城市軌道交通列車(chē)定時(shí)節(jié)能優(yōu)化方法研究

韓宜軒

摘 要：本文主要針對(duì)城市軌道交通列車(chē)定時(shí)節(jié)能運(yùn)行進(jìn)行研究，針對(duì)其當(dāng)前在運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，以及運(yùn)行模式，來(lái)進(jìn)行城市軌道交通裂成定時(shí)節(jié)能方法的研究，通過(guò)模型創(chuàng)建的方式，求解其算法，來(lái)提高城市軌道交通列車(chē)定時(shí)節(jié)能水平，減少城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行時(shí)能源的消耗，從而滿(mǎn)足我國(guó)節(jié)能環(huán)保政策的要求，推動(dòng)城市軌道交通列車(chē)的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

關(guān)鍵詞：城市軌道 交通列車(chē) 定時(shí)節(jié)能 優(yōu)化方法

Research on Optimization Method of Timing Energy Saving for Urban Rail Transit Trains

Han Yixuan

Abstract：This article mainly focuses on the research on the timing and energy-saving operation of urban rail transit trains. Aiming at the current problems in the operation process and the operation mode， the research on the method of urban rail transit splitting into timing and energy-saving is solved by the method of model creation. The algorithm is used to improve the energy-saving level of urban rail transit trains and reduce the energy consumption of urban rail transit trains during operation， thereby meeting the requirements of China's energy conservation and environmental protection policies， promoting the sustainable development of urban rail transit trains， and maximizing economic benefits.

Key words：urban rail， traffic train， timing energy saving， optimization method

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市交通體系逐步完善，軌道交通已經(jīng)成為城市中必不可少的重要組成部分，必須予以高度重視，不容忽視。目前，在城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，牽引能源消耗量比較大，幾乎占了總消耗的六成，如何使之能源消耗量降低是國(guó)內(nèi)外技術(shù)人員的重要研究課題。當(dāng)前，我國(guó)在單列車(chē)節(jié)能操作方面，已經(jīng)有了較為成熟的技術(shù)，對(duì)多列車(chē)節(jié)能的研究主要在操縱和再生制動(dòng)利用這兩方面?？稍谝?guī)定城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行時(shí)間的情況下，對(duì)其運(yùn)行過(guò)程中的牽引力、制動(dòng)力進(jìn)行分析，通過(guò)建模的方式來(lái)對(duì)其其節(jié)能方法進(jìn)行研究和優(yōu)化。

1 城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行問(wèn)題

在城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，包含了三種形式：第一種形式是牽引，第二種形式是惰行，第三種形式是制動(dòng)。在這三種工作狀態(tài)下，列車(chē)可以進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)、減速運(yùn)動(dòng)，以及勻速運(yùn)動(dòng)。勻速運(yùn)動(dòng)相對(duì)于其他兩種運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，節(jié)能性要更好一些，其所造成的能源消耗更少，屬于巡航模式。這種模式下的列車(chē)運(yùn)行，可根據(jù)實(shí)際情況來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)工況，通常于站間制動(dòng)時(shí)，采用再生制動(dòng)，將其所產(chǎn)生的制動(dòng)能用于處于同一供電區(qū)段的其他列車(chē)牽引。也就是說(shuō)通過(guò)調(diào)整兩輛列車(chē)的工況序列，便可以有效的實(shí)現(xiàn)兩列車(chē)節(jié)能并行。兩個(gè)列車(chē)的站間運(yùn)行，有多種不同的工況組合方式，可通過(guò)科學(xué)的分析和研究，來(lái)獲取唯一合適的工況序列排列組合方式[1]。

