基于能耗和服務(wù)質(zhì)量的高速鐵路列車速度曲線優(yōu)化研究.pdf

1、隨著全球資源日益匱乏和環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，能源利用的問題也得到了越來越多的重視。鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)若想可持續(xù)發(fā)展并取得較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，更應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)能源消耗問題的關(guān)注。雖然鐵路與其他交通方式相比，具有低能耗、少污染、大運(yùn)量等特點(diǎn)，但由于中國高速鐵路發(fā)展迅速，列車運(yùn)行速度大幅提高、運(yùn)量快速增漲、運(yùn)行里程逐年增加，對(duì)鐵路系統(tǒng)的能耗問題也提出了新的挑戰(zhàn)。目前，國家“十三五”發(fā)展規(guī)劃明確將節(jié)能環(huán)保寫入國家戰(zhàn)略層面，因此，研究如何降低鐵路能耗問題已刻不

2、容緩。
　　本文主要以列車速度曲線理論為基礎(chǔ)，結(jié)合高速鐵路列車運(yùn)行環(huán)境及特點(diǎn)，在站間運(yùn)行時(shí)間可接受范圍內(nèi)研究如何優(yōu)化列車速度曲線，從而降低列車運(yùn)行過程中的能量消耗。具體的，從單車速度曲線優(yōu)化和協(xié)同列車的再生制動(dòng)速度曲線優(yōu)化兩個(gè)角度，探討了列車速度曲線優(yōu)化問題的模型和算法。開展的研究工作如下:
　　(1)分析能量在鐵路系統(tǒng)中的消耗分布情況及其影響因素。數(shù)據(jù)顯示列車運(yùn)行能耗占整個(gè)系統(tǒng)耗能的80％，因此列車運(yùn)行能耗的節(jié)能潛力巨大，

3、進(jìn)而引出如何優(yōu)化列車速度曲線來達(dá)到節(jié)能的目的。通過結(jié)合ATO系統(tǒng)的控制特點(diǎn)，進(jìn)一步分析了鐵路列車節(jié)能速度曲線的實(shí)際應(yīng)用問題。
　　(2)同一列車在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)行駛一定的運(yùn)輸距離存在多種不同的控制策略，即速度曲線不同，而不同的控制策略直接導(dǎo)致了列車運(yùn)行能耗的不同。因此，本文采用列車不同的檔位分析牽引和減速過程，從而設(shè)計(jì)和優(yōu)化了鐵路上的列車速度。在此基礎(chǔ)上，本文還加入了對(duì)于列車控制策略中變換速度時(shí)位置點(diǎn)選取的研究。
　　

4、(3)由于列車在運(yùn)行過程中所處物理環(huán)境（如線路坡度、曲線半徑等）的不同導(dǎo)致在整個(gè)線路中的限速區(qū)間的差異。因此，本文加入對(duì)線路環(huán)境的考慮，對(duì)限速區(qū)間進(jìn)行了不同的分割以達(dá)到滿足線路要求的列車速度曲線。
　　(4)能量消耗和列車旅行時(shí)間是評(píng)價(jià)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)有效性的兩個(gè)性能指標(biāo)?；诖?，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)雙目標(biāo)數(shù)學(xué)模型以最小化能量消耗和列車旅行時(shí)間。同時(shí)，采用不確定理論中的隸屬度函數(shù)來使得能耗和旅行時(shí)間達(dá)到一個(gè)滿意度的平衡。對(duì)于兩個(gè)目標(biāo)具有相等

5、滿意程度的最優(yōu)列車速度曲線，應(yīng)用模糊線性規(guī)劃的方法重新建立目標(biāo)。
　　(5)在考慮再生制動(dòng)條件下，基于單列車站間速度優(yōu)化曲線的模型，本論文研究了列車協(xié)同優(yōu)化的速度曲線問題，即在發(fā)車時(shí)間間隔不同的情況下，對(duì)列車速度曲線進(jìn)行優(yōu)化以達(dá)到更好地利用再生制動(dòng)能量的目的，從而使得站間實(shí)際能耗與實(shí)際運(yùn)行時(shí)間達(dá)到滿意度的平衡。
　　(6)基于上述所建立的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)改進(jìn)的遺傳算法來尋找最優(yōu)解?；诰虺请H運(yùn)行數(shù)據(jù)將優(yōu)化前后的控制策略進(jìn)