[发明专利]一种提高地铁列车再生制动能利用率的优化方法

说明书

本发明公开了一种提高地铁列车再生制动能利用率的优化方法，包括步骤1：根据同供电区间相邻列车牵引和制动的重叠时间，等效表示出再生制动能利用率；步骤2：建立同向列车追踪运行整数规划模型；步骤3：建立对向列车追踪运行整数规划模型；步骤4：采用改进的差分进化算法求解列车追踪运行整数规划模型，得到优化的列车发车间隔、停站时间和对开时间。本发明针对早晚高峰期和非高峰期，以列车运行牵引和制动重叠时间最大化为目标，建立列车追踪运行优化模型，通过改进的差分进化算法对列车发车间隔、停站时间和对开时间进行优化，增大相邻列车或对向列车牵引和制动的重叠时间，提高再生能量的利用率，减少系统的总能耗。

技术领域

本发明涉及一种提高地铁列车再生制动能利用率的优化方法，属于城市轨道交通控制技术领域。

背景技术

城市轨道交通具有安全、舒适、准点、节能等特点，一直以来都是各个大中型城市重点发展的公共交通方式，在地铁建设里程和运量增加的同时，地铁系统的能耗也迅速上升，而列车牵引能耗又是列车总能耗的主要部分，因此，降低列车牵引能耗对减少地铁系统的能源消耗有极其重要的意义。现有研究中，研究者通过优化列车速度曲线、改进列车运行控制策略等方法降低列车运行能耗，取得了大量的研究成果。但是，在不改变列车既定运行图的情况下，通过优化单列车速度曲线和改进列车运行控制策略的方法减少列车牵引能量的消耗是十分有限的；另一方面，城市轨道交通列车作为电气化列车的一种，具有发车间隔短、启制动频繁的特点，其在制动过程中产生可观的再生制动能量(再生能量)，再生能量的有效利用可在很大程度上降低列车运行总能耗。

目前，对再生能量的利用主要包括电阻耗能式、储能回馈式和邻车吸收式三种，前两种属于间接利用方式，其中电阻耗能式是将再生制动能以热能的形式耗散掉，该方式不仅不能有效利用再生能量，还会因散热问题增加隧道通风负担；储能回馈式需要额外增加设备，维护复杂，增加成本；第三种邻车吸收式属于直接利用方式，该方式是通过协调列车的追踪运行时刻，将制动列车产生的再生能量用于同一供电区间其余列车的牵引用电以降低牵引能耗，这一方式是目前最有效利用再生制动能的方式，因此，在对单列车运行曲线和控制策略进行优化的基础上，有必要研究通过优化列车运行图来提高再生能量的利用率，以降低列车运行总能耗。

线路上列车数量和发车间隔对再生制动能的利用有重要影响，行车密度越大再生制动能有效利用率越高，行车密度越小再生制动能有效利用率越低，当列车发车间隔大于360s时，再进行前后车的协同操纵优化毫无意义，这主要是因为再生制动能的利用具有实时性，距离太长传输损耗太大，且发车间隔过大时同一供电区间同方向可能无其它车辆。地铁早晚高峰期，客流较大，列车发车间隔小，行车密度大，在同向、同供电分区内，或对向、同车站内可能出现一车制动、另一车牵引的情况。而非高峰期内，客流少，列车发车间隔大，行车密度小，在同向、同供电分区内难以有效利用再生制动能，但在对向、同车站内一车制动、另一车牵引的情况可能存在；非高峰期，还可通过不相等的发车间隔来提高再生制动能的利用率，但不等间隔发车将影响乘客的出行，已有研究表明，等间隔运行可以使乘客的平均等待时间最小。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种提高地铁列车再生制动能利用率的优化方法，在不增加设备的基础上，针对早晚高峰期和非高峰期，以列车运行牵引和制动重叠时间最大化为目标，建立列车同向追踪运行和对向追踪运行的整数规划模型，在此基础上，采用改进的差分进化算法对列车整数规划模型进行求解，得到优化的列车发车间隔、停站时间和对开时间，以增大相邻列车或对向列车牵引和制动的重叠时间，有效提高再生能量的利用率，减少系统的总能耗。

实现本发明目的的技术解决方案具体为；一种提高地铁列车再生制动能利用率的优化方法，包括以下步骤：

一种提高地铁列车再生制动能利用率的优化方法，包括以下步骤：

步骤1：根据同供电区间相邻列车牵引和制动的重叠时间，等效表示出再生制动能利用率；

步骤2：建立同向列车追踪运行整数规划模型；