[发明专利]一种能量受限且时间自由的列车运行优化方法

权利要求书

1.一种能量受限且时间自由的列车运行优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：采集列车的基本数据、列车的状态信息、线路的基本数据、辅助系统能耗的基本数据和车载储能系统状态的基本数据；

S2：基于列车的基本数据、列车的状态信息、线路的基本数据和辅助系统能耗的基本数据，将列车行驶的前方车站或救援站作为停车目标站，利用惰性节能策略获取最低累计能耗的列车运行速度曲线；

所述步骤S2包括以下子步骤：

S21：将列车行驶的前方车站或救援站作为停车目标站，根据列车的状态信息和辅助系统能耗的基本数据，构建累计能耗最小模型；

S22：设定恒速速度步长，并确定对应恒速速度等级和对应恒速速度；

S23：根据列车的基本数据和不同的恒速速度对应的恒速工况，计算牵引恒速制动曲线，并将牵引恒速制动曲线的牵引工况作为起始点，制动工况作为结束点，将牵引恒速制动曲线划分为若干个子区间；

S24：在各个子区间设置惰行起点，并根据惰行起点添加惰行工况；

S25：基于累计能耗最小模型，遍历各个惰行起点，根据列车的状态信息和线路的基本数据，计算添加惰行工况后的列车运行速度曲线及对应的累计能耗；

S26：判断是否遍历完所有惰行起点，若是则进入步骤S27，否则返回步骤S25；

S27：将遍历完所有惰行起点得到的列车运行速度曲线中累计能耗最小的曲线作为最节能速度曲线；

S28：遍历各个速度等级，并判断是否遍历完所有的速度等级，若是则进入步骤S29，否则返回步骤S22；

S29：将遍历完所有速度等级得到的列车运行速度曲线中累计能耗最小的曲线作为最低累计能耗的列车运行速度曲线；

S3：根据最低累计能耗的列车运行速度曲线，判断最低累计能耗是否小于列车电池剩余电量，若是则进入步骤S4，否则进入步骤S5；

S4：将最低累计能耗的列车运行速度曲线作为最低累计能耗的列车运行速度优化曲线，完成列车优化运行；

S5：将列车电池剩余电量作为约束条件，利用恒速惰行策略获取最远运行距离的列车运行速度优化曲线，完成列车优化运行。

2.根据权利要求1所述的能量受限且时间自由的列车运行优化方法，其特征在于，所述步骤S1中，列车的基本数据包括车重和牵引制动特性；

列车的状态信息包括列车运行速度和列车所处位置；

线路的基本数据包括车站公里标、限速、坡度和曲线；

辅助系统能耗的基本数据包括辅助系统功率；

车载储能系统的基本数据包括车载储能系统容量、列车电池剩余电量和放电特性。

3.根据权利要求1所述的能量受限且时间自由的列车运行优化方法，其特征在于，所述步骤S21中，累计能耗最小模型minE的表达式为：

minE＝E_t+E_aux

E_t＝∫F(t)ds

其中，E表示列车运行过程的总能耗，E_t表示列车的牵引能耗，E_aux表示列车的辅助能耗，F(t)表示列车施加的牵引力，P_aux(t)表示辅助系统功率，v(t)表示列车运行速度。

4.根据权利要求2所述的能量受限且时间自由的列车运行优化方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下子步骤：

S51：根据列车电池剩余电量，构建列车电量约束模型；

S52：设定恒速速度步长，并确定对应恒速速度等级和对应恒速速度；

S53：根据车载储能系统的基本数据和不同的恒速速度对应的恒速工况，计算不同恒速速度等级下的列车运行速度曲线，并将列车运行速度曲线的牵引工况作为起始点，列车恒速运行至列车剩余电池电量耗尽作为结束点，将列车运行速度曲线划分为若干个子区间；

S54：在各个子区间内添加惰性工况，遍历各个恒速速度等级，并更新添加惰性工况后的列车运行速度曲线，确定更新后的列车运行速度曲线的运行距离；

S55：判断是否遍历完所有恒速速度等级，若是则进入步骤S56，否则返回步骤S54；

S56：将所有恒速速度等级中运行距离最远的列车运行速度曲线作为最远运行距离的列车运行速度优化曲线。

5.根据权利要求4所述的能量受限且时间自由的列车运行优化方法，其特征在于，所述步骤S51中，列车电量约束模型E'的表达式为：

E'≤E_battery

其中，E_battery表示列车电池剩余能量。