[發明專利]一種基于多目標粒子群算法的列車節能運行方法

在審

• 申請號: 202010193898.4
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111460633A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 張永;謝志鴻;左婷婷;劉自力;單梁;邢宗義
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06N3/00;G06F111/06;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種基于多目標粒子群算法的列車節能運行方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：設置列車運營環境參數，包括線路數據、列車數據、運營數據；

步驟2：建立列車運動學模型及牽引能耗計算方法；

步驟3：以牽引能耗和運行時間為優化目標，建立列車能耗多目標優化模型；

步驟4：采用多目標粒子群算法對優化模型進行求解，得到列車在單區間內牽引能耗和運行時間的多組非劣解；

步驟5：計算列車在全線各區間的牽引能耗與運行時間非劣解，并采用動態規劃法選取各區間的最優解，使得在滿足規定運行時間的要求下，列車全線能耗最小。

2.根據權利要求1所述的基于多目標粒子群算法的列車節能運行方法，其特征在于，步驟1所述線路數據包括車站位置及站間距離、線路曲率半徑、線路臨時限速、線路坡道的數據；列車數據包括列車牽引力、制動力、列車最大運行速度及加速度、列車質量的數據；運營數據包括列車各站間運行時間、計劃發車間隔以及停站時間。

3.根據權利要求1所述的基于多目標粒子群算法的列車節能運行方法，其特征在于，步驟2所述列車運動學模型包括列車牽引力、制動力、基本阻力以及附加阻力的計算方法，通過計算列車牽引力做功，計算列車的牽引能耗，公式如下：

P_i＝F_i·v_i＝M·a_i·v_i

E_i＝P_i·Δt

其中，P_i表示牽引力在i時段內的平均功率，單位kW/h；E_i表示牽引力在i時段內所做的功，單位kJ；F_i表示列車在i時段內的平均牽引力，單位kN；M表示列車質量，a_i表示列車在i時段內的平均加速度，v_i表示列車在i時段內的平均速度，Δt表示單位時間。

4.根據權利要求1所述的基于多目標粒子群算法的列車節能運行方法，其特征在于，步驟3所述列車能耗多目標優化模型包括牽引能耗及運行時間兩個優化目標，以及包括速度約束、停車精度約束、舒適度約束的多個約束條件；

步驟3.1、建立優化目標

(1)能耗優化目標

列車的站間運行能耗f_E用下式計算：

式中，E_i表示第i個時間段內列車的牽引能量消耗，n表示列車運行時間被劃分成的時間間隔數；

列車產生牽引能量消耗只存在于牽引工況和巡航工況，因此在計算牽引能量時，只需考慮這兩個運行區間的能耗；

上式中，P_i表示第i個時間段內列車的平均牽引功率，F_i表示i時間段內列車的平均牽引力，v_i為i時間段內列車的平均速度；

(2)時間優化目標

在對地鐵列車能耗進行優化的同時，考慮到地鐵運行時間能否滿足時刻表的要求，時間優化評價指標f_T用下式進行計算：

式中T_i表示每一個離散的時間間隔，表示站間運行的總時間，T_p表示列車站間計劃運行時間；

該目標函數為列車實際運行時間與計劃運行時間的差值，該值越小則代表列車實際運行時間越貼近計劃運行時間；

步驟3.2、建立約束條件

(1)速度約束

列車運行過程中，速度不能超過所處線路規定的限速值v_max，限速值不是一個恒定值，隨著線路條件的改變而改變，所以列車在任一時刻的速度v應滿足：

v＜v_max

(2)停車精度約束

停車精度的約束條件為：

|S-S_p|≤25/100

其中S表示列車的實際停車位置，S_p表示目標停車點，|S-S_p|越小代表列車的停車精度越高；

(3)舒適度約束

采用列車的加速度變化率衡量運行的平穩程度，約束條件為：

a_i≤a_max

其中，a_i為列車任一時刻的加速度值，a_max表示列車所能提供的最大加速度，a₁,a₂為t₁,t₂時刻列車的加速度值，σ,為列車加速度變化率最小和最大的臨界值。