[发明专利]一种基于动态规划和时间分配的列车运行节能方法

权利要求书

1.一种基于动态规划和时间分配的列车运行节能方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：基于列车运行过程受力分析，结合动态规划原理，建立列车牵引能耗多阶段计算模型；

步骤S2：以阶段能耗和时间的加权作为优化目标函数，采用二分法搜索固定时间的区间运行曲线；

步骤S3：将步骤S2中所得固定时间的区间运行曲线输入步骤S1建立的牵引能耗多阶段计算模型，获得各区间不同运行时间下相应的牵引能耗；

步骤S4：基于最小二乘法，拟合出不同区间的时间能耗反比例特征曲线；

步骤S5：计算各区间最短运行时间，和计划运行时间对比得到冗余时间T，离散化冗余时间，将冗余时间等间隔划分为n段，每一段为一个时间单元ΔT；

步骤S6：建立基于时间分配的多区间运行曲线协同优化模型；

步骤S7：取一个时间单元预分配到所有区间；

步骤S8：对比各区间新运行时间和原运行时间下的能耗，最终将该时间单元分配到能耗变化量最大的区间；

步骤S9：更新区间运行时间和冗余时间，若冗余时间T已全部分配，则分配结束进入步骤S10，否则跳转至步骤S7；

步骤S10：将步骤S9中冗余时间分配结果输入到ATS系统，编制新的节能运行图。

2.根据权利要求1所述的基于动态规划和时间分配的列车运行节能方法，其特征在于，步骤S1所述列车运行过程受力包括列车牵引力、制动力、坡道阻力、弯道阻力和基本阻力。

3.根据权利要求1所述的基于动态规划和时间分配的列车运行节能方法，其特征在于，步骤S1所述建立列车牵引能耗多阶段计算模型是基于位置的单质点模型，具体如下：

步骤101：以Δs作为分段间距，将整个区间等间隔划分为许多份子区间，s_k为其中一份子区间，假设在子区间s_k内，列车加速度恒定，且线路的坡道值、弯道值不变，则在任意子区间s_k内有

式中，v_k为列车在子区间s_k内的起点速度；v_k+1为列车在子区间s_k内的终点速度；a_k,k+1为列车在子区间s_k内运行的加速度；t_k,k+1为列车在子区间s_k内运行所用的时间；

步骤102：若列车在子区间s_k内惰行，则惰行加速度为：

式中，ρ为列车质量的旋转因子；g为列车所受重力加速度，单位为m/s²；ω₀为列车的单位基本阻力，单位为kN/N；ω_i为列车的单位坡道阻力，上坡为正，下坡为负，单位为kN/N；ω_r为列车的单位弯道阻力，单位为kN/N；

步骤103：若则在区间s_k内列车牵引力发挥作用，列车的牵引能耗为：

式中，为列车在子区间s_k内运行的牵引耗能，单位为焦耳；M为列车质量，单位为吨；

步骤104：若则在区间s_k内列车制动力发挥作用，假设制动电阻耗能为零，则列车的制动馈能为：

式中，为列车在子区间s_k内运行的制动馈能，单位为焦耳；

步骤105：若则在区间s_k内列车惰行，列车的惰行能耗为：

式中，为列车在子区间s_k内运行的惰行能耗；

步骤106：T为列车在整个区间运行耗时，单位为秒；E为列车在整个区间运行的牵引能耗，单位为焦耳；T、E的计算公式如下：