考虑系统运行能耗与乘客出行时间的地铁列车操纵和时刻表优化研究
发布时间：2021-12-27 17:55
降低列车运行能耗和提高乘客服务水平是保证城市轨道交通可持续发展的关键。本文以节能和提高服务水平为目标研究了城市轨道交通列车操纵和时刻表的优化问题。首先,通过优化列车在给定时刻表和线路条件下的区间运行操纵方案,降低单列车牵引能耗。随后在单列车节能操纵的基础上,考虑再生制动能的利用,优化列车时刻表使系统运行能耗最小。最后,在对时刻表进行节能优化的同时考虑乘客等待时间和乘客在车时间的变化,从能耗和服务水平两个角度对时刻表进行优化。主要研究内容及结论如下:（1）针对传统的单列车节能操纵方法（最大牵引-巡航-惰行-最大制动）在长大下坡区段可能长时间制动维持巡航的问题,本文对不同操纵工况间的转换机制进行了优化。以牵引能耗最小为优化目标建立了单列车节能操纵模型,针对该模型解空间较小且精度要求较高的特点,设计了一种基于Brute Force的精确求解算法。案例分析表明,在长大下坡道区间,本文操纵模型与既有研究相比有显著的节能效果。参数灵敏度分析发现,本文操纵模型在低限速、大下坡和较短运行时分的条件下节能效果尤为明显。（2）系统运行能耗是列车消耗的牵引能减去利用的再生能,因此牵引能耗最低的运行策略并不能...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１．北京市地铁运营线路和里程变化图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ?ｍｉｌｅａｇｅ?ｏｆ?Ｂｅｉｊｉｎｇ?Ｍｅｔｒｏ??
２．１．１地铁列车受力分析??列车在运行过程中所受的力可以分为三个部分，分别是牵引力、制动力和阻??力，如图２－２所示。列车在运行过程中制动力和牵引力不会同时出现，运行阻力是??多种阻力的合力，其数值可能为正也可能为负，表明运行阻力可能有助于列车加??速也可能倾向于让列车减速。由于列车在运行过程中受到多方面外力的影响，其??相互作用关系相对复杂，为了简化计算，本文在地铁受力分析中将列车假设为一??个有质量的质点。在建立地铁列车运动学方程之前，首先对牵引力、制动力及运??行阻力的含义和计算方法进行说明。??列车运行方向?一一一一一一、??制动力＋运行阻力＾????坡度???图２－２列车受力分析??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?Ｆｏｒｃｅ?ａｎａｌｙｓｉｓ?ｏｆ?ａ?ｍｅｔｒｏ?ｔｒａｉｎ??（ｉ）牵引力??牵引力是指车辆动力装置通过消耗电能产生的内力经过动力转动系统在轮周??上形成切线方向的力，再通过轮轨间黏着形成滚动摩擦，最终由钢轨反作用于轮??周并驱使列车运动的外力。牵引力的大小与列车本身的牵引特性有关，一般与列??车运行速度和牵引手柄所在的级位有关，每一个手柄级位会对应一条牵引特性曲??线
图２－１０节能率随富余运行时分变化趋势图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１０?Ｅｎｅｒｇｙ?ｓａｖｉｎｇ?ｒａｔｅｓ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｒｕｎｎｉｎｇ?ｔｉｍｅ??当限速为８０１ｍ／ｈ或９０ｋｍ／ｈ时，节能率呈现先增加后减少的变化趋势，最后与??标准四阶段法的能耗相同。该结果提示我们改进操纵方法的节能效果与运行时分??有关，将列车在区间二的富余运行时分调整为４％，此时两种操纵方法下的列车速??度位移曲线如图２－１１所示。由图２－１１可见：改进操纵方法采用２次惰行和２次巡??航，相比标准四阶段可以更加充分地利用坡道势能为列车提速，从而减少牵引工??况的持续时间，实现节能；但随着富余时分的持续增加，标准四阶段法中惰行工??况所占的比例将增加，因此改进操纵方法的节能效果逐渐减小？，富余时分增加到??一定程度后２种操纵方法所得列车速度位移曲线会重合，其牵引能耗也相同。??２１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速列车多区间节能操纵优化研究[J]. 麻存瑞,毛保华,柏赟,王敏,李佳杰,杨彦强. 交通运输系统工程与信息. 2018(05)
[2]城市轨道交通列车时刻表与车底运用整合优化模型[J]. 姚宇,朱晓宁,康柳江,廖正文. 交通运输系统工程与信息. 2018(01)
[3]基于动态可达性的城轨末班车时刻表优化[J]. 姚恩建,刘文婷,刘莎莎,杨扬. 华南理工大学学报(自然科学版). 2018(01)
[4]网络化运营条件下城市轨道交通末班车时刻表优化研究[J]. 殷瑞琴,张星臣,陈军华,徐彬,王志美. 铁道运输与经济. 2017(11)
[5]城市轨道交通追踪列车定时节能操纵优化[J]. 陈志杰,毛保华,柏赟,陈绍宽,史芮嘉. 铁道学报. 2017(08)
[6]现代有轨电车时刻表与操纵节能协同优化[J]. 李佳杰,柏赟,邱宇,曹耘文,贾文峥. 铁道科学与工程学报. 2017(07)
[7]基于客流需求的城际列车时刻表模型改进研究[J]. 李得伟,丁世顺,张琦,李姗. 交通运输系统工程与信息. 2017(03)
[8]高速铁路长大下坡地段列车运行速度相关问题研究[J]. 张守帅,田长海. 中国铁道科学. 2017(03)
[9]城市轨道交通末班车时段时刻表协同优化研究[J]. 宁丽巧,赵鹏,徐文恺,乔珂,姚向明. 交通运输系统工程与信息. 2016(06)
[10]面向节能的城轨列车区间运行时分优化研究[J]. 李姗,苗建瑞,孟令云,从景帅,张延军. 铁道科学与工程学报. 2016(08)
博士论文
[1]列车节能操纵理论模型与参数标定方法研究[D]. 周方明.北京交通大学 2010
硕士论文
[1]基于再生制动的地铁列车时刻表优化模型与算法研究[D]. 赵乐.北京交通大学 2014
本文编号：3552446
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１．北京市地铁运营线路和里程变化图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ?ｍｉｌｅａｇｅ?ｏｆ?Ｂｅｉｊｉｎｇ?Ｍｅｔｒｏ??
