[發(fā)明專(zhuān)利]基于生物地理算法的地鐵列車(chē)節(jié)能運(yùn)行優(yōu)化方法與系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711060491.9
• 申請(qǐng)日: 2017-11-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107704975A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦斌;王欣;梁楓
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖南工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06Q10/04
• 分類(lèi)號(hào): G06Q10/04;G06Q50/30
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種軌道交通列車(chē)運(yùn)行節(jié)能的優(yōu)化方法，具體的說(shuō)，涉及一種基于生物地理算法的地鐵列車(chē)節(jié)能運(yùn)行優(yōu)化方法。

2背景技術(shù)

牽引變電站將33kV三相交流電壓經(jīng)24脈波整流形成1500V直流電壓為列車(chē)供電，列車(chē)?yán)檬茈姽蚪佑|軌得到牽引電壓來(lái)進(jìn)行站間牽引運(yùn)行，整個(gè)站間運(yùn)行過(guò)程根據(jù)工況轉(zhuǎn)換點(diǎn)的個(gè)數(shù)和位置來(lái)調(diào)整，不同的調(diào)整方案得到不同的速度運(yùn)行曲線。

在多列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，列車(chē)制動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生再生制動(dòng)能量回饋到電網(wǎng)或者第三軌，為在同一供電區(qū)同一時(shí)刻的牽引列車(chē)提供能量。調(diào)整列車(chē)的運(yùn)行時(shí)間和停站時(shí)間，得到同一供電區(qū)同一時(shí)刻進(jìn)出站的列車(chē)的數(shù)量不同。

在單列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，由于列車(chē)運(yùn)行方式的不同，使得列車(chē)運(yùn)行時(shí)的能耗有所不同；在多列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，由于列車(chē)的運(yùn)行時(shí)間和停站時(shí)間的不同，使得在同一供電區(qū)同一時(shí)刻的制動(dòng)產(chǎn)生的再生能量利用率不同。如何節(jié)省列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中的能耗，使能耗達(dá)到最小，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本成為了控制領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要考慮的問(wèn)題。

3發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題：列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程受到影響的因素很多，以及會(huì)出現(xiàn)的很多不確定因素，會(huì)導(dǎo)致能耗有不必要的損失。然而往往優(yōu)化的過(guò)程都是獨(dú)立的，優(yōu)化的情況也比較單一，對(duì)于高維度的優(yōu)化目標(biāo)也沒(méi)有有效的解決方案。對(duì)于站間運(yùn)行的列車(chē)來(lái)說(shuō)，難以保證參數(shù)的準(zhǔn)確性，從而難以保證節(jié)能優(yōu)化的效果。

技術(shù)方案：為了克服上述問(wèn)題，將一種新的智能算法生物地理算法與軌道交通列車(chē)運(yùn)行兩階段節(jié)能優(yōu)化結(jié)合起來(lái)，即在第一階段優(yōu)化速度工況曲線，將優(yōu)化后的速度工況曲線運(yùn)用到第二階段多列車(chē)運(yùn)行上，調(diào)整優(yōu)化列車(chē)的停站時(shí)刻表。這樣既彌補(bǔ)了傳統(tǒng)智能算法的不足，也滿(mǎn)足了列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中更有效的節(jié)能。在保證列車(chē)正常運(yùn)行的同時(shí)也達(dá)到了節(jié)能的目的。

本發(fā)明提出的一種基于生物地理算法的軌道交通節(jié)能運(yùn)行優(yōu)化方案，其特征在于以生物地理算法為基礎(chǔ)，將列車(chē)兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的過(guò)程結(jié)合起來(lái)。在確保準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)的條件下，將第一階段的列車(chē)速度工況曲線優(yōu)化，以工況轉(zhuǎn)換點(diǎn)的個(gè)數(shù)和位置作為變量，得到優(yōu)化后的速度優(yōu)化曲線，最終達(dá)到節(jié)能優(yōu)化的效果；將列車(chē)在站間運(yùn)行的速度曲線運(yùn)用到多列車(chē)運(yùn)行中，通過(guò)改變調(diào)整列車(chē)在站點(diǎn)的停站時(shí)間，使在統(tǒng)一供電區(qū)同一時(shí)刻有更多的列車(chē)進(jìn)出站，最終使再生制動(dòng)能量能得到充分利用，達(dá)到節(jié)能效果。

階段1：列車(chē)選擇工況運(yùn)行的目標(biāo)是在列車(chē)正常運(yùn)行情況下，在一個(gè)站間運(yùn)行時(shí)，改變列車(chē)的工況速度曲線，每種運(yùn)行方案可以得到相應(yīng)的能耗值，實(shí)現(xiàn)列車(chē)耗能的最小化。優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)可以描述為：

式中，T_i為區(qū)間i時(shí)刻表要求的列車(chē)運(yùn)行時(shí)間，單位為s；E(T_i)為列車(chē)實(shí)際運(yùn)行能耗，單位為kw·h；S_i為站間的列車(chē)運(yùn)行的實(shí)際距離，單位為m；T_s為優(yōu)化后列車(chē)實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，單位為s；E_s為優(yōu)化后列車(chē)運(yùn)行能耗，單位為kw·h；S_S為優(yōu)化后的列車(chē)運(yùn)行距離，單位為m。

式中，a+b+c＝1。a為列車(chē)運(yùn)行時(shí)間的權(quán)重，b為列車(chē)運(yùn)行能耗的權(quán)重，c為列車(chē)運(yùn)行距離的權(quán)重。d為列車(chē)運(yùn)行晚點(diǎn)的懲罰因子，e為列車(chē)運(yùn)行距離差距的懲罰因子，a、b和c的取值根據(jù)實(shí)際問(wèn)題的需求而設(shè)定，它們的取值取決于對(duì)運(yùn)行時(shí)間的準(zhǔn)點(diǎn)要求，運(yùn)行能耗的最小要求和運(yùn)行距離的精度要求。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)。

速度曲線優(yōu)化模型的約束條件

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)