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基于再生制动能量利用的地铁列车运行优化模型
| 论文题名： | 基于再生制动能量利用的地铁列车运行优化模型 |
| 关键词： | 地铁列车;运行策略;协同优化;再生制动;能量利用;优化模型 |
| 摘要： | 随着城市轨道交通系统运营里程和客运量的快速增长，如何减少能源消耗逐渐成为运营企业日益关心的重要问题。在城市轨道交通系统总电力消耗中，列车牵引用电所占比例最大，因此通过对列车运行过程的优化是实现城市轨道交通节能运行的重要途径之一。 列车运行过程中的节能优化主要包括两个层面:一是单列车站间运行策略的优化;二是多列车运行的协调优化。本文分别从上述两个角度出发，建立了以能耗最低为目标的单列车站间运行优化模型和以再生制动能利用最大为目标的多列车运行协同优化模型。通过采用北京地铁某线路的实际线路与运营数据开展案例研究，验证所建模型的优化效果，并提出面向全线能耗最小的全局优化方案。论文主要工作包括以下方面。 首先，分析了列车按照“四阶段”控制策略运行过程中牵引能耗的变化情况及计算方法，建立以牵引能耗最小为目标的单列车站间定时节能运行优化模型，求解得到列车在各个站间的最优节能运行策略，案例研究表明优化效果可达8.99％。进一步分析列车载客量、线路站间距和加权平均坡度三个影响因素与能耗的关系，研究发现载客量越大、站间距越长、加权平均坡度越大时，列车运行能耗越大，且三者的作用强度存在叠加效应。 其次，考虑多列车之间再生制动能的相互利用关系，以牵引阶段持续时间、停站时间和发车间隔为自变量，以发生再生制动能利用的重叠时间最大化为目标函数构建多列车运行的协同优化模型，通过遗传算法求解所建模型。采用北京地铁某号线的实际数据验证模型的有效性，将优化方案和初始方案对比发现，优化后的重叠时间增加44.6％，优化效果较为理想。此外，通过对三个自变量的灵敏度分析可得到如下结论:(1)在发车间隔小于210s时，重叠时间随发车间隔的增大而增大，前者对后者的变化较为敏感，发车间隔在210s～300s范围内变化时，其对重叠时间影响较小，但当发车间隔继续增大时，重叠时间随之下降;(2)平均牵引时间和停站时间的增大均可使重叠时间增加。 最后，将单车站间运行优化模型与多车协同优化模型结合，提出全局优化策略，比较三种优化策略（单独优化单列车站间运行、单独优化多列车协同及协同优化单车运行与多列车运行）下的全线总能耗，结果表明协同优化策略下的全线总能耗最小，优化效果为12.6％，比分别实施前两种优化策略具有更好的节能效果。 |
| 作者： | 冯瑜 |
| 专业： | 交通运输规划与管理 |
| 导师： | 陈绍宽 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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