２．１．１地铁列车受力分析??列车在运行过程中所受的力可以分为三个部分，分别是牵引力、制动力和阻??力，如图２－２所示。列车在运行过程中制动力和牵引力不会同时出现，运行阻力是??多种阻力的合力，其数值可能为正也可能为负，表明运行阻力可能有助于列车加??速也可能倾向于让列车减速。由于列车在运行过程中受到多方面外力的影响，其??相互作用关系相对复杂，为了简化计算，本文在地铁受力分析中将列车假设为一??个有质量的质点。在建立地铁列车运动学方程之前，首先对牵引力、制动力及运??行阻力的含义和计算方法进行说明。??列车运行方向?一一一一一一、??制动力＋运行阻力＾????坡度???图２－２列车受力分析??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?Ｆｏｒｃｅ?ａｎａｌｙｓｉｓ?ｏｆ?ａ?ｍｅｔｒｏ?ｔｒａｉｎ??（ｉ）牵引力??牵引力是指车辆动力装置通过消耗电能产生的内力经过动力转动系统在轮周??上形成切线方向的力，再通过轮轨间黏着形成滚动摩擦，最终由钢轨反作用于轮??周并驱使列车运动的外力。牵引力的大小与列车本身的牵引特性有关，一般与列??车运行速度和牵引手柄所在的级位有关，每一个手柄级位会对应一条牵引特性曲??线
图２－１０节能率随富余运行时分变化趋势图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１０?Ｅｎｅｒｇｙ?ｓａｖｉｎｇ?ｒａｔｅｓ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｒｕｎｎｉｎｇ?ｔｉｍｅ??当限速为８０１ｍ／ｈ或９０ｋｍ／ｈ时，节能率呈现先增加后减少的变化趋势，最后与??标准四阶段法的能耗相同。该结果提示我们改进操纵方法的节能效果与运行时分??有关，将列车在区间二的富余运行时分调整为４％，此时两种操纵方法下的列车速??度位移曲线如图２－１１所示。由图２－１１可见：改进操纵方法采用２次惰行和２次巡??航，相比标准四阶段可以更加充分地利用坡道势能为列车提速，从而减少牵引工??况的持续时间，实现节能；但随着富余时分的持续增加，标准四阶段法中惰行工??况所占的比例将增加，因此改进操纵方法的节能效果逐渐减小？，富余时分增加到??一定程度后２种操纵方法所得列车速度位移曲线会重合，其牵引能耗也相同。??２１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速列车多区间节能操纵优化研究[J]. 麻存瑞,毛保华,柏赟,王敏,李佳杰,杨彦强. 交通运输系统工程与信息. 2018(05)
[2]城市轨道交通列车时刻表与车底运用整合优化模型[J]. 姚宇,朱晓宁,康柳江,廖正文. 交通运输系统工程与信息. 2018(01)
[3]基于动态可达性的城轨末班车时刻表优化[J]. 姚恩建,刘文婷,刘莎莎,杨扬. 华南理工大学学报(自然科学版). 2018(01)
[4]网络化运营条件下城市轨道交通末班车时刻表优化研究[J]. 殷瑞琴,张星臣,陈军华,徐彬,王志美. 铁道运输与经济. 2017(11)
[5]城市轨道交通追踪列车定时节能操纵优化[J]. 陈志杰,毛保华,柏赟,陈绍宽,史芮嘉. 铁道学报. 2017(08)
[6]现代有轨电车时刻表与操纵节能协同优化[J]. 李佳杰,柏赟,邱宇,曹耘文,贾文峥. 铁道科学与工程学报. 2017(07)
[7]基于客流需求的城际列车时刻表模型改进研究[J]. 李得伟,丁世顺,张琦,李姗. 交通运输系统工程与信息. 2017(03)
[8]高速铁路长大下坡地段列车运行速度相关问题研究[J]. 张守帅,田长海. 中国铁道科学. 2017(03)
[9]城市轨道交通末班车时段时刻表协同优化研究[J]. 宁丽巧,赵鹏,徐文恺,乔珂,姚向明. 交通运输系统工程与信息. 2016(06)
[10]面向节能的城轨列车区间运行时分优化研究[J]. 李姗,苗建瑞,孟令云,从景帅,张延军. 铁道科学与工程学报. 2016(08)
博士论文
[1]列车节能操纵理论模型与参数标定方法研究[D]. 周方明.北京交通大学 2010
硕士论文
[1]基于再生制动的地铁列车时刻表优化模型与算法研究[D]. 赵乐.北京交通大学 2014
本文编号：3552446
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