[发明专利]考虑牵引变流器可靠性的轨道交通车辆运行曲线优化方法

说明书

本发明为一种考虑牵引变流器可靠性的轨道交通车辆运行曲线优化方法，步骤1、根据牵引变流器采用的功率器件的信息计算功率器件在不同转速、不同转矩下的总损耗，该损耗是在基波周期内的平均值；步骤2、设计轨道交通车辆运行曲线优化的目标函数，轨道交通车辆运行曲线优化的目标为牵引变流器可靠性，约束条件包括行车安全、停车精度、运行准时性、乘客舒适度和系统节能；步骤3、采用智能算法，计算最佳的车辆转矩指令曲线或者速度曲线，使目标函数f最小。本发明可根据轨道交通车辆条件、线路条件进行运行曲线的优化，从而实现功率器件使用寿命的延长，提高功率器件和牵引变流器的可靠性和可用性，保障车辆的安全稳定运行。

技术领域

本发明涉及轨道交通车辆技术领域，具体涉及一种考虑牵引变流器可靠性的轨道交通车辆运行曲线优化方法。

背景技术

随着轨道交通运营里程的增加，车辆各部件的故障数也随之增加。牵引变流器是轨道交通车辆的关键设备，其可靠性直接影响列车运行的安全性和稳定性。而在电力电子系统中，IGBT是最易受损的器件之一^[1]。IGBT的使用寿命主要与车辆的运行曲线和运行工况相关。

现有技术没有基于牵引变流器可靠性进行车辆运行曲线的优化。已有部分专利提出了以节能为目标的城市轨道交通车辆运行曲线优化方法。

发明专利[2]设计了一种基于生物地理算法的地铁列车节能运行优化方法与系统，第一阶段计算最优节能驾驶曲线，达到节能的效果；第二阶段优化时刻表，提高再生能量的利用率。

仅仅以节能效果为依据进行车辆运行曲线的优化，忽视了运行曲线的变化会使得牵引变流器IGBT承受的应力损伤产生了变化，最终可能导致IGBT使用寿命的缩短。

发明专利[3]设计了一种考虑网损的多列车速度曲线协同优化方法，通过优化速度曲线，降低列车牵引能耗并提高了再生制动能量利用率，最终降低牵引变电站总能耗。

该技术方案虽然是以多列车为控制目标进行运行曲线的节能优化，但是同样没有考虑速度曲线的改变对IGBT使用寿命的影响。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种考虑牵引变流器可靠性的轨道交通车辆运行曲线优化方法。现有技术没有基于牵引变流器可靠性进行轨道交通车辆的运行曲线的优化的。本发明主要根据轨道交通车辆条件、线路条件进行运行曲线的优化，从而实现IGBT使用寿命的延长。本发明技术方案以基于牵引变流器IGBT可靠性的城市轨道交通车辆运行曲线优化为例进行说明，但是本发明同样适用于高速列车以及SiCMOSFET牵引变流器。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种考虑牵引变流器可靠性的轨道交通车辆运行曲线优化方法，包括以下步骤：

步骤1、车辆的运行曲线体现到牵引系统，主要是牵引电机的转矩和转速输出。根据牵引变流器采用的功率器件的信息计算功率器件在不同转速、不同转矩下的总损耗P_loss，该损耗是在基波周期内的平均值；

步骤2、设计轨道交通车辆运行曲线优化的目标函数f，轨道交通车辆运行曲线优化的目标为牵引变流器可靠性f₁，约束条件包括行车安全(速度要求)f_c1、停车精度(距离要求)f_c2、运行准时性(时间要求)f_c3、乘客舒适度(加速度、冲击率要求)f_c4和系统节能f_c5等。可靠性f₁是通过单位时间i内IGBT的总损耗P_{loss_i}计算得到，车辆的运行曲线不同，可靠性f₁不同。同时，车辆的运行曲线也会影响目标函数中的约束条件；

步骤3、采用智能算法，计算最佳的车辆转矩指令曲线或者速度曲线，使目标函数f最小。