[发明专利]基于双层算法的有轨电车定时节能运行优化方法及其系统

权利要求书

1.一种基于双层算法的有轨电车定时节能运行优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，建立有轨电车运动学模型、车载超级电容组模型和能耗计算模型；

步骤2，根据速度命令给定值，组合生成速度曲线；

步骤3，利用步骤2的结果，基于多目标遗传算法进行有轨电车单区间运行优化，生成关于时间-能耗的Pareto前沿曲线；

步骤4，利用步骤3的结果，基于动态规划算法进行有轨电车全线定时节能运行优化，在全线运行总时间不变的基础上降低运行总能耗；

步骤4，利用步骤3的结果，建立基于动态规划算法的有轨电车全线定时节能运行优化，在全线运行总时间不变的基础上降低运行总能耗，包含以下步骤：

S1：划分阶段：根据区间总数量N，将全线优化问题划分为N个阶段；

S2：根据关于时间-能耗的Pareto前沿曲线，分别对每个区间i所有时间-能耗个体x_i的时间向上取整简化为整数，并以时间标准进行排序，排序标准如下：

S3：定义状态变量，状态变量为从第一个区间开始到第i个区间的时间之和，由于采用的是顺序求解，当从阶段i-1到阶段i时，状态变量的变化为t_i-1x_i-1；

S4,定义决策变量与决策集合，决策变量为个体x_i，决策集合为：

D_i(t)＝{x_i|1≤x_i≤n_i,T_i-k≤t_ix_i≤T_i+k}

其中，T_i——每个区间的原定运行时间；k——每个区间的允许时间差值；

S5,定义状态转移方程，全线时刻表的总运行时间为T_limit，随着每个阶段决策的制定，时间状态由此发生变化，因此状态转移方程的公式如下：

S6,定义指标函数，对于该优化问题来说，优化目标就是在总运行时间时间不变的基础上降低区段总体运行能耗，因此指标函数与能耗相关，且与前k个区间的能耗之和有关，具体公式如下：

其中，D_i——每个区间的决策集合；

S7,从第一个区间进行迭代计算直至最后一个区间，T_limit对应的能耗即为经过两层算法优化后符合总运行时间固定并且每个区间运行时间在规定范围内的能耗最小值，全线定时节能优化完成。

2.根据权利要求1所述的基于双层算法的有轨电车定时节能运行优化方法，其特征在于，步骤1中，所述有轨电车运动学模型包括：列车牵引模型、制动模型、阻力模型；所述车载超级电容组模型包括：超级电容等效电路模型；所述能耗计算模型包括：牵引能耗计算模型、辅变能耗计算模型和再生制动能量计算模型。

3.根据权利要求1所述的基于双层算法的有轨电车定时节能运行优化方法，其特征在于，步骤2中，所述速度命令包括：列车牵引加速度、制动减速度、惰行起始速度、惰行终止速度和惰行点位置五个变量。

4.根据权利要求1所述的基于双层算法的有轨电车定时节能运行优化方法，其特征在于，步骤2中，所述根据速度命令，组合生成速度曲线，具体方式为：

S1,速度命令设置完成后，结合工况转换逻辑确定列车下一仿真步长的加速度；

S2,将加速度导入列车运动学模型，确定列车当前的运行速度、运行时间和运行功率；

S3,将运行功率导入车载超级电容组模型，计算列车实际消耗功率；

S4,将列车实际消耗功率导入能耗计算模型，得到区间实际能耗和运行时间以及对应的速度曲线。