[发明专利]基于生物地理算法的地铁列车节能运行优化方法与系统

说明书

1技术领域

本发明涉及的是一种轨道交通列车运行节能的优化方法，具体的说，涉及一种基于生物地理算法的地铁列车节能运行优化方法。

2背景技术

牵引变电站将33kV三相交流电压经24脉波整流形成1500V直流电压为列车供电，列车利用受电弓或接触轨得到牵引电压来进行站间牵引运行，整个站间运行过程根据工况转换点的个数和位置来调整，不同的调整方案得到不同的速度运行曲线。

在多列车运行过程中，列车制动时，产生再生制动能量回馈到电网或者第三轨，为在同一供电区同一时刻的牵引列车提供能量。调整列车的运行时间和停站时间，得到同一供电区同一时刻进出站的列车的数量不同。

在单列车运行过程中，由于列车运行方式的不同，使得列车运行时的能耗有所不同；在多列车运行过程中，由于列车的运行时间和停站时间的不同，使得在同一供电区同一时刻的制动产生的再生能量利用率不同。如何节省列车在运行过程中的能耗，使能耗达到最小，节约经济成本成为了控制领域技术人员目前需要考虑的问题。

3发明内容

技术问题：列车在运行过程受到影响的因素很多，以及会出现的很多不确定因素，会导致能耗有不必要的损失。然而往往优化的过程都是独立的，优化的情况也比较单一，对于高维度的优化目标也没有有效的解决方案。对于站间运行的列车来说，难以保证参数的准确性，从而难以保证节能优化的效果。

技术方案：为了克服上述问题，将一种新的智能算法生物地理算法与轨道交通列车运行两阶段节能优化结合起来，即在第一阶段优化速度工况曲线，将优化后的速度工况曲线运用到第二阶段多列车运行上，调整优化列车的停站时刻表。这样既弥补了传统智能算法的不足，也满足了列车在运行过程中更有效的节能。在保证列车正常运行的同时也达到了节能的目的。

本发明提出的一种基于生物地理算法的轨道交通节能运行优化方案，其特征在于以生物地理算法为基础，将列车两个独立运行的过程结合起来。在确保准时准点的条件下，将第一阶段的列车速度工况曲线优化，以工况转换点的个数和位置作为变量，得到优化后的速度优化曲线，最终达到节能优化的效果；将列车在站间运行的速度曲线运用到多列车运行中，通过改变调整列车在站点的停站时间，使在统一供电区同一时刻有更多的列车进出站，最终使再生制动能量能得到充分利用，达到节能效果。

阶段1：列车选择工况运行的目标是在列车正常运行情况下，在一个站间运行时，改变列车的工况速度曲线，每种运行方案可以得到相应的能耗值，实现列车耗能的最小化。优化模型的目标函数可以描述为：

式中，T_i为区间i时刻表要求的列车运行时间，单位为s；E(T_i)为列车实际运行能耗，单位为kw·h；S_i为站间的列车运行的实际距离，单位为m；T_s为优化后列车实际运行时间，单位为s；E_s为优化后列车运行能耗，单位为kw·h；S_S为优化后的列车运行距离，单位为m。

式中，a+b+c＝1。a为列车运行时间的权重，b为列车运行能耗的权重，c为列车运行距离的权重。d为列车运行晚点的惩罚因子，e为列车运行距离差距的惩罚因子，a、b和c的取值根据实际问题的需求而设定，它们的取值取决于对运行时间的准点要求，运行能耗的最小要求和运行距离的精度要求。根据相关文献。

速度曲线优化模型的约束条件

T_s≤T_i(2)

D₁≥l_coast(3)

D_i-1≤D_i(4)

v₀＝0，v_n＝0，0≤v_i≤v_max(5)

a_i≤a_max(7)