城軌交通優(yōu)化操縱與行車調(diào)度綜合節(jié)能控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及城市軌道交通車輛節(jié)能控制的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種集優(yōu)化操縱與 行車調(diào)度的城市軌道交通車輛節(jié)能控制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 2015年政府工作報告指出進(jìn)一步提升節(jié)能環(huán)保意識，把節(jié)能環(huán)保作為我國一項重 大科技攻關(guān)，加速我國企業(yè)節(jié)能環(huán)保轉(zhuǎn)型，把節(jié)能環(huán)保技術(shù)列入我國企業(yè)核心競爭力。而鐵 路運輸部門作為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中至關(guān)重要的運輸服務(wù)提供商，因較其他交通運輸工具具有 運量大、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好等諸多優(yōu)勢，發(fā)展前景越發(fā)廣闊。但是鐵路部門在提供快捷服務(wù)的 同時，其運輸過程中會消耗大量能源，因此有必要提高其能源利用效率，以更好地發(fā)揮鐵路 部門的運輸服務(wù)優(yōu)勢，尤其是近年來，隨著我國鐵路與城市軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展以及 鐵路改革的不斷深化，鐵路部門作為一個重要的運輸服務(wù)提供商，同市場其他運營主體一 樣，具有不斷降低成本、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、爭取經(jīng)濟(jì)利潤最大化的使命和責(zé)任。與此同時，鐵路 運輸量的逐年增長以及我國鐵路的大面積提速，列車行駛速度、牽引重量、運營密度不斷提 高，其消耗的能源迅速增加。如何保證列車安全、舒適、準(zhǔn)點運行的同時，最大限度的減少能 源消耗，降低運營成本，不僅符合我國鐵路運輸發(fā)展的實際需要，也是響應(yīng)國家構(gòu)建資源節(jié) 約型、環(huán)境友好型社會的必然要求，因此對其進(jìn)行節(jié)能研究具有重要意義。車輛設(shè)備和基礎(chǔ) 設(shè)施技術(shù)的改善需要長時間和高投資，因此限制了列車節(jié)能運行。而改善列車節(jié)能優(yōu)化操 縱方法以提高能源使用效率的短期或中期策略則無需高投資，因此在一定的牽引機(jī)車、車 輛、線路等硬件環(huán)境下和既定的運行圖、列車編組計劃等運營管理狀況下，探索列車運行能 耗計算方法，以尋找機(jī)車最優(yōu)操縱方式，是一條經(jīng)濟(jì)有效且直接可行的節(jié)能途徑。
[0003] 目前，國內(nèi)外鐵路科研工作者針對列車節(jié)能優(yōu)化操縱方法的研究主要集中在列車 節(jié)能控制與再生制動領(lǐng)域，而綜合考慮列車優(yōu)化操縱與行車調(diào)度的節(jié)能控制方法的研究較 少。2014年印度學(xué)者Nirmala通過構(gòu)造列車車次、路線、運輸網(wǎng)絡(luò)的0D矩陣，建立了列車調(diào)度 的優(yōu)化模型，并采用遺傳算法求解以達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。2014年日本鐵道技術(shù)研究所 Tomoyuki等人通過探索列車再生制動能量損失的節(jié)能驅(qū)動進(jìn)而尋找有效的列車節(jié)能運行 方法。2013年法國學(xué)者Chevrier等人采用雙目標(biāo)計算方法計算選擇最佳鐵路調(diào)度時間表， 從而達(dá)到列車節(jié)能運行的目的。2012年西班牙學(xué)者Peiia通過設(shè)計列車行車調(diào)度時刻表，進(jìn) 而確定同一供電區(qū)間內(nèi)軌道車輛制動時間和列車加速時間的最大重疊時間，提高列車再生 能量利用率。2012年西班牙學(xué)者Cucala基于遺傳算法，以列車運行延時的不確定性和準(zhǔn)點 運行因素為模糊參數(shù)，建立了列車運行調(diào)度的時間表優(yōu)化的模糊線性規(guī)劃模型。在國內(nèi)， 2013年北京交通大學(xué)通過對單車節(jié)能和多車協(xié)同利用再生能量進(jìn)行一體化設(shè)計，提出了降 低系統(tǒng)總能耗的時刻表制定方法。
