[发明专利]一种高速接触网吊弦分布坐标的优化设计方法

说明书

本发明涉及受电弓‑接触网受流技术领域，具体涉及一种高速接触网吊弦分布坐标的优化设计方法，采用有限元法建立经EN50318:2018标准和线路实测结果验证的受电弓‑接触网耦合作用模型；利用中心复合试验设计方法设计输入吊弦分布坐标的水平试验表，然后仿真，提取输出弓‑网接触力标准差；采用神经网络建立输入与输出之间的关系模型；采用遗传算法在合理可行的范围内搜寻该神经网络模型中的最小接触力标准差及对应吊弦分布坐标的最优组合。本发明通过将有限元仿真、神经网络和遗传算法三者相结合，不仅可以降低优化所需的计算成本，又可以满足工程应用所需的精度，可以用于现有高速接触网吊弦分布坐标的优化和新规划高速接触网的开发设计。

技术领域

本发明涉及受电弓-接触网受流技术领域，具体涉及一种高速接触网吊弦分布坐标的优化设计方法。

背景技术

受电弓-接触网系统受流是高速列车获取电能最常用的方式，且弓-网受流质量是制约和影响高速列车运行速度和安全的关键因素。其中，弓-网接触力标准差是评价弓-网受流质量最具代表性的指标之一。接触力标准差过大，一方面将加剧受电弓滑板和接触线的机械磨损，另一方面，受电弓滑板和接触线之间可能会轻微分离和燃弧，加剧受电弓滑板和接触线的电气磨损，使受电弓-接触网系统的服役寿命降低。甚至在某些极端的情况下，受电弓将与接触线完全分离，导致列车断电停运。

近年来，一些学者采用了响应面法优化了接触网跨距[基于响应面法的接触网系统参数优化研究]、线索张力和密度[Sensitivity analysis and research onoptimisation methods of design parameters of high-speed railway catenary]等参数。结果表明，这些优化方法不同程度的提高了弓-网受流质量。

但是，目前对于高速接触网参数的优化设计，例如吊弦的分布坐标，普遍采用的是现有的设计规范和标准将吊弦等间距分布。因此，忽视了接触网各个吊弦的分布坐标对弓-网受流质量的影响。同时，目前涉及接触网吊弦分布坐标对弓-网受流质量的影响以及其优化工作的报道少之又少。因此，亟需开发一种行之有效的接触网吊弦分布坐标的优化设计方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高速接触网吊弦分布坐标的优化设计方法，采用该优化方法可以有效的降低接触力标准差，提高弓-网系统的受流质量，相较于目前常用的接触网设计方法中将吊弦等间距分布有着本质的区别，该方法不仅可以降低优化所需的计算成本，又可以满足工程应用所需的精度，可以用于现有高速接触网吊弦分布坐标的优化和新规划高速接触网的开发设计。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种高速接触网吊弦分布坐标的优化设计方法，包括以下步骤：

步骤S1，获取待优化高速受电弓-接触网系统的基本参数，以各个吊弦的分布坐标作为输入变量，以受电弓-接触网的接触力标准差作为输出评价指标；采用有限元法建立符合EN50318:2018标准的受电弓-接触网耦合作用模型；

步骤S2，基于获取的基本参数中原始吊弦坐标，采用中心复合设计方法设计各个吊弦分布坐标的水平试验表，然后分别将该水平试验表中的吊弦分布坐标输入到步骤S1建立的受电弓-接触网耦合作用模型中，并进行弓-网耦合作用仿真，提取输出受电弓-接触网的接触力标准差；

步骤S3，以步骤S2中各个吊弦的分布坐标为输入变量，接触力标准差为输出评价指标，采用BP神经网络建立输入吊弦的分布坐标与输出接触力标准差之间的关系模型；

步骤S4，采用遗传算法在合理可行的范围内搜寻出步骤S3中所建立的BP神经网络模型的最小接触力标准差及其对应的吊弦分布坐标的最优组合。