城市軌道交通列車運(yùn)行過程優(yōu)化及牽引供電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市軌道交通作為交通運(yùn)輸行業(yè)的一大組成部分，也得到了飛速發(fā)展。目前我國(guó)多個(gè)大中型城市均在進(jìn)行城市軌道交通項(xiàng)目的建設(shè)，未來數(shù)年將是城市軌道交通發(fā)展的黃金時(shí)期。論文在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，就城市軌道列車運(yùn)行過程優(yōu)化和牽引供電計(jì)算展開深入研究。列車運(yùn)行過程優(yōu)化提供單一列車在線路上運(yùn)行時(shí)的優(yōu)化操縱策略，并給出列車位置、取流、功率等隨時(shí)間的變化關(guān)系。牽引供電計(jì)算模擬多列車在線路上運(yùn)行時(shí)的牽引網(wǎng)網(wǎng)壓、整流變電所負(fù)荷過程等

2、。列車運(yùn)行過程優(yōu)化有助于提高列車控制水平，在保證服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)降低運(yùn)行能耗。牽引供電計(jì)算是城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。列車運(yùn)行過程仿真為牽引供電計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；牽引供電計(jì)算的結(jié)果可檢驗(yàn)行車計(jì)劃是否合理。列車運(yùn)行過程模擬與牽引供電計(jì)算可模擬城市軌道交通的實(shí)際運(yùn)行過程，在電氣化設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行這種仿真可根據(jù)供電設(shè)施的設(shè)計(jì)情況確定線路通過能力，或根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行尋優(yōu)設(shè)計(jì)。
　　 論文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)

3、方面：
　　 1.通過建立定時(shí)約束條件下的最小能量控制模型，采用Pontryagain極小值原理推導(dǎo)了城市軌道列車節(jié)能操縱策略的組成。提出了一種變長(zhǎng)實(shí)矩陣編碼的多種群遺傳算法進(jìn)行列車節(jié)能運(yùn)行優(yōu)化：采用多質(zhì)點(diǎn)的列車牽引仿真器模擬列車運(yùn)行；對(duì)列車運(yùn)行控制序列采用變長(zhǎng)實(shí)數(shù)矩陣編碼；引入基于退火選擇的變長(zhǎng)算子以增強(qiáng)算法的全局搜索能力；適應(yīng)值共享保持種群的多樣性；多種群并行尋優(yōu)提高收斂速度，增強(qiáng)尋優(yōu)過程的穩(wěn)定性。
　　 2.針對(duì)城

4、市軌道直流牽引供電系統(tǒng)仿真，將交流系統(tǒng)側(cè)等效至整流機(jī)組內(nèi)阻后，采用由接觸網(wǎng)、鋼軌、雜散電流收集網(wǎng)和大地組成的四層網(wǎng)絡(luò)模型，將全線直流牽引網(wǎng)模擬成一個(gè)完整的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)。整流機(jī)組采用多段折線的外特性模型，該模型將整流機(jī)組正常運(yùn)行、制動(dòng)電阻投入、牽引網(wǎng)短路時(shí)的外特性統(tǒng)一，通過迭代試算的方法確定其工作區(qū)間，可較準(zhǔn)確的仿真直流牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)、鋼軌、雜散電流收集網(wǎng)電位，泄漏電流以及變電所負(fù)荷曲線等。
　　 3.城市軌道牽引供電計(jì)算一般將交

5、流系統(tǒng)等效至直流側(cè)進(jìn)行計(jì)算或者交直流側(cè)分開迭代，簡(jiǎn)化了交直流系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系，在一定程度上影響計(jì)算的精度。論文探討了一種基于整流機(jī)組模型的城軌牽引供電系統(tǒng)交直流統(tǒng)一的牽引供電計(jì)算方法，并采用改進(jìn)的牛頓-拉夫遜法和高斯-賽德爾法求解，利用-10節(jié)點(diǎn)直流牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　 4.列車運(yùn)行過程存在一定的隨機(jī)性，牽引供電網(wǎng)絡(luò)中潮流分布具有隨機(jī)不確定性。論文提出一種基于蒙特卡洛模擬的城軌牽引供電系統(tǒng)概率潮流計(jì)算方法。該方法通過列車

6、運(yùn)行的時(shí)間-位置曲線構(gòu)建列車位置的概率分布，根據(jù)行車組織建立列車發(fā)車間隔的概率分布，應(yīng)用蒙特卡洛仿真，隨機(jī)抽樣確定多列車在線路上的位置和功率分布，通過牽引供電計(jì)算，獲得城軌牽引供電系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓和功率的概率分布函數(shù)。采用該方法可為城軌牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)提供綜合地指導(dǎo)和評(píng)價(jià)。
　　 5.在列車運(yùn)行優(yōu)化及牽引供電計(jì)算研究的基礎(chǔ)上，使用統(tǒng)一建模語(yǔ)言(Unified Modeling Language，簡(jiǎn)稱UML)，對(duì)城軌牽引供電仿