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高速列车节能运行优化模型与算法研究
| 论文题名： | 高速列车节能运行优化模型与算法研究 |
| 关键词： | 高速列车;能耗模型;遗传算法;节能优化 |
| 摘要： | 高速列车由于其安全、舒适、便捷等特点受到越来越多的关注，在带动经济增长的同时，也产生了巨大的能源消耗，因此高速列车节能优化是实现高速铁路可持续发展的重要研究课题。在运行过程中，列车牵引加速和克服各种阻力做功是能源消耗的主要方面，不同的操纵策略会直接导致运行能耗的差异，同时反映在列车速度距离曲线上。 本文基于列车牵引/制动特性和线路条件，建立符合实际的列车能耗模型，结合遗传算法对列车的操纵策略进行优化，采用计算机仿真验证，得到优化后的速度距离曲线。主要从以下四方面对论文展开研究: (1)基于高速列车牵引计算单质点模型，对列车运行过程中的受力情况进行详细分析，以此确定运行工况及动力学方程。 (2)在分析高速列车两种宏观运行模式的基础上，充分考虑再生制动反馈能量，分别建立满足正点到站及线路各项约束条件的能耗模型。通过算例得出列车采用“牵引-匀速-惰行-制动”的运行模式具有较好节能效果。 (3)在高速列车采用“牵引-匀速-惰行-制动”的运行模式基础上，充分考虑线路坡道因素和列车工况转换，提出了包含坡道运行优化和全线惰行优化的高速列车两阶段节能优化策略。第一阶段，按等坡度值离散化线路为不同的子区间，通过遗传算法为每个子区间搜索一个最优目标速度，列车沿此运行起到节能效果。第二阶段，在坡道运行优化基础上，再次使用遗传算法，在列车运行的中间阶段搜索确定合理的“牵引—惰行”工况转换点位置和相应的速度，再次降低能耗，优化列车速度距离曲线。 (4)以CRH3型高速列车为研究车型，基于济南-泰安的线路数据和限速条件，运用MATLAB仿真软件将两阶段优化后的仿真结果和优化前的仿真结果进行对比，节能效果达到11.63％。这验证了本文所提策略在列车节能优化方面的可靠性，同时保证列车安全正点运行。 本文从优化高速列车速度距离曲线的角度提出了两阶段节能优化策略，采用能耗建模、算法求解和实例仿真的研究方法，验证了该优化策略的可行性和有效性，对列车节能优化控制具有一定的理论和实际意义。 |
| 作者： | 曹佳峰 |
| 专业： | 交通运输规划与管理 |
| 导师： | 刘斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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