基于速度集的高速动车组运行能耗优化操纵模型及算法-论文.pdf

《基于速度集的高速动车组运行能耗优化操纵模型及算法-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第35卷，第3期中国铁道科学VoI．35No．32014年5月CHINARAILWAYSCIENCEMay。2014文章编号：10Ol一4632(2014)03-0107—06基于速度集的高速动车组运行能耗优化操纵模型及算法牟瑞芳，肖琴杰(西南交通大学交通运输与物流学院，I~lJtl成都610031)摘要：分析高速动车组的运行过程，针对基于最大值原理的传统最优经济算法未考虑限速工况这一不足加以改进，建立以给定区间运行时间、距离及限速等为约束条件的高速动车组运行能耗优化操纵模型，将求解高速动车组运行能耗最小值问题转化为寻找满足约束条件的高速动车组目标速度值及为实现这一目标值而操纵高

2、速动车组以不同速度运行的速度集合，并据此制定高速动车组的优化操纵方案。改进的优化经济算法按照坡道、曲线、隧道和限速等特征以及线路化简条件将运行区间划分为若干子区间，并根据目标速度值和约束条件得到高速动车组在各个子区间内对应的速度，构成速度集合；在模型中引入拉格朗日乘子和惩罚项，消除时间、距离和限速约束条件，利用广义乘子法搜索目标速度值及对应的速度集合，将优化高速动车组运行能耗的有约束非线性规划求解问题转化为无约束极值求解问题。仿真结果表明：与传统最优经济算法比较，使用改进的优化经济算法不但计算速度更快，而且以此制定的高速动车组最优操纵方案能够进一步降低运行能耗(约2)，实际操纵也

3、更简便。关键词：速度集；运行能耗；操纵模型；限制速度；广义乘子法；高速动车组中图分类号：U268文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn~1001—4632．2014．03．17国内外学者对列车节能操纵的研究[14]大体上况这一不足加以改进，建立以给定区间运行时间、可分为3类[5]：①给出不同牵引级位的总控制集距离及限速等为约束条件的高速动车组运行能耗优合，建立基于离散控制的运行能耗模型[6；②将局化操纵模型；将求解高速动车组运行能耗最小值问部优化计算推广至全局寻优[7；③考虑定时约束条题转化为寻找能够满足约束条件的高速动车组目标件下的列车节能运行算法，利用计算机仿真进

4、行模速度值及为实现这一目标值而操纵高速动车组以不拟[8]。但是这些节能操纵研究多是关于内燃机车和同速度运行的速度集合，并据此制定高速动车组的优化操纵方案。电力机车的。随着我国高速铁路的快速发展，高速动车组的运行能耗也逐渐攀升。因此，研究高速动车组运行的能耗优化问题具有重要的现实意义。1运行过程分析高速动车组在区间内按给定的运行时间运行时高速动车组运行应在安全、准时的基础上兼顾会受到各种约束，其运行能耗的最优化本质上就是节能和舒适。运行过程中高速动车组通过受电弓自非线性、有约束的动态优化问题。考虑到操纵方式接触网获取运行所需能量，除去能量传输过程中不的多变性，仅用列车工况转换点集合

5、并不能精确反可避免的损失和保证旅客乘坐舒适性的能耗外，运映高速动车组的实际运行过程，而应将列车工况转行能耗主要用于克服基本运行阻力做功、克服运行换点与具体操纵方式相结合，才对列车的实际操纵附加阻力做功和保证列车按规定速度运行做功，即有更好的理论指导意义。本文通过分解高速动车组的运行过程，并针对(+w附+△E动+r)E：—三——————————————————一(1)基于最大值原理的传统最优经济算法未考虑限速工收稿日期：2013-05-20~修订日期：2014-02—17基金项目：铁道部科技研究开发计划项目(2o11zo02一F)作者简介：牟瑞芳(1962一)，男，山东栖霞人，教授

6、，博士研究生导师。中国铁道科学第35卷式中：s为高速动车组的运行距离；E为总运行能分别为传统和改进算法对应的目标速度；S限为耗；W基为单位距离内克服基本运行阻力做功，是高速动车组的限速区间里程长度。高速动车组基本阻力F与做功距离的乘积，且由图1看出：为解决按限速运行时出现的高速F为运行速度的二次三项式；为单位距离内动车组速度突变问题，应调整高速动车组在s限前克服运行附加阻力做功，它与高速动车组运行中所后子区间内的运行速度，以保证其运行的平稳性。处位置的坡度i有关；△El动为单位距离内高速动车组动能变化量，它与运行速度的变化趋势有2模型的建立关；r和77分别为单位距离内高速动车组的

7、自身能耗和能耗转换效率。2．1区间划分由于高速动车组的自身能耗r和能耗转换效率由于高速动车组运行附加阻力与所处位置的坡刁为定值，不随操纵方式的改变而变化，因此对本度i有关，故运行区间可根据坡道、曲线和隧道的文的研究结果并无影响，故以下讨论中暂不考虑，参数以及限速的大小初步划分为若干子区间(其中则式(1)可表示为任意一个数值发生变化即进行一次划分)。为便于E一[F(v)As+附()+AEa(口)](2)计算，在此基础上进行线路化简，即若某几个连续S子区间内的坡道方向一致，且满足式(