[0004] 但是，現(xiàn)有技術(shù)中列車行車調(diào)度中不能建立有效的單車節(jié)能、多車協(xié)同利用再生 制動能量的列車行車控制節(jié)能時刻表的缺點。
[0005] 公開于該【背景技術(shù)】部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng) 當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種城軌交通優(yōu)化操縱與行車調(diào)度綜合節(jié)能控制方法，從 而克服現(xiàn)有技術(shù)中列車行車調(diào)度中不能建立有效的單車節(jié)能、多車協(xié)同利用再生制動能量 的列車行車控制節(jié)能時刻表的缺點。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種城軌交通優(yōu)化操縱與行車調(diào)度綜合節(jié)能控制 方法，包括:根據(jù)列車運行線路采集列車調(diào)度信息、列車運行參數(shù)和列車路況信息，所述列 車調(diào)度信息包括:列車運行數(shù)量、列車發(fā)車間隔、準(zhǔn)點時間及站間距離，所述列車運行參數(shù) 包括:最大允許速度、最大允許加速度及列車重量，所述列車路況信息包括:坡度、坡道距起 點距離、坡道長度、彎道長度及彎道距起點距離;將列車運行線路隔斷分解成多個區(qū)段，各 個相鄰所述區(qū)段之間的銜接點處的速度相同，根據(jù)每個所述區(qū)段的列車路況信息獲取至少 一個加速階段和至少一個再生制動階段，以對應(yīng)獲得每個所述區(qū)段的至少一個加速點和至 少一個再生制動點;根據(jù)多個所述區(qū)段中的至少一個加速點和至少一個再生制動點與列車 發(fā)車間隔、列車運行數(shù)量建立N個行車調(diào)度控制序列，根據(jù)N個行車調(diào)度控制序列構(gòu)建N個行 車調(diào)度控制模型；計算每個行車調(diào)度控制模型的總能耗，以獲得最低總能耗對應(yīng)的行車調(diào) 度控制模型;根據(jù)最低總能耗對應(yīng)的行車調(diào)度控制模型獲取行車調(diào)度控制時刻表。
[0008] 優(yōu)選地，上述方案技術(shù)中，所述行車調(diào)度控制模型Μ為：
[0009]
_^tnax
[0010] 其中，aqn為加速度，且aqn < amax; Vbk為加速后的最佳勾速速度，且Vbk < Vbmax; Vwn為經(jīng) 過彎道后的速度，且v? < Vmax; aQn為第二次加速度，且aQn < amax; VBk為第二次加速后的最佳勻 速速度，且VBk < Vbmax ; Vdn為再生制動后的速度，且Vdy < vmax ; η為將加速度、速度允許范圍內(nèi) 分解出的總數(shù)量;Tmin為列車發(fā)車最小間隔時間；Imax為列車發(fā)車最大間隔時間；r是極小實 數(shù)，為列車發(fā)車間隔分解系數(shù)，可根據(jù)具體路況和計算精度調(diào)整;a max為最大加速度，Vbmax為 最大運行速度，Vmax為最大減速后速度。
[0011]優(yōu)選地，上述方案技術(shù)中，根據(jù)最低總能耗對應(yīng)的行車調(diào)度控制模型獲取行車調(diào) 度控制時刻表具體包括:根據(jù)所述列車運行數(shù)量協(xié)同多個所述區(qū)段的至少一個再生制動 階段建立再生制動能量模型;根據(jù)再生制動能量模型獲得再生制動能量利用率;根據(jù)再生 制動能量利用率，結(jié)合列車運行參數(shù)和最低總能耗對應(yīng)的行車調(diào)度控制模型建立滿足約束 條件的行車調(diào)度控制時刻表。
