城市轨道交通列车定时节能优化方法研究

韩宜轩

摘 要：本文主要针对城市轨道交通列车定时节能运行进行研究，针对其当前在运行过程中存在的问题，以及运行模式，来进行城市轨道交通裂成定时节能方法的研究，通过模型创建的方式，求解其算法，来提高城市轨道交通列车定时节能水平，减少城市轨道交通列车运行时能源的消耗，从而满足我国节能环保政策的要求，推动城市轨道交通列车的可持续发展，实现经济效益最大化。

关键词：城市轨道 交通列车 定时节能 优化方法

Research on Optimization Method of Timing Energy Saving for Urban Rail Transit Trains

Han Yixuan

Abstract：This article mainly focuses on the research on the timing and energy-saving operation of urban rail transit trains. Aiming at the current problems in the operation process and the operation mode， the research on the method of urban rail transit splitting into timing and energy-saving is solved by the method of model creation. The algorithm is used to improve the energy-saving level of urban rail transit trains and reduce the energy consumption of urban rail transit trains during operation， thereby meeting the requirements of China's energy conservation and environmental protection policies， promoting the sustainable development of urban rail transit trains， and maximizing economic benefits.

Key words：urban rail， traffic train， timing energy saving， optimization method

随着我国社会经济的不断发展，城市交通体系逐步完善，轨道交通已经成为城市中必不可少的重要组成部分，必须予以高度重视，不容忽视。目前，在城市轨道交通列车运行过程中，牵引能源消耗量比较大，几乎占了总消耗的六成，如何使之能源消耗量降低是国内外技术人员的重要研究课题。当前，我国在单列车节能操作方面，已经有了较为成熟的技术，对多列车节能的研究主要在操纵和再生制动利用这两方面。可在规定城市轨道交通列车运行时间的情况下，对其运行过程中的牵引力、制动力进行分析，通过建模的方式来对其其节能方法进行研究和优化。

1 城市轨道交通列车运行问题

在城市轨道交通列车运行过程中，包含了三种形式：第一种形式是牵引，第二种形式是惰行，第三种形式是制动。在这三种工作状态下，列车可以进行加速运动、减速运动，以及匀速运动。匀速运动相对于其他两种运动来说，节能性要更好一些，其所造成的能源消耗更少，属于巡航模式。这种模式下的列车运行，可根据实际情况来自动调节工况，通常于站间制动时，采用再生制动，将其所产生的制动能用于处于同一供电区段的其他列车牵引。也就是说通过调整两辆列车的工况序列，便可以有效的实现两列车节能并行。两个列车的站间运行，有多种不同的工况组合方式，可通过科学的分析和研究，来获取唯一合适的工况序列排列组合方式[1]。

1.1 设置方法

假设有两辆列车，分别为A列车、B列车，其于两站间保持同一个方向进行运行，两站间处于同一个供电区段，在运行的过程中，A列车从O点位置制动停车，B列车则从O1点位置制动停车。A至O运行到车站2的区间设为X，车站1至O点位置可划分为Y个子区间，每一个子区间可用Zl表示，其中l的值为1，2，3，...，Y。在划分子区间的时候，需要遵循一定的原则，内线路的坡道要具有唯一性，限速也是如此，可先根据坡道来划分区间，然后观察坡道内涵盖的限速，再根据限速进行划分。可借用但列车的节能操作方式，来分析多列车的操纵模式。当城市轨道列车位于牵引加速阶段的时候，可利用其最大牵引力乘以牵引力使用系数，来计算其牵引力数值;当起初于巡航酒蛋的时候，则可以通过计算运行阻力大小来计算出其制动力数值;当其处于制动减速阶段的时候，则其制动力、运行阻力合力为定制，可实施恒定减速度制动。

1.2 分配方法

在确定A列车在每个子区间呃逆的运行工况序列之后，便可以对其初速度、末速度进行有效的调整，可在加速阶段，利用牵引力实用系数来计算城市轨道列车在每一个子区间中的运行时间，框定其范围，在已知各项数据之后，可以得出列车的最短运行时间、最长运行时间[2]。例如，当列車在子区间中采取的是牵引加速、惰行减速工况排列顺序那么便可以得出其从牵引加速至牵引巡航阶段的能源消耗，以及牵引巡航至惰行减速阶段的能源消耗;采取的是牵引加速、制动巡航这种工况序列组合时，则可以计算出牵引加速至惰行加速，惰行加速至制动巡航时的能源消耗。

