面向節(jié)能減排的列車運(yùn)行控制模型和算法研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展概念的提出，我國鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)在建設(shè)運(yùn)營方面在取得巨大成就的同時(shí)，也面臨著其他交通方式的競(jìng)爭(zhēng)和節(jié)能減排的多重壓力。在整個(gè)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中，列車運(yùn)行產(chǎn)生的能耗和排放占有較大的比重，對(duì)企業(yè)經(jīng)營成本和外部環(huán)境質(zhì)量有直接影響，因此有必要從節(jié)能減排角度對(duì)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行深入研究。本文在總結(jié)歸納列車運(yùn)行能耗和排放特點(diǎn)及規(guī)律的基礎(chǔ)上，從列車運(yùn)行的操縱控制和組織管理兩個(gè)層面建立了面向節(jié)能減排的各種優(yōu)化模型并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的

2、算法，希望相關(guān)研究有助于鐵路運(yùn)輸企業(yè)節(jié)約能耗、降低成本以提高自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)也有利于促進(jìn)企業(yè)履行社會(huì)責(zé)任，落實(shí)可持續(xù)發(fā)展的理念。
　　論文研究工作的貢獻(xiàn)和創(chuàng)新主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:
　　1.基于列車運(yùn)行工況序列的列車能耗模型，應(yīng)用粒子群算法對(duì)模型進(jìn)行了求解。模擬算例的結(jié)果表明，在迭代次數(shù)相同情況下，粒子群算法相比于傳統(tǒng)的遺傳算法在求解效率上更高，計(jì)算時(shí)間平均減少40％，且優(yōu)化結(jié)果并不遜色，為其他列車運(yùn)行節(jié)能模型的求解

3、提供參考和借鑒。
　　2.根據(jù)功率守恒的原理，在列車運(yùn)行油耗模型的基礎(chǔ)上，從最優(yōu)控制角度提出了內(nèi)燃機(jī)車牽引運(yùn)行排放的操縱控制模型。利用Lagrange算法對(duì)三個(gè)模擬算例進(jìn)行了求解和比較分析，結(jié)果表明列車運(yùn)行過程中的牽引能耗最小并不一定意味著燃油和排放最小，在理論上指出了能耗和排放之間不完全等價(jià)的關(guān)系。
　　3.利用不確定規(guī)劃理論，提出了編組站調(diào)車場(chǎng)內(nèi)內(nèi)燃機(jī)車牽引運(yùn)行減排效率控制的隨機(jī)機(jī)會(huì)約束優(yōu)化模型，并將隨機(jī)模擬和智能算法相

4、結(jié)合，設(shè)計(jì)了求解模型的雙層混合智能算法。模擬算例結(jié)果表明，當(dāng)主要污染物PM減排效率控制在36.6％、NOx控制在48.4％時(shí)，應(yīng)用相應(yīng)減排技術(shù)的內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)行成本期望值最小。
　　4.從機(jī)車與線路匹配角度，建立了鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中貨物列車運(yùn)行控制的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型并設(shè)計(jì)了基于擴(kuò)展ε-constraint的求解算法。模擬算例表明所提出的模型和算法能夠從總體上把握列車運(yùn)行的能耗和排放總量，節(jié)能減排的效果可達(dá)14％左右。
　　5.從機(jī)

5、車與車輛匹配角度，提出了旅客列車節(jié)能減排運(yùn)行調(diào)度管理中的多目標(biāo)優(yōu)化模型并設(shè)計(jì)了模糊多目標(biāo)優(yōu)化算法。模擬算例對(duì)不同情景下列車運(yùn)行的節(jié)能效果進(jìn)行了優(yōu)化和比較分析，表明不同機(jī)車牽引的列車可能達(dá)到的節(jié)能效果為10％左右。
　　6.利用時(shí)空網(wǎng)絡(luò)模型，提出了基于列車時(shí)刻表的城際列車節(jié)能運(yùn)行控制的多目標(biāo)優(yōu)化模型和算法。通過模擬算例對(duì)模型進(jìn)行求解比較，并利用目標(biāo)函數(shù)加權(quán)法對(duì)多目標(biāo)模型進(jìn)行優(yōu)化分析，結(jié)果表明合理調(diào)配車底有助于列車節(jié)能運(yùn)行，節(jié)能效果為