[0012]優(yōu)選地，上述方案技術(shù)中，所述再生制動能量Jz為：
[0013]
[0014] 式中，Vy為彎道限速，Vk為空氣制動速度，r(v) =a+bv+cv2(a，b，c為列車運行阻力 系數(shù)），Δ ty+l = ty+l_ty(y = 〇，1，2,…），Δ tu+l = tu+l-tu(U = 0，1，2，…）。
[0015] 優(yōu)選地，上述方案技術(shù)中，所述約束條件包括:距離約束條件、準(zhǔn)點時間約束條件 及距離時間約束條件；
[0016] 所述距離約束條件為:s(t，a，v)=S
[0017] 所述準(zhǔn)點時間約束條件為:T(t，a，vHT
[0018] 所述距離時間約束條件為：
[0019]
[0020] 其中，S和T
分別為列車準(zhǔn)點時間和站間距離，S (t，a，v)為列車根據(jù)某一列車控制 序列行駛時的行駛距離，T(t，a，v)為列車根據(jù)某一列車控制序列行駛時的行駛時間，T min， Tmax分別表示列車發(fā)車間隔的下限、上限;t_，tmax分別表示停站時間的下限、上限。
[0021] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種城軌交通優(yōu)化操縱與行車調(diào)度綜合節(jié)能控制裝 置，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中列車行車調(diào)度中不能建立有效的單車節(jié)能、多車協(xié)同利用再生制 動能量的列車行車控制節(jié)能時刻表的缺點。
[0022] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種城軌交通優(yōu)化操縱與行車調(diào)度綜合節(jié)能控制 裝置，包括:數(shù)據(jù)采集模塊，用于根據(jù)列車運行線路采集列車調(diào)度信息、列車運行參數(shù)和列 車路況信息，所述列車調(diào)度信息包括:列車運行數(shù)量、列車發(fā)車間隔、準(zhǔn)點時間及站間距離， 所述列車運行參數(shù)包括:最大允許速度、最大允許加速度及列車重量，所述列車路況信息包 括:坡度、坡道距起點距離、坡道長度、彎道長度及彎道距起點距離;參數(shù)獲取模塊，用于將 列車運行線路隔斷分解成多個區(qū)段，各個相鄰所述區(qū)段之間的銜接點處的速度相同，根據(jù) 每個所述區(qū)段的列車路況信息獲取至少一個加速階段和至少一個再生制動階段，以對應(yīng)獲 得每個所述區(qū)段的至少一個加速點和至少一個再生制動點；模型建立模塊，用于根據(jù)多個 所述區(qū)段中的至少一個加速點和至少一個再生制動點與列車發(fā)車間隔、列車運行數(shù)量建立 N個行車調(diào)度控制序列，根據(jù)N個行車調(diào)度控制序列構(gòu)建N個行車調(diào)度控制模型;能耗計算模 塊，用于計算每個行車調(diào)度控制模型的總能耗，以獲得最低總能耗對應(yīng)的行車調(diào)度控制模 型；時刻表輸出模塊，用于根據(jù)最低總能耗對應(yīng)的行車調(diào)度控制模型獲取行車調(diào)度控制時 刻表。
[0023] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述行車調(diào)度控制模型Μ為：
[0025] 其中，aqn為加速度，且aqn < amax; Vbk為加速后的最佳勾速速度，且Vbk < Vbmax; Vwn為經(jīng) 過彎道后的速度，且v? < Vmax; aQn為第二次加速度，且aQn < amax; VBk為第二次加速后的最佳勻 速速度，且VBk < Vbmax ; Vdn為再生制動后的速度，且Vdy < Vmax ; η為將加速度、速度允許范圍內(nèi) 分解出的總數(shù)量;Tmin為列車發(fā)車最小間隔時間；Imax為列車發(fā)車最大間隔時間；Γ是極小實 數(shù)，為列車發(fā)車間隔分解系數(shù)，可根據(jù)具體路況和計算精度調(diào)整