1.1 設(shè)置方法

假設(shè)有兩輛列車(chē)，分別為A列車(chē)、B列車(chē)，其于兩站間保持同一個(gè)方向進(jìn)行運(yùn)行，兩站間處于同一個(gè)供電區(qū)段，在運(yùn)行的過(guò)程中，A列車(chē)從O點(diǎn)位置制動(dòng)停車(chē)，B列車(chē)則從O1點(diǎn)位置制動(dòng)停車(chē)。A至O運(yùn)行到車(chē)站2的區(qū)間設(shè)為X，車(chē)站1至O點(diǎn)位置可劃分為Y個(gè)子區(qū)間，每一個(gè)子區(qū)間可用Zl表示，其中l(wèi)的值為1，2，3，...，Y。在劃分子區(qū)間的時(shí)候，需要遵循一定的原則，內(nèi)線(xiàn)路的坡道要具有唯一性，限速也是如此，可先根據(jù)坡道來(lái)劃分區(qū)間，然后觀察坡道內(nèi)涵蓋的限速，再根據(jù)限速進(jìn)行劃分?？山栌玫熊?chē)的節(jié)能操作方式，來(lái)分析多列車(chē)的操縱模式。當(dāng)城市軌道列車(chē)位于牽引加速階段的時(shí)候，可利用其最大牽引力乘以牽引力使用系數(shù)，來(lái)計(jì)算其牽引力數(shù)值;當(dāng)起初于巡航酒蛋的時(shí)候，則可以通過(guò)計(jì)算運(yùn)行阻力大小來(lái)計(jì)算出其制動(dòng)力數(shù)值;當(dāng)其處于制動(dòng)減速階段的時(shí)候，則其制動(dòng)力、運(yùn)行阻力合力為定制，可實(shí)施恒定減速度制動(dòng)。

1.2 分配方法

在確定A列車(chē)在每個(gè)子區(qū)間呃逆的運(yùn)行工況序列之后，便可以對(duì)其初速度、末速度進(jìn)行有效的調(diào)整，可在加速階段，利用牽引力實(shí)用系數(shù)來(lái)計(jì)算城市軌道列車(chē)在每一個(gè)子區(qū)間中的運(yùn)行時(shí)間，框定其范圍，在已知各項(xiàng)數(shù)據(jù)之后，可以得出列車(chē)的最短運(yùn)行時(shí)間、最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間[2]。例如，當(dāng)列車(chē)在子區(qū)間中采取的是牽引加速、惰行減速工況排列順序那么便可以得出其從牽引加速至牽引巡航階段的能源消耗，以及牽引巡航至惰行減速階段的能源消耗;采取的是牽引加速、制動(dòng)巡航這種工況序列組合時(shí)，則可以計(jì)算出牽引加速至惰行加速，惰行加速至制動(dòng)巡航時(shí)的能源消耗。

2 城市軌道交通列車(chē)定時(shí)節(jié)能模型建立

2.1 城市軌道交通列車(chē)定時(shí)節(jié)能模型假設(shè)

針對(duì)本文所研究的城市軌道交通列車(chē)定時(shí)節(jié)能模型，提出了模型假設(shè)，主要包含兩點(diǎn)：一是當(dāng)城市軌道交通雷車(chē)處于低速咋混改的時(shí)候，再生制動(dòng)的制動(dòng)能力并未達(dá)到要求，需要利用空氣制動(dòng)來(lái)增加其動(dòng)力，因此在創(chuàng)建模型的時(shí)候，可確定一個(gè)速度值，當(dāng)列車(chē)達(dá)到這一低速值之后，變不再向電網(wǎng)反饋再生制動(dòng)能;二是曲線(xiàn)，并不會(huì)對(duì)城市軌道交通列車(chē)的牽引能源消耗造成他打的影響，因此在創(chuàng)建模型的時(shí)候，可將列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的附加阻力設(shè)為某一個(gè)定值，將其作為固定坡度的坡道來(lái)處理。在作出假設(shè)之后，便可以利用目標(biāo)函數(shù)來(lái)進(jìn)行建模[3]。

2.2 搜索流程

在探討搜索流程的時(shí)候，可注意以下兩個(gè)方面：一方面是算法初始種群。可利用雷車(chē)常用的制動(dòng)減速度，從站前來(lái)推算雷車(chē)制動(dòng)的速度曲線(xiàn)，以及其在每一個(gè)區(qū)間中運(yùn)行的限速，可利用列車(chē)的制動(dòng)停車(chē)距離，乘以實(shí)用系數(shù)，以獲取最大值范圍，然后再針對(duì)此范圍進(jìn)行外層遺傳算法初始解，計(jì)算最短站間運(yùn)行時(shí)間列車(chē)的運(yùn)行速度，并將其制作成一個(gè)曲線(xiàn)，據(jù)此來(lái)進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)和分配，以獲取內(nèi)層遺傳算法初始解;另一方面是算法迭代過(guò)程，指的是無(wú)論是哪一種遺傳算法，都需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求來(lái)進(jìn)行搜索，內(nèi)層遺傳算法，取值是模型目標(biāo)函數(shù)的倒數(shù)，而外層遺傳算法，取值是內(nèi)層遺傳算法的最佳答案[4]。

