[发明专利]一种基于多车协同优化的城轨综合系统节能方法

说明书

本发明公开了一种基于多车协同优化的城轨综合系统节能方法，包括以下步骤：根据基本输入数据建立车‑线‑网‑图综合系统耦合模型；建立列车运行的时‑空‑速三维状态网络；根据列车运动特性，确定时‑空‑速三维状态网络中相邻时间阶段间的列车控制工况转移规则；对时‑空‑速三维状态网络每个时间阶段下的列车状态进行降维，得到有效状态空间域；根据多个体动态规划算法、车‑线‑网‑图综合系统耦合模型、列车控制工况转移规则和有效状态空间域，输出最优协同多列车三维轨迹。本发明能够显著降低潮流计算的迭代次数，极大提升了算法效率，能够同时优化多列车系统里所有列车的运行过程，实现系统状态最优。

技术领域

本发明涉及城轨列车节能操纵领域，具体涉及一种基于多车协同优化的城轨综合系统节能方法。

背景技术

在城轨系统消耗的总电能中，约50％为列车牵引能耗，再生制动能占牵引能耗的30％以上，而约40％的再生制动能在实际运行过程中未能被利用。因此，要实现城轨系统的节能，主要可分为两个途径：降低牵引能耗和提高再生制动能量利用率。前者能够通过牵引电机优化、装备轻量化、列车外形优化等途径实现，后者能够通过加装逆变回馈装置、加装储能装置来实现，但上述方案都需要改变现有系统的拓扑结构以及大量的硬件投资，相比之下，列车节能驾驶技术是一个更好的选择，仅通过优化列车的运行过程就能实现比硬件改造更加可观的节能效果，投资成本较小且易于实现。

现有的列车节能驾驶技术通常将列车作为独立的个体来优化其运行过程，这是不符合实际系统的，列车的动态运行过程与很多因素是耦合的，首先是运营线路，其决定了列车运动随着位置变化的最高限速和所受的坡道阻力，然后是运行图，其规定了日常运营下的每个列车在每个车站的到达时刻及离开时刻，最后是牵引供电系统，其中变电站通过牵引网向列车提供运动所需的电能。因此，综合考虑车-线-网-图耦合大系统，对其进行一体化建模，在系统总能耗层面对列车节能驾驶技术展开研究，才更加符合真实系统，对将来工程应用才更具有指导意义和参考价值。

而在城轨系统的日常运营中，存在多辆列车在线路上运行，所有列车在同一时刻下的位置和功率共同决定了该时刻下的牵引供电系统的潮流分布，而所有列车运行过程中的停站时间、区间运行时间以及区间运行速度曲线又直接决定了列车群在时间轴上的动态重合状态，因此，要想实现车-线-网-图综合系统的能耗最小化，需通过协同优化多列车的运行过程才能实现。现有的多车优化技术具有相当的局限性，不仅没有对车-线-网-图综合系统进行一体化建模，通常还通过预设某些列车的运行轨迹，来优化特定列车的运行过程，并没有实现真正的协同，此外，为了降低问题的复杂度，列车的速度曲线优化和时刻表优化往往分开展开，并不能实现同层优化。

综上所述，对基于城市轨道交通的车-线-网-图综合系统进行节能分析，避免仅仅通过优化特定列车的运行过程进行系统节能，这拥有重要的研究意义以及广泛的应用前景。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于多车协同优化的城轨综合系统节能方法，解决了城市轨道交通直流牵引供电系统下列车群的最优协同节能操纵的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于多车协同优化的城轨综合系统节能方法，包括以下步骤：

S1、根据基本输入数据建立车-线-网-图综合系统耦合模型；

S2、建立列车运行的时-空-速三维状态网络；

S3、根据列车运动特性，确定步骤S2中时-空-速三维状态网络的相邻时间阶段间的列车控制工况转移规则；

S4、对步骤S2中时-空-速三维状态网络每个时间阶段下的列车状态进行降维，得到有效状态空间域；

S5、根据多个体动态规划算法、步骤S1中的车-线-网-图综合系统耦合模型、步骤S3中的列车控制工况转移规则和步骤S4中的有效状态空间域，输出最优协同多列车三维轨迹。