[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

说明书

本发明公开了一种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，该方法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；根据速度命令给定值，组合生成速度曲线；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；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。本发明能够有效降低车辆区间运行能耗，并且能够实现列车运行时刻表的优化配置，降低了列车运行成本。

技术领域

本发明涉及城市轨道交通技术领域，特别是一种城市轨道交通列车定时节能运行优化方法及其系统。

背景技术

在环境保护、能源安全等问题的严峻挑战下，合理利用新能源技术，开发绿色、快速的城市交通运输工具，已经成为目前我国交通产业的重要发展策略，发展新能源有轨电车就是解决以上问题的一个有效的办法。对于城市轨道交通列车来说，其能耗成本占城市轨道交通总成本的50％左右，而运行能耗又是能耗成本的主体部分，因此，如何在保证运行时间的基础上降低列车区间运行能耗是降低城市轨道交通总成本的研究重点，其对于降低城市轨道交通运营成本，提高经济效益具有十分重要的现实意义。

现有有轨电车车辆的节能运行优化存在以下问题：(1)现有有轨电车车辆的节能运行优化通常只包含单区间运行优化或者全线优化里的一种，没有将两种优化结合起来，效果欠佳；(2)进行单区间时间-能耗双目标优化时，使用加权求和法、最小最大法，通过对每个优化目标配备对应权重系数，将多个优化目标合并为一个函数，通过罚函数法将多个约束条件加到该函数中，将其转化为没有约束条件的单目标优化问题。但是，该优化方法存在较大的局限性，关键在于其权重的设置，权重分配影响优化函数的取值，但是人为分配权重具有很大的主观性，依赖于大量的工程经验，而且相对缺乏严谨性和科学性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种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。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于双层算法的有轨电车定时节能运行优化方法，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。

一种基于双层算法的有轨电车定时节能运行优化系统，包括：

模型建立模块，用于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；

速度曲线生成模块，用于根据速度命令给定值，组合生成速度曲线；

单区间运行优化模块，用于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；

全线定时节能运行优化模块，用于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。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

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；