[發明專利]一種能量受限且時間自由的列車運行優化方法

有效

• 申請號: 202110582464.8
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113135208B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 孫鵬飛;付程成;王青元;馮曉云;朱雨桐;劉偉志
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B61L27/00
• 分類號: B61L27/00
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊

1.一種能量受限且時間自由的列車運行優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：采集列車的基本數據、列車的狀態信息、線路的基本數據、輔助系統能耗的基本數據和車載儲能系統狀態的基本數據；

S2：基于列車的基本數據、列車的狀態信息、線路的基本數據和輔助系統能耗的基本數據，將列車行駛的前方車站或救援站作為停車目標站，利用惰性節能策略獲取最低累計能耗的列車運行速度曲線；

所述步驟S2包括以下子步驟：

S21：將列車行駛的前方車站或救援站作為停車目標站，根據列車的狀態信息和輔助系統能耗的基本數據，構建累計能耗最小模型；

S22：設定恒速速度步長，并確定對應恒速速度等級和對應恒速速度；

S23：根據列車的基本數據和不同的恒速速度對應的恒速工況，計算牽引恒速制動曲線，并將牽引恒速制動曲線的牽引工況作為起始點，制動工況作為結束點，將牽引恒速制動曲線劃分為若干個子區間；

S24：在各個子區間設置惰行起點，并根據惰行起點添加惰行工況；

S25：基于累計能耗最小模型，遍歷各個惰行起點，根據列車的狀態信息和線路的基本數據，計算添加惰行工況后的列車運行速度曲線及對應的累計能耗；

S26：判斷是否遍歷完所有惰行起點，若是則進入步驟S27，否則返回步驟S25；

S27：將遍歷完所有惰行起點得到的列車運行速度曲線中累計能耗最小的曲線作為最節能速度曲線；

S28：遍歷各個速度等級，并判斷是否遍歷完所有的速度等級，若是則進入步驟S29，否則返回步驟S22；

S29：將遍歷完所有速度等級得到的列車運行速度曲線中累計能耗最小的曲線作為最低累計能耗的列車運行速度曲線；

S3：根據最低累計能耗的列車運行速度曲線，判斷最低累計能耗是否小于列車電池剩余電量，若是則進入步驟S4，否則進入步驟S5；

S4：將最低累計能耗的列車運行速度曲線作為最低累計能耗的列車運行速度優化曲線，完成列車優化運行；

S5：將列車電池剩余電量作為約束條件，利用恒速惰行策略獲取最遠運行距離的列車運行速度優化曲線，完成列車優化運行。

2.根據權利要求1所述的能量受限且時間自由的列車運行優化方法，其特征在于，所述步驟S1中，列車的基本數據包括車重和牽引制動特性；

列車的狀態信息包括列車運行速度和列車所處位置；

線路的基本數據包括車站公里標、限速、坡度和曲線；

輔助系統能耗的基本數據包括輔助系統功率；

車載儲能系統的基本數據包括車載儲能系統容量、列車電池剩余電量和放電特性。

3.根據權利要求1所述的能量受限且時間自由的列車運行優化方法，其特征在于，所述步驟S21中，累計能耗最小模型minE的表達式為：

minE＝E_t+E_aux

E_t＝∫F(t)ds

其中，E表示列車運行過程的總能耗，E_t表示列車的牽引能耗，E_aux表示列車的輔助能耗，F(t)表示列車施加的牽引力，P_aux(t)表示輔助系統功率，v(t)表示列車運行速度。

4.根據權利要求2所述的能量受限且時間自由的列車運行優化方法，其特征在于，所述步驟S5包括以下子步驟：

S51：根據列車電池剩余電量，構建列車電量約束模型；

S52：設定恒速速度步長，并確定對應恒速速度等級和對應恒速速度；

S53：根據車載儲能系統的基本數據和不同的恒速速度對應的恒速工況，計算不同恒速速度等級下的列車運行速度曲線，并將列車運行速度曲線的牽引工況作為起始點，列車恒速運行至列車剩余電池電量耗盡作為結束點，將列車運行速度曲線劃分為若干個子區間；

S54：在各個子區間內添加惰性工況，遍歷各個恒速速度等級，并更新添加惰性工況后的列車運行速度曲線，確定更新后的列車運行速度曲線的運行距離；

S55：判斷是否遍歷完所有恒速速度等級，若是則進入步驟S56，否則返回步驟S54；

S56：將所有恒速速度等級中運行距離最遠的列車運行速度曲線作為最遠運行距離的列車運行速度優化曲線。

5.根據權利要求4所述的能量受限且時間自由的列車運行優化方法，其特征在于，所述步驟S51中，列車電量約束模型E'的表達式為：

E'≤E_battery

其中，E_battery表示列車電池剩余能量。