【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及列车节能运行，尤其涉及一种城轨列车运行综合优化方法。
技术介绍
1、城市轨道交通快速发展，每年会消耗大量的能源用于列车牵引供电，带来了巨大的节能压力。城轨列车牵引运行所需能耗占整个系统总能耗的40％-50％。现有的城市轨道交通的节能方法主要包括：(1)列车的节能降耗技术；(2)再生制动能量回收应用技术；(3)新能源发电技术；(4)列车群运控策略优化技术。(1)-(3)技术需要对地面或车载设备进行改良，技术风险较高，系统投资较大。优化列车群的运控策略，可以在满足运输需求的前提下，通过调整每列车的速度曲线和列车群运行时刻表，实现系统的节能降耗，降低系统运行成本。城轨列车节能运行优化方法分为：一是列车速度曲线的优化；二是时刻表的优化；三是速度曲线和时刻表的协同优化。
2、国内外对于对列车速度曲线优化的方法主要分为三类，解析算法，数值算法，进化算法。但是这些算法大多不能保证解的最优性和收敛性。列车速度曲线的优化只注重优化单列车相邻站点之间的速度曲线，忽略多列车之间的再生能量传输。所获得的节能速度曲线只对单列车最优，而对多列车则无效。时刻表优化使多列列车同步运行，以最大限度地利用再生能量。因此研究综合优化方法，联合优化时刻表和速度曲线，最大化利用再生能量的同时降低牵引能耗具有显著意义。
3、现有的大部分协同优化方法都被仿真验证为有效的，但这些都没有从地铁供电系统的角度分析时刻表优化和列车节能驾驶策略的节能效果，而是以列车或列车群运行能耗最小为目标进行优化，未考虑供电网和列车群之间的耦合关系，城市电网电
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术目的是提供一种一种城轨列车运行综合优化方法。
2、针对城轨牵引能量流动特点，研究列车之间以及列车群和供电网络之间的耦合关系，建立牵引系统能耗模型，在满足安全、准点、乘客舒适度、旅客运送能力等多目标约束条件下，以城市供电网端口处电能消耗最小为目标，提出一种城轨列车群多目标多尺度的运行动态综合优化方法，对不同时段、不同客流量列车群最优运营时刻表以及速度曲线进行动态优化，以实现城轨列车群节能运行目标。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
4、一种城轨列车运行综合优化方法，包括以下步骤：
5、s1.输入城轨列车牵引系统优化所需数据；
6、s2.基于s1输入数据，构建城轨系统等效电路模型，计算列车群在不同运行策略下，对应的系统总能耗；
7、s3.在不同时段下，按供电区间对所有在线列车群进行划分，将同一供电区间内同向运行的列车作为一个研究对象；
8、s4.采用双环优化方法对s3每个区间内的列车群最优时刻表及速度曲线进行求解；
9、所述s4包括以下步骤：
10、s4.1双环优化中外环为时刻表优化，待优化变量为各列车发车间隔时间以及在不同站点的停站时间，将待优化变量作为内环优化的输入量，优化过程中满足当前时段系统运力约束条件的限制；
11、s4.2双环优化中内环优化为列车群速度曲线优化，采用迭代动态规划方法求解，通过接收不同的列车时刻表参数，对各列车速度曲线进行同时优化，求解最优的供电系统总能耗及列车群速度曲线，并将结果返回至外环；
12、所述s4.2中内环迭代方法，对一辆车速度曲线优化时，将其他列车的速度曲线固定，依次循环迭代，具体为：
13、s4.2.1首先输入两车初始的速度曲线与对应的时刻表参数序列信息，其中时刻表参数序列信息包括发车间隔与两车在各站点的停站时间；1车为前车，2车为后车，前车1出发经过规定发车间隔时间，后车2出发；
14、s4.2.2将输入的1车速度曲线固定，作为已知量，2车速度曲线作为待优化变量；在2车原始速度曲线周围确定寻优上下限，将其按运行里程离散化；根据s2中所建等效电路模型以及1车速度曲线，求解每种状态下所对应的变电站能耗；运用动态规划算法求解得到使目标函数式(1)最小的优化结果曲线；
15、
16、式中q为系统单步能耗值，即一个步长下等效模型中两变电站总能耗之和，us1，i1，us2，i2均为对应变量，λ为罚函数系数，n为里程离散化后的总数量；
17、判断在该λ值下列车的总运行时间是否满足式(2)的要求，若不满足则重新修改λ至总运行时间在误差允许范围内；若满足则将该速度曲线作为本次2车优化结果，并将其输入到下一级优化程序中；
18、
19、式中，titotal为第i辆列车优化后的总运行时间，t为原始时刻表中起点站到终点站的规定站间运行时间，ε为时间允许误差值；
20、s4.2.3将优化后的2车速度曲线固定，作为已知量，1车速度曲线作为待优化变量，用s4.2.2中同样的方法得到优化后的1车速度曲线；
21、s4.2.4依次对2车，1车完成上述优化过程，视为完成1次迭代优化；而后判断该组速度曲线的总能耗是否满足收敛条件，若没有达到精度要求，即本次优化后的能耗值与上一次相差超过0.5kwh，则返回s4.2.2，将本次优化结果作为新的输入量，继续进行下一次迭代优化；若满足，则输出优化结果；经过几轮迭代计算后，得到两列车的最优速度曲线；
22、s4.3通过内外环不断更新迭代，获得以城市供电网端口处电能消耗最小为目标的不同时段、不同客流量下列车群最优运营时刻表以及速度曲线；s5.考虑实际运行中各种扰动的影响，进行动态优化；
23、通过与城轨真实系统实时交互信息，基于s4双环优化方法，考虑实际运行中各种扰动的影响，对列车群速度曲线及时刻表进行调整，进行列车群速度曲线与时刻表的动态优化。
24、优选的，
25、所述s1输入数据包括：
26、列车牵引制动特性，列车牵引各部件效率特性，坡道、曲线、隧道、限速、客流的线路参数，供电网络参数，运营时刻表。
27、优选的，
28、所述s2等效电路模型包括：
29、牵引供电仿真子系统：从城市电网110kv到35kv配电网再到750v或1500v牵引供电网建立电路模型，从列车的仿真模型获取负载功率信息；
30、车-路系统仿真子系统：列车全部关键零部件的机电耦合模型，包括主牵引传动系统模型，辅助供电系统模型，空气制动系统模型，根据自动驾驶控制器计算的速度曲线和线路信息客流量数据作牵引计算，实时计算车辆牵引功率及车辆能耗；牵引功率、车辆位置的计算结果发送给牵引供电网模型，作牵引供电网模型的潮流计算，并作系统能耗分析。
31、优选的，
32、所述s5列车群在实际运行中，受到各种扰动的影响，包括晚点、载客量的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种城轨列车运行综合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种城轨列车运行综合优化方法，其特征在于，
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【技术特征摘要】
1.一种城轨列车运行综合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种城轨列车运行综合优化方法，其特征在于，
<...【专利技术属性】
技术研发人员：吴健，张维戈，张弛，朱真林，郑鑫杰，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
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