中速磁浮节能运行图优化方法研究

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时速200km/h的中速磁浮列车是一种新型的交通方式,具有快速、方便、绿色、环境适应性强等特点,在未来轨道交通方式中具有广阔的应用前景。中速磁浮列车在运行过程中需消耗大量电能,降低磁浮运行能耗是减少运营成本的关键所在。而运行图是列车运行遵循的基本依据,直接影响列车的运行能耗。故本文结合中速磁浮特性,对中速磁浮列车运行图的节能优化方法展开研究,主要工作包括以下几个方面:(1)分析了中速磁浮节能运行的相关问题。首先,介绍了影响中速磁浮运行的主要因素,包括供电分区、辅助停车区等,确定了其与列车追踪间隔、运行速度之间的关联关系;其次,构建了中速磁浮单车运行的动力学方程,确定了中速磁浮列车节能运行工况及其转换序列;然后,综合考虑供电分区和辅助停车区的影响,确定了中速磁浮多车运行的区间追踪策略以及追踪状态转移过程。(2)构建了中速磁浮单车节能速度曲线优化模型,并结合Pareto最优法进行求解。首先,结合辅助停车区这一中速磁浮特性,提出一种先以运行线路参数为依据划分场景,然后在特定场景中以双限速度防护曲线的临界点为依据进一步细分区间的建模思想,进而构建了满足目标运行时间约束下的多区间中速磁浮列车速度曲线节能优化模型,并给出了一种基于不同工况转换点的求解思路,以及多区间列车节能速度曲线的Pareto优化方法。(3)构建了中速磁浮节能运行图优化模型,并提出了一种基于遗传算法的优化方法。首先,考虑中速磁浮多车追踪策略以及中速磁浮列车运行过程中涉及的能耗,包括牵引能耗、悬浮能耗、再生制动能量等,在单车速度曲线节能优化的基础上构建了中速磁浮节能运行图优化模型,从运行图层面和列车节能操纵层面共同优化磁浮列车运行能耗,然后通过遗传算法优化发车间隔和站间运行时分,以实现节能目标。(4)结合算例验证了中速磁浮单车速度曲线节能优化模型和中速磁浮节能运行图优化模型的正确性及优化方法的有效性。首先,通过中速磁浮线路区段算例对中速磁浮单车速度曲线节能优化模型的正确性进行了验证,仿真结果表明,本文优化方法对比现有列车速度曲线节能优化方法,其针对磁浮列车运行的适用性和优化效果更好;其次,通过多站间中速磁浮线路算例对中速磁浮列车运行图节能优化模型的正确性及有效性进行了验证,结果表明,相对于仅仅优化发车间隔的方案,通过同时优化发车间隔和站间运行时分使中速磁浮节能效率提升了0.10%,节能优化效果更好。
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