[发明专利]一种城轨列车牵引能耗一体化仿真优化系统

说明书

本发明提供了一种城轨列车牵引能耗一体化仿真优化系统，包括：列车运行图仿真优化子系统，用于优化及绘制出列车运行图，并根据运行图提取出列车在线路区间运行时分数据；列车运行速度曲线仿真优化子系统，用于根据车辆、线路、提取运行图中的区间运行时分数据对列车的在站间的驾驶控制进行仿真模拟及优化，并对列车速度曲线进行显示和性能分析；列车牵引供电能耗仿真子系统，用于根据列车驾驶控制数据及运行图数据进行单车和多车运行能耗运算，并将运算结果输出。本发明根据多列车运行数据在牵引供电系统的仿真，得出相应时间段内的系统总能耗；对列车运行图和速度曲线的进行节能优化。

技术领域

本发明涉及列车运行组织领域，列车运行控制系统领域，以及列车牵引供电领域，尤其涉及一种城轨列车牵引能耗一体化仿真优化系统。

背景技术

城市轨道交通是城市耗电大户，城市轨道交通的能耗来源主要有牵引能耗、通风空调、电扶梯和排水照明等方面。列车牵引能耗作为城市轨道交通系统中能耗比例最大的一部分，主要用于为系统内移动的列车提供电能。因此，减少列车运行牵引能耗也是目前城市轨道交通节能的重要研究方向之一。

城轨列车在实施牵引的过程中，从牵引供电网获得电能，部分电能损失在变压器、换流器、电机和变速器中，部分电能克服牵引过程中的阻力，其余转化为列车的动能。在列车的制动过程中，现代大部分城轨列车都具再生制动能力，即采用电制动的方式，在向列车提供了制动力的同时，把电动机转化成发电机使用，将列车的动能转化成电能。这部分再生能可以利用储能装置存储起来以供其他用电设备使用或通过电网传送给其他列车使用。使用再生制动的车辆仍然会有传统的空气制动方式，以在电制动不足或低速运行时提供制动力。实现减少城轨列车牵引能耗的主要方式就是减少列车牵引能量消耗和增加再生制动能量的利用率。

列车运行过程中，其牵引能耗主要与列车实施的牵引力、牵引的位置、以及牵引距离直接相关。对于给定的线路，城轨列车的速度曲线决定了实施的各运行工况、工况的序列、以及工况间的转换点。因此对于给定的站间和运行时间，列车在站间的速度曲线决定了其站间的牵引能耗。通过合理优化列车在站间的速度曲线，可以有效减少列车牵引能耗。同时，列车运行时分是列车牵引能耗的决定因素，在某一个站间的运行时分越长，对应的站间运行能耗越小。而列车运行图决定了列车在各个站间的运行时分，因此列车的牵引能耗也与列车运行图相关。

对于再生制动能量的回收和利用，主要分为列车间直接利用和通过储能装置存储两种方式。列车间直接利用的方式是将制动列车产生的再生制动能量直接传递给相邻的牵引列车使用。为了减少再生能量传递过程中的损失，一般需要列车在同一时刻的位置相近，这些由列车运行图决定；另外需要相邻列车具有匹配的运行工况(牵引和制动同时实施)，这与列车运行速度曲线相关。因此，再生制动能量的利用同时与列车速度曲线和运行图相关。

综上所述，可以通过结合列车运行速度曲线和列车运行图的一体化优化的方法能有效减少城轨列车牵引供电能耗，实现节能减排。

现有技术中主要集中于对单辆列车运行速度曲线的优化，和对总站间运行时间的分配上，并已有成熟的算法和程序，而从整个城轨系统出发的节能研究较少。而对于现有技术中对列车运行图和速度曲线一体化优化的方法研究中，在精细化建模方面都专注于单辆列车牵引能耗分析，没有关于仿真技术验证理论的模型。

发明内容

本发明提供了一种城轨列车牵引能耗一体化仿真优化系统，在对城轨列车的牵引供电能耗的仿真上，主要根据列车实时输出的牵引、制动功率、沿线变电所提供的电压和最大电功率，计算出城轨系统沿线供电电流、电压、和瞬时功率，并根据各变电所的瞬时功率在时间上的积分得出相应时间段内城轨系统的总能耗，并据此通过优化列车运行图和速度曲线，以有效减少城轨列车牵引供电能耗，实现节能减排。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。