[发明专利]轨道交通系统列车运行能效研究方法

摘要

本发明基于列车各运行工况动力学差分方程，建立了列车运行能耗和能效计算方法，并在该计算方法的基础上，提出一种基于列车运行工况时空优化的列车运行能效仿真方法。其主要特征，主要包括：1)建立了按区间、列车、线路和整个轨道交通运输系统的列车运行能效计算层次架构，列车运行能耗和能效计算方法基于该层次架构，由下而上、由微观到宏观顺序展开；2)列车运行能耗和能效计算，不仅能够反映列车的满载率、轻量化对列车运行能耗和能效的影响，而且与列车行为细节密切相关，可以在各运行工况能耗计算结果的基础上，进行列车运行能耗和能效分析，并给出具体的节能措施建议。

主权项

1.一种基于列车各运行工况动力学差分方程的列车运行能效研究方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)建立列车运行能效的计算公式。列车运行能效，可定义为“单位能耗拉多少人(货)跑多少路”。其计算公式如下：式中，e表示列车运行能效，N表示列车运输的旅客总人数或货物的总重量，S表示列车运行的总距离，E表示列车完成运输任务的总能耗。2)针对具体线路、具体列车、具体运行区间，统计运输的旅客总人数或货物的总重量Ni,j.q和列车运行距离Si,j,q，计算列车在各区间运行过程中具体能耗Ei,j,q。其中i,j,q分别表示线路编号、列车编号和区间编号，假定0≤i≤m，0≤j≤ni，0≤q≤wi,j，m、ni、wi,j分别为线路数量、第i条线路的列车数量和该线路上第j趟列车的运行区间数量。列车在各区间运行过程中具体能耗Ei,j,q的计算公式，遵循以下步骤确定：Step1：建立列车各运行工况下动力学行为差分模型。Step2：运用所建立的列车在各工况条件下行为调整的差分模型，建立列车运行于各区间的具体能耗Ei,j,q的计算公式.其中,各区间满载率变化、列车轻量化和列车行为细节对列车运行能耗的影响，能够通过Ei,j,q的计算过程和结果得到反映。3)在区间列车运行能耗计算公式的基础上，确定按每趟列车、每条线路和整个轨道交通运输系统，顺序计算列车运行消耗的总电能的计算公式。4)然后，确定按列车运行各区间、每趟列车、每条线路和整个轨道交通运输系统，分别计算列车运行能效的计算公式。5)将整个轨道交通运输系统的最优能效eOptimal初始化为0，即eOptimal＝0。6)计算每条线路每趟列车的行为细节：以vC为列车最高运行速度，vC*＝vC，随机生成vA、vB、vD、vE，并满足vA＜vB＜vC、vE＜vD＜vC约束条件(A、B、C、C*、D、E为恒力矩区、恒功率区、自然特性区、匀速运行区、惰行区、再生制动区和空气制动区的分界点，见说明书图1所示)，然后以列车运行的区间长度为约束条件，运用步骤2)中的Step1确定的各工况下列车行为计算的差分方程，计算列车在各工况下每个采样周期的牵引力、制动力、加速度、速度、运行时间、运行距离等参数。7)顺序执行步骤3)和步骤4)确定的各级总电能和各级能效计算公式，计算得到列车运行各区间、每趟列车、每条线路和整个轨道交通运输系统的能耗和能效。8)将整个轨道交通运输系统能效e的计算结果与最优能效e_Optimal相比较，保留能效高的列控方案并更新e_Optimal。转步骤6)，共循环计算次。根据均匀分布的规律，确保能够通过仿真得到可接受的“最优解”，的取值所遵循的规则为“保证仿真得到‘可接受的最优解’的期望值E(accepted optimal solution)≥1”，即可得9)取能效高的列控与行车组织方案为最优方案。