可逆牵引供电系统下列车速度曲线与时刻表综合优化方法技术方案

本发明专利技术提供了一种可逆牵引供电系统下列车速度曲线与时刻表综合优化方法，属于城轨列车节能操纵技术领域，本发明专利技术通过探究列车与可逆变电站间的能量双向流动机理，建立牵引供电综合系统动态耦合模型，将列车在多个区间运行下的节能控制问题转化为多阶段最优控制问题，并通过高斯伪谱法求解，在满足安全、准点、舒适的前提下，实现列车速度曲线与区间运行时间的同层求解，最终最小化列车运行过程中的可逆变电站总能耗最小化，本发明专利技术将传统研究中双层实现的列车时刻表优化问题和速度曲线优化问题整合成为一个综合优化问题在同层求解，能够同时得到列车最优速度曲线与最优多区间运行时间分配。间分配。间分配。

【技术实现步骤摘要】
可逆牵引供电系统下列车速度曲线与时刻表综合优化方法


[0001]本专利技术属于城轨列车节能操纵
，尤其涉及一种可逆牵引供电系统下列车速度曲线与时刻表综合优化方法。

技术介绍

[0002]随着我国近年来经济发展迅速，城市化进程不断加快，同时城市人口数量也在急速增长，加剧了城市道路交通拥堵的状况。城市轨道交通具有运量大、效率高、能耗低、集约化、乘坐方便、安全舒适等诸多优点，是解决城市交通拥堵问题、实现城市空间布局调整及城市均衡发展的重要途径。但城市轨道交通系统耗能设备多，随着其规模的迅速增长，其消耗的电能费用也非常巨大，成为了城市的耗能大户，也给运营单位带来了一定的经济压力。
[0003]碳中和与碳达峰是我国应对全球气候变化的一项重大战略，对于城市轨道交通这个耗能大户，发展先进的节能技术迫在眉睫，对于实现可持续发展和绿色交通有着至关重要的意义。对于城轨系统而言，其消耗总电能的约50％都为列车牵引能耗，再生制动能占牵引能耗的30％以上，而约40％的再生制动能在实际运行过程中未能被利用。因此，要实现城轨系统的节能，主要可分为两个途径：降低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可逆牵引供电系统下列车速度曲线与时刻表综合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取优化所需的输入数据；S2、基于输入数据，构建可逆变牵引供电系统与列车的综合电路拓扑模型，得到列车功率与双边可逆变电站功率的动态耦合关系；S3、基于限速变化点、列车站和双边可逆变电站的位置点，将列车运行全过程在空间域上划分为多个阶段；S4、基于动态耦合关系以及划分的多个阶段，以列车运行全过程双边可逆变电站的总能耗最小为目标，将列车速度曲线与时刻表综合优化问题转化为多阶段最优控制问题；S5、利用高斯伪谱法，将多阶段最优控制问题转化为非线性规划问题进行求解，得到列车在多个运行区间下的最优速度曲线与区间运行时间。2.根据权利要求1所述的可逆牵引供电系统下列车速度曲线与时刻表综合优化方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：S201、基于输入数据，构建可逆牵引供电系统与列车的综合等效电路拓扑模型；S202、基于所述综合等效电路拓扑模型，利用等效电路的潮流分布计算方法得到列车功率与双边可逆变电站功率的动态耦合关系。3.根据权利要求2所述的可逆牵引供电系统下列车速度曲线与时刻表综合优化方法，其特征在于，所述等效电路的潮流分布的表达式如下：R1＝ρ
·
s
1 R2＝ρ
·
s2U
t
＝U
rec
‑
I1(R1+R
rec
)U
t
＝U
rec
‑
I2(R2+R
rec
)P
t
＝P
e
+P
aux
P
e
＝F
·
vη
‑
B
·
v
·
ηU
dc1
＝U
t
+I1R1U
dc2
＝U
t
+I2R2其中，R1和R2分别表示列车和双边可逆变电的牵引网的等效电阻，ρ表示牵引网的电阻率，s1和s2分别表示列车和双边可逆变电站的距离，U
t
表示列车所在节点的牵引网电压，U
rec
和R
rec
分别表示双边可逆变电站中整流器的等效电压和等效内阻，P
t
表示列车的终端功率，P
aux
表示列车辅助系统的功率，P
e
表示列车的电功率，F和B分别表示列车使用的牵引力和制动力，η表示列车牵引传动系统的效率，v表示列车的速度，U
dc1
和U
dc2
均表示双边可逆变电站的电压，I1和I2均表示双边可逆变电站的电流；所述双边可逆变电站功率的表达式如下：
其中，P
subi
表示双边可逆变电站的功率，I表示双边可逆变电站的电流，U
dci
表示双边可逆变电站的电压，U
inv
和R
inv
分别表示双边可逆变电站中逆变器的等效电压和等效内阻，U
lim
表示逆变器的额定电压，表示逆变器的额定功率。4.根据权利要求3所述的可逆牵引供电系统下列车速度曲线与时刻表综合优化方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：S301、在空间域上将限速变化点、列车站和双边可逆变电站位置所在的点进行标记；S302、将每两个相邻的标记点之间看作列车运行中的一个阶段，并根据所有标记点将列车的运行全过程划分为多个阶段。5.根据权利要求4所述的可逆牵引供电系统下列车速度曲线与时刻表综合优化方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：S401、基于动态耦合关系以及划分的多个阶段，以列车运行全过程双边可逆变电站的总能耗最小为目标，确定优化问题的目标函数；S402、根据目标函数，将列车纵向动力学、列车运行限速约束、可逆牵引供电系统约束、可逆牵引供电系统
‑
列车能量耦合关系、时刻表约束以及连续性约束转化为动态条件、边界约束、路径约束、事件约束以及连接条件，完成列车速度曲线与时刻表综合优化问题转化为多阶段最优控制问题。6.根据权利要求5所述的可逆牵引供电系统下列车速度曲线与时刻表综合优化方法，其特征在于，所述步骤S402包括以下步骤：S4021、基于目标函数，将列车纵向动力学转化为多阶段最优控制问题的动态条件：其中，表示所划分阶段的集合，p表示第p个阶段，x和v分别表示列车的位置和速度，R表示列车的运行阻力，G表示坡道阻力，M...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晓云，陈默，孙鹏飞，王青元，黄子路，姚柏伶，宋文胜，杨顺风，苟斌，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：