考虑三轨电压的列车节能优化控制算法研究

【摘要】：摘要：随着我国城市经济的快速发展,城市轨道交通的可持续发展面临交通需求不断增长的内部挑战和节能减排的外部压力。一方面,为了满足持续增长的运输需求,城市轨道交通中列车追踪间隔被不断压缩,线路上运行列车密度不断加大。这将直接导致轨道交通线路能耗的增加。另一方面,环境污染已经引起全世界的关注,使得人们更加重视节能环保问题。 本文从节能的角度出发,主要研究基于单车节能驾驶策略的多车协同控制再生制动能利用,并提出基于三轨电压实时调整列车运行状态的算法,可在保证列车准点的条件下通过实时调整列车运行状态实现再生制动能的最大化利用。 论文具体研究内容如下： 1)相关理论及方法的研究。结合国内外研究现状分析单车节能优化驾驶和再生制动的原理,以及三轨电压对再生制动能产生的影响。对比分析了能耗计算方法的优劣,提出了本文的能耗计算模型,为下文模型的节能效果分析提供评判依据。 2)列车节能优化控制算法研究。论文分析了列车运行约束及列车运行过程受力情况,建立了考虑车长的列车节能优化控制模型,并提出了一种基于给定能耗值的速度曲线数值求解算法,以满足列车运行状态实时调整的需要。 3)列车运行策略调整算法研究。结合列车节能优化控制算法建立了列车节能优化控制和牵引供电的综合模型,并全面分析了再生制动能利用的场景,综合考虑了列车运行约束及列车车站追踪间隔的限制,提出了考虑三轨电压的列车运行策略调整算法,通过实时调整列车运行状态,充分利用再生制动能量。 4)论文建立了基于元胞自动机的列车到站时间预测模型,实时预测列车运行状态调整后的到站时间,评估前后两列车车站追踪间隔,作为列车运行状态调整的判定条件。 最后,以北京地铁亦庄线现场采集数据为例,验证模型的可行性和有效性,并仿真研究综合模型的节能效果。结果表明：在4站3区间线路下10个列车运行全部准点运行的情况下,列车运行能耗降低9.04%；采用本文所提方法,可连续优化多个列车的运行过程。 【关键词】：驾驶策略 再生制动 列车优化控制 牵引供电
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U268.6
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-12
• 1 引言12-18
• 1.1 研究背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 节能驾驶策略研究现状13-14
• 1.2.2 再生制动研究现状14-15
• 1.3 国内外研究的薄弱环节15-16
• 1.4 本文主要框架16-18
• 2 相关理论及方法18-27
• 2.1 列车区间运行18-19
• 2.2 再生制动原理19-21
• 2.2.1 北京地铁亦庄线再生制动策略20
• 2.2.2 再生制动能利用条件20-21
• 2.3 能耗计算方法21-26
• 2.3.1 基于机械功率的方法22-23
• 2.3.2 基于电功率的方法23-24
• 2.3.3 基于电气计算的方法24-25
• 2.3.4 本文能耗计算模型25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 列车节能优化控制算法27-42
• 3.1 列车节能优化控制模型27-31
• 3.1.1 单车运行约束27-28
• 3.1.2 列车运动力学模型基础28-30
• 3.1.3 列车节能优化控制模型30-31
• 3.2 目标速度曲线求解算法31-35
• 3.2.1 基于能耗值的数值求解算法32-34
• 3.2.2 算法流程34-35
• 3.3 算法验证35-41
• 3.3.1 模型参数35-39
• 3.3.2 仿真结果39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 列车运行策略调整算法42-51
• 4.1 牵引供电模型42-45
• 4.1.1 城市轨道交通牵引供电系统的构成42-43
• 4.1.2 牵引变电所等效模型43-44
• 4.1.3 列车等效电路模型44-45
• 4.2 列车运行策略调整算法45-50
• 4.2.1 再生能利用场景分析45-47
• 4.2.2 列车运行策略调整算法47-48
• 4.2.3 车站追踪间隔求解48-50
• 4.3 本章小结50-51
• 5 到站时间预测模型51-59
• 5.1 元胞自动机的交通流模型51-52
• 5.2 基于元胞自动机的轨道交通列车到站时间预测模型52-55
• 5.2.1 基于元胞自动机的轨道交通建模52-53
• 5.2.2 基于元胞自动机的到站时间预测模型53-55
• 5.3 模型验证55-57
• 5.3.1 仿真流程55-56
• 5.3.2 结果分析56-57
• 5.4 本章小结57-59
• 6 仿真验证及结果分析59-71
• 6.1 仿真分析59-63
• 6.1.1 仿真流程59-60
• 6.1.2 模型有效性验证60-63
• 6.2 节能效果分析63-68
• 6.3 准点率验证68-70
• 6.4 本章小结70-71
• 7 结论与展望71-73
• 参考文献73-76
• 图索引76-77
• 表索引77-78
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果78-80
• 学位论文数据集80

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