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城轨列车运行策略与时刻表节能协同优化研究
| 论文题名： | 城轨列车运行策略与时刻表节能协同优化研究 |
| 关键词： | 城市轨道交通;协同优化;列车时刻表;列车运行策略 |
| 摘要： | 我国迅速发展大规模城市轨道交通，为居民出行带来便利的同时也产生了巨大的能源损耗。城轨列车在保证居民安全快捷出行的前提下需要降低其消耗的能源，对城市轨道交通绿色健康可持续发展有重要意义，也是国内外学者研究的重要方向。降低城轨列车运行过程中产生的能耗一般是降低列车在运行过程中产生的牵引能耗与增大再生制动能量的利用。本文主要研究内容是： (1)将列车看作一个单质点，通过分析其在站间运行过程中受到的力得到列车运动学模型，在此基础上建立一个在确定站间运行以单列车的牵引能耗、乘客舒适度以及在站间运行准时性为优化目标的多目标运行策略节能优化模型。 (2)对于多目标优化问题通过Pareto寻优求解其最优解集。提出设计多目标遗传算法求解多目标运行策略节能优化模型，考虑到遗传算法容易未成熟收敛，对多目标遗传算法在设计是做一些改进。为保证种群多样性，防止遗传算法早熟收敛，借鉴多种群遗传算法产生初始种群以及对遗传操作中的交叉与变异采用自适应设计；为使Pareto最优解集能够很好的分布在全局最优解前沿上，在进行遗传选择操作时，利用快速非支配排序的方法将种群个体分层排序并求出每层个体之间的拥挤距离，这样也提高了遗传算法的收敛性。 (3)通过分析城轨列车系统，得到列车站间运行策略与时刻表之间的关联。搭建一个上层为时刻表优化模型与下层为列车站间运行策略模型的双层反馈模型，上下层模型通过站间运行时间联系。建立列车运行策略与时刻表节能协同优化函数模型，其问题的实质是基于冗余时间的站间运行时间再分配。本研究分析未考虑再生能以及考虑再生能两种情况。第一种是通过对站间运行时间的分配，使得单列车在全线路总运行时间不变的基础上，多站间整体牵引能耗降低，第二种分析基于两相邻列车的站间运行时间的再分配，使得牵引制动状态在时空重叠增大，从而提高可再生制动能量的利用，也降低了列车多站间能耗。 最后基于北京亦庄线列车以及线路数据信息，使用MATLAB软件对设计的模型与算法仿真验证。研究结果表明，基于改进的多目标遗传算法的较现有运行策略运行节能13.78%，协同优化后多站间节能在其基础上又节能10%左右。 |
| 作者： | 吕洁丽 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 何涛;张锐 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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