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

1、隨著社會經濟的快速發(fā)展，城市軌道交通作為交通運輸行業(yè)的一大組成部分，也得到了飛速發(fā)展。目前我國多個大中型城市均在進行城市軌道交通項目的建設，未來數年將是城市軌道交通發(fā)展的黃金時期。論文在借鑒前人研究成果的基礎上，就城市軌道列車運行過程優(yōu)化和牽引供電計算展開深入研究。列車運行過程優(yōu)化提供單一列車在線路上運行時的優(yōu)化操縱策略，并給出列車位置、取流、功率等隨時間的變化關系。牽引供電計算模擬多列車在線路上運行時的牽引網網壓、整流變電所負荷過程等

2、。列車運行過程優(yōu)化有助于提高列車控制水平，在保證服務質量的同時降低運行能耗。牽引供電計算是城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)設計的重要依據。列車運行過程仿真為牽引供電計算提供基礎數據；牽引供電計算的結果可檢驗行車計劃是否合理。列車運行過程模擬與牽引供電計算可模擬城市軌道交通的實際運行過程，在電氣化設計階段，進行這種仿真可根據供電設施的設計情況確定線路通過能力，或根據仿真結果對牽引供電系統(tǒng)進行尋優(yōu)設計。
　　 論文的研究內容主要包括以下幾個

3、方面：
　　 1.通過建立定時約束條件下的最小能量控制模型，采用Pontryagain極小值原理推導了城市軌道列車節(jié)能操縱策略的組成。提出了一種變長實矩陣編碼的多種群遺傳算法進行列車節(jié)能運行優(yōu)化：采用多質點的列車牽引仿真器模擬列車運行；對列車運行控制序列采用變長實數矩陣編碼；引入基于退火選擇的變長算子以增強算法的全局搜索能力；適應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，增強尋優(yōu)過程的穩(wěn)定性。
　　 2.針對城

4、市軌道直流牽引供電系統(tǒng)仿真，將交流系統(tǒng)側等效至整流機組內阻后，采用由接觸網、鋼軌、雜散電流收集網和大地組成的四層網絡模型，將全線直流牽引網模擬成一個完整的動態(tài)網絡。整流機組采用多段折線的外特性模型，該模型將整流機組正常運行、制動電阻投入、牽引網短路時的外特性統(tǒng)一，通過迭代試算的方法確定其工作區(qū)間，可較準確的仿真直流牽引供電系統(tǒng)接觸網、鋼軌、雜散電流收集網電位，泄漏電流以及變電所負荷曲線等。
　　 3.城市軌道牽引供電計算一般將交

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

6、運行的時間-位置曲線構建列車位置的概率分布，根據行車組織建立列車發(fā)車間隔的概率分布，應用蒙特卡洛仿真，隨機抽樣確定多列車在線路上的位置和功率分布，通過牽引供電計算，獲得城軌牽引供電系統(tǒng)節(jié)點電壓和功率的概率分布函數。采用該方法可為城軌牽引供電系統(tǒng)的設計和運營提供綜合地指導和評價。
　　 5.在列車運行優(yōu)化及牽引供電計算研究的基礎上，使用統(tǒng)一建模語言(Unified Modeling Language，簡稱UML)，對城軌牽引供電仿