
C
＝
F
‑
W
‑
B
；根据受力分析，计算列车的加速度
、
速度和距离状态值，从而得到车辆运动方程为：式中，
C
i
为第
i
个时间步长的列车合力，
a
i
为第
i
个时间步长的列车加速度，
M
为列车重量，
v
i
为列车在第
i
个时间步长的速度，
v
i+1
为列车在第
i+1
个时间步长的速度，
Δ
t
为时间步长，
S
i
为列车在第
i
个时间步长的位置，
S
i+1
为列车在第
i+1
个时间步长的位置
。5.
根据权利要求1所述的列车节能运行优化方法，其特征在于，基于内点法并结合目标函数
、
决策变量
、
约束条件和所述车辆运动方程，生成列车节能运行优化模型，包括：根据列车在预设区间上的所有运行过程，并基于区间的列车节能运行优化模型进行求解；其中，列车节能运行优化模型的求解采用
yalmip
中的
ipopt
求解器进行求解大规模非线性最优化问题
。6.
根据权利要求1所述的列车节能运行优化方法，其特征在于，基于内点法并结合目...

【专利技术属性】
技术研发人员：宣名阳，梁晓珂，黄禹澄，吴强，胡佳乔，倪弘韬，
申请(专利权)人：中车南京浦镇车辆有限公司，
类型：发明
国别省市：