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原文传递地铁列车协同控制节能方法研究

论文题名：	地铁列车协同控制节能方法研究
关键词：	地铁列车;协同控制;节能降耗;再生制动
摘要：	随着运营里程逐年增加，国内各大城市地铁系统的电能消耗也快速增长。其中，列车运行能耗是用电大户，占系统总用电量的一半以上。因此，降低列车运行能耗是地铁节能工作的重中之重。地铁日常运营中，列车运行间隔较小且起停频繁，适合再生制动能的利用，如何提高再生制动能的利用已成为地铁列车节能领域的研究热点。　　既有研究对于再生制动能的利用通常停留在时刻表优化设计层面，而地铁列车运行容易受到外部干扰，难以严格按照时刻表计划执行，这势必会影响再生制动能利用的优化效果。为此，本文利用滚动优化思想，建立了能满足实时计算要求的多列车协同控制节能优化模型，并设计相应案例验证模型效果。论文主要内容包括: 　　1、本文对比分析了四阶段控制（最大牵引力牵引、巡航、惰行和最大制动力制动）和惰行控制这两种典型的地铁列车定时节能操纵策略下的列车区间操纵方案在不同坡道和不同计划运行时间的牵引能耗、产生的再生制动能和计算效率。案例分析表明:列车在四阶段控制策略下牵引能耗一般小于惰行控制策略;列车在惰行控制策略下运行产生的再生制动能量略高于四阶段控制策略;四阶段控制的计算效率高于惰行控制策略。　　2、本文提出了以列车群运行能耗最小为优化目标，以四阶段列车操纵方案为控制变量的多列车协同控制节能优化模型。模型将再生制动能利用由既有研究的时刻表离线优化设计问题转变为列车操纵方案的实时优化问题。为了满足实时计算的需求，本文使用了基于遗传算法和模拟退火的协同进化算法对模型进行求解。案例分析表明，在无干扰情况下，多列车协同最优控制比单列车个体最优控制节能5.09％;在有干扰情况下，通过调整临近列车的停站时间和区间操纵方案能够有效降低列车群的区间运行能耗，优化率最高可以达到34.36％。　　3、与单列车操纵采用最大牵引和最大制动不同，列车起动阶段采用部分牵引和停车制动阶段采用部分制动有助于利用再生制动能，可以进一步降低多列车运行时的系统能耗。本文在传统四阶段控制的基础上，通过优化起动阶段的牵引力使用系数和制动阶段的制动力使用系数来延长列车牵引阶段和制动阶段的时间，增加牵引列车与临近列车制动时间的重合概率，以此来提高再生制动能的利用。案例结果表明:较之底层操纵策略为传统四阶段控制的情况，改变牵引力使用系数和制动力使用系数后列车群运行能耗能够进一步降低5.94％。
作者：	曹耘文
专业：	交通运输规划与管理
导师：	柏赟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文