2 城市轨道交通列车定时节能模型建立

2.1 城市轨道交通列车定时节能模型假设

针对本文所研究的城市轨道交通列车定时节能模型，提出了模型假设，主要包含两点：一是当城市轨道交通雷车处于低速咋混改的时候，再生制动的制动能力并未达到要求，需要利用空气制动来增加其动力，因此在创建模型的时候，可确定一个速度值，当列车达到这一低速值之后，变不再向电网反馈再生制动能;二是曲线，并不会对城市轨道交通列车的牵引能源消耗造成他打的影响，因此在创建模型的时候，可将列车运行过程中的附加阻力设为某一个定值，将其作为固定坡度的坡道来处理。在作出假设之后，便可以利用目标函数来进行建模[3]。

2.2 搜索流程

在探讨搜索流程的时候，可注意以下两个方面：一方面是算法初始种群。可利用雷车常用的制动减速度，从站前来推算雷车制动的速度曲线，以及其在每一个区间中运行的限速，可利用列车的制动停车距离，乘以实用系数，以获取最大值范围，然后再针对此范围进行外层遗传算法初始解，计算最短站间运行时间列车的运行速度，并将其制作成一个曲线，据此来进行有效的调节和分配，以获取内层遗传算法初始解;另一方面是算法迭代过程，指的是无论是哪一种遗传算法，都需要根据标准要求来进行搜索，内层遗传算法，取值是模型目标函数的倒数，而外层遗传算法，取值是内层遗传算法的最佳答案[4]。

3 案例分析

3.1 设置城市轨道交通列车参数

为研究城市轨道交通列车定时节能优化方法，可一两个站间的区间为案例，来进行计算。车站一和车站二之间的距离有两千五百米，站间之间的运行时间计划在以一百八十秒左右;车站二和车站三之间的距离为一千二百五十米，其计划运行时间为九十秒。加入A列车以车站一为发车点，发车X秒之后，B列车从车站二发车。在设计其参数的时候，需要注意以下几点：一是要先了解两站间区间的坡道路线图;二是了解单列车的质量;三是将优化之前和优化之后的列车运行状况进行对比[5]。

3.2 协同节能操作

假设A列车从车站一出发四十五秒后，B列车从车站二发车，可根据其各项参数制定出两辆列车格子的运行速度曲线图，以及时间曲线图，可根据图中的显示来分析两辆列车的再生制动能的利用效果。可用实现来表示列车的牵引工况，用划线来表示列车的惰行工况，用虚线来表示列车的制动工况。将两辆列车未协同操纵的牵引能源消耗量，与优化协同后的牵引能源消耗量相对比，以分析协同操作是否具备节能效果。

4 结论

通过一系列的研究和分析，发现为优化城市轨道交通雷车定时节能方法，应当注意以下内容：一是在操纵城市轨道交通列车的时候，需要监控其线路坡度状况，若是坡度偏大，那么当两辆雷车在运行的时候，应当让其中一辆列车于下坡道进行制动巡航，另一辆列车则要在上坡道实施牵引巡航，这种工况序列组合方式，能有效的减少能源消耗，起到节能的效果;当坡度比较小的时候，则可以使两辆列车都处于惰行工况中，针对当前列车进站、出站的情况进行相应的优化，重新调整工况序列，以提高其节能效果。比如说可以让一辆列车在进展的时候，适当提升其初始速度，另一辆列车则先进入牵引工况，再实施巡航工况，最后回到牵引工况。二是单列车的节能操作方式，与追踪列车的操作方式存在一定的差异性，适合但列车的节能操纵策略，并不一定适用于追踪列车中，需要根据实际情况，进行建模分析来作讨论，以确保所实施的操纵策略存在节能效果。

5 结语

加强对城市轨道交通列车定时节能优化方法的研究，十分有必要，其有利于提高城市轨道交通列车运行能源利用率，满足我国节能政策的要求。

参考文献：

[1]周峰，丁力，芦毅，刘宇然，刘旭，翁勇南.城市轨道交通列车区间节能运行优化方法[J].城市轨道交通研究，2017（9）.

[2]冯瑜，陈绍宽，冉昕晨，柏赟，賈文峥.考虑再生制动能利用的城市轨道交通列车节能运行优化方法研究[J].铁道学报，2018.

[3]龙广钱，尹逊政.城市轨道交通列车节能控制策略研究[J].铁路计算机应用，2018，v.27;No.256（07）：98-102.

[4]陈志杰，毛保华，柏赟，陈绍宽，史芮嘉.城市轨道交通追踪列车定时节能操纵优化[J].铁道学报，2017（08）：13-20.

[5]王智鹏，罗霞.城市轨道交通线路中列车节能优化研究[J].计算机工程，2015（06）：30-33+38.