3 案例分析

3.1 設(shè)置城市軌道交通列車(chē)參數(shù)

為研究城市軌道交通列車(chē)定時(shí)節(jié)能優(yōu)化方法，可一兩個(gè)站間的區(qū)間為案例，來(lái)進(jìn)行計(jì)算。車(chē)站一和車(chē)站二之間的距離有兩千五百米，站間之間的運(yùn)行時(shí)間計(jì)劃在以一百八十秒左右;車(chē)站二和車(chē)站三之間的距離為一千二百五十米，其計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間為九十秒。加入A列車(chē)以車(chē)站一為發(fā)車(chē)點(diǎn)，發(fā)車(chē)X秒之后，B列車(chē)從車(chē)站二發(fā)車(chē)。在設(shè)計(jì)其參數(shù)的時(shí)候，需要注意以下幾點(diǎn)：一是要先了解兩站間區(qū)間的坡道路線(xiàn)圖;二是了解單列車(chē)的質(zhì)量;三是將優(yōu)化之前和優(yōu)化之后的列車(chē)運(yùn)行狀況進(jìn)行對(duì)比[5]。

3.2 協(xié)同節(jié)能操作

假設(shè)A列車(chē)從車(chē)站一出發(fā)四十五秒后，B列車(chē)從車(chē)站二發(fā)車(chē)，可根據(jù)其各項(xiàng)參數(shù)制定出兩輛列車(chē)格子的運(yùn)行速度曲線(xiàn)圖，以及時(shí)間曲線(xiàn)圖，可根據(jù)圖中的顯示來(lái)分析兩輛列車(chē)的再生制動(dòng)能的利用效果?？捎脤?shí)現(xiàn)來(lái)表示列車(chē)的牽引工況，用劃線(xiàn)來(lái)表示列車(chē)的惰行工況，用虛線(xiàn)來(lái)表示列車(chē)的制動(dòng)工況。將兩輛列車(chē)未協(xié)同操縱的牽引能源消耗量，與優(yōu)化協(xié)同后的牽引能源消耗量相對(duì)比，以分析協(xié)同操作是否具備節(jié)能效果。

4 結(jié)論

通過(guò)一系列的研究和分析，發(fā)現(xiàn)為優(yōu)化城市軌道交通雷車(chē)定時(shí)節(jié)能方法，應(yīng)當(dāng)注意以下內(nèi)容：一是在操縱城市軌道交通列車(chē)的時(shí)候，需要監(jiān)控其線(xiàn)路坡度狀況，若是坡度偏大，那么當(dāng)兩輛雷車(chē)在運(yùn)行的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)讓其中一輛列車(chē)于下坡道進(jìn)行制動(dòng)巡航，另一輛列車(chē)則要在上坡道實(shí)施牽引巡航，這種工況序列組合方式，能有效的減少能源消耗，起到節(jié)能的效果;當(dāng)坡度比較小的時(shí)候，則可以使兩輛列車(chē)都處于惰行工況中，針對(duì)當(dāng)前列車(chē)進(jìn)站、出站的情況進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，重新調(diào)整工況序列，以提高其節(jié)能效果。比如說(shuō)可以讓一輛列車(chē)在進(jìn)展的時(shí)候，適當(dāng)提升其初始速度，另一輛列車(chē)則先進(jìn)入牽引工況，再實(shí)施巡航工況，最后回到牽引工況。二是單列車(chē)的節(jié)能操作方式，與追蹤列車(chē)的操作方式存在一定的差異性，適合但列車(chē)的節(jié)能操縱策略，并不一定適用于追蹤列車(chē)中，需要根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行建模分析來(lái)作討論，以確保所實(shí)施的操縱策略存在節(jié)能效果。

5 結(jié)語(yǔ)

加強(qiáng)對(duì)城市軌道交通列車(chē)定時(shí)節(jié)能優(yōu)化方法的研究，十分有必要，其有利于提高城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行能源利用率，滿(mǎn)足我國(guó)節(jié)能政策的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]周峰，丁力，蘆毅，劉宇然，劉旭，翁勇南.城市軌道交通列車(chē)區(qū)間節(jié)能運(yùn)行優(yōu)化方法[J].城市軌道交通研究，2017（9）.

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