检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：杜昕西南交通大学

学位级别：硕士

目前非电气化铁路里程占全国既有铁路线路的35%左右,仍需要大量非电气化机车来满足运营需求,以内燃机车为主的非电气化机车能源利用率较低且不可避免的产生环境污染,且既有非电气化线路短时间难以进行电气化改造,在此背景下搭载车载储... 详细信息

目前非电气化铁路里程占全国既有铁路线路的35%左右,仍需要大量非电气化机车来满足运营需求,以内燃机车为主的非电气化机车能源利用率较低且不可避免的产生环境污染,且既有非电气化线路短时间难以进行电气化改造,在此背景下搭载车载储能系统的节能环保的混合动力列车应运而生。本文针对一类混合动力列车,研究一种考虑能量管理的列车运行优化策略,即同时考虑运行操纵与列车功率分配,以达到更充分利用再生制动能量实现节能和更合理运用储能装置的目的。首先介绍了动力系统结构及功率流动关系,建立了列车牵引计算模型与车载储能装置等效电路模型。以运行能耗与车载储能装置使用电量之和最小为目标,分别建立电气化区段和非电气化区段下的运行优化模型。根据不同供电制式差异及线路条件,确立以供电制式变化点、限速变化点和停车站为分界点的阶段划分原则,建立多阶段优化模型。引入自适应伪谱法,利用GPOPS-Ⅱ工具包,对优化问题进行求解。在此基础上,采用实际混合动力动车组列车数据,针对电气化和非电气化单区间进行仿真,验证所建优化模型和求解方法的正确性和有效性,由此得出混合动力列车的区间运行优化策略;重点分析电量约束、线路情况及车载储能装置充放电能力等关键因素分别对运行优化策略结果的影响规律。最后通过多区间时刻表优化的可行性分析,改进多阶段优化模型,建立适用于多区间时刻表优化的控制模型。将时刻表优化与时刻表固定的运行仿真结果进行对比,结果表明,在优化时刻表下的运行能耗与车载储能装置使用电量之和比原时刻表下的降低4.59%,验证了多区间时刻表优化模型的有效性。

关键词：混合动力能量管理列车运行优化自适应伪谱法时刻表优化

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面向市域铁路的燃料电池混合动力系统能量管理及列车运行优化

面向市域铁路的燃料电池混合动力系统能量管理及列车运行优化

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作者：刘普仁西南交通大学

学位级别：硕士

随着国家“双碳”目标的提出和轨道交通行业用能占比的提升,需要积极推进新型清洁能源在轨道交通领域的应用。其中,氢能因其效率高、清洁、来源丰富等优点成为当今最具有潜力的清洁能源。将氢能和燃料电池技术应用于轨道交通领域是响应... 详细信息

随着国家“双碳”目标的提出和轨道交通行业用能占比的提升,需要积极推进新型清洁能源在轨道交通领域的应用。其中,氢能因其效率高、清洁、来源丰富等优点成为当今最具有潜力的清洁能源。将氢能和燃料电池技术应用于轨道交通领域是响应国家能源结构改革,实现“碳中和”的重要途经。为提升中心城市和一体化区域的运输能力,本文面向市域铁路,针对燃料电池混合动力系统参数匹配、能量管理、燃料电池列车运行优化进行了研究,以改善动力系统的输出性能并提升列车运行的综合经济性,本文的主要研究成果如下: 为降低燃料电池混合动力系统参数配置成本,提出了一种基于燃料电池混合动力系统日均等年值购置成本最小的参数配置方法。该方法根据燃料电池市域列车动力学模型,开展了典型场景下的列车功率与能量分析,得到了不同动力源的功率、容量约束条件;在此基础上,结合列车尺寸、轴重和母线电压限制,以混合动力系统参数配置成本为优化目标,实现了燃料电池混合动力系统的参数配置,为后续章节奠定了基础。为提升燃料电池混合动力系统能量管理方法对实际运行工况的适应性,提出了一种基于自趋势状态转移速度预测的实时能量管理方法。该方法基于燃料电池氢耗模型、燃料电池性能衰退模型、锂电池性能衰退模型,建立了系统总拥有成本模型;考虑列车加速度变化对速度预测精度的影响,采用一种自趋势状态转移方法对列车的运行速度进行预测,提升了预测结果的精确性;在此基础上,结合一种子集搜索式动态规划算法实现系统负载功率最优分配。实验结果表明,本文所提能量管理方法能够有效的分配动力系统输出功率并约束锂电池的荷电状态最终值在目标领域内,降低了燃料电池和锂电池的性能衰退。通过与子集搜索式动态规划方法和等效氢耗最小方法的比较,验证了所提能量管理方法对实际不同运行工况的适应性。为提升燃料电池市域列车的综合经济性,提出了一种面向市域铁路的燃料电池列车运行优化方法。该方法基于燃料电池及锂电池的性能衰退模型、燃料电池氢耗模型、投资成本的等年值模型建立了系统综合运行成本模型;通过建立列车运动学模型,结合庞特里亚金极大值原理推导了列车区间运行的最优牵引状态转换规则;通过考虑能量管理对列车综合运行成本的影响,采用多向差分进化算法求解了列车最优运行速度及功率分配曲线。实验结果表明,本文提出的列车运行优化方法在站间规划不受影响的基础上,保证了收敛精度和维持锂电池荷电状态。通过与传统分步优化方法的比较,验证了所提方法在降低列车综合运行成本方面的优越性。

关键词：市域列车燃料电池混合动力系统能量管理方法列车运行优化运行速度曲线

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基于互联互通的城轨列车运行优化研究

基于互联互通的城轨列车运行优化研究

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作者：宋朝忠北京交通大学

学位级别：硕士

随着城市轨道交通线网的不断发展,现有运营模式在线间资源协调、乘客服务水平等方面的弊端日益突出,例如资源利用率低下,乘客多样化的直达需求无法满足等,因此以不同线路间互联互通为基础的深层次网络化运营已是大势所趋。基于互联互通... 详细信息

随着城市轨道交通线网的不断发展,现有运营模式在线间资源协调、乘客服务水平等方面的弊端日益突出,例如资源利用率低下,乘客多样化的直达需求无法满足等,因此以不同线路间互联互通为基础的深层次网络化运营已是大势所趋。基于互联互通网络化运营,本文从列车开行计划和列车运行时刻表的角度,考虑了线间列车的协调性以及乘客服务水平,对城市轨道交通中的列车运行优化问题进行深入研究,主要包括以下四部分内容:(1)总结了城市轨道交通现有运营模式存在的问题,分析了互联互通网络化运营下的客流特征,对比了互联互通网络化运营模式下列车开行交路的特点,详细分析了互联互通网络化运营下线路的通过能力,深入探讨了跨线列车开行的必要性。(2)互联互通下城轨列车开行计划优化。定义了互联互通网络化客流分类方式;分析了可插入跨线列车的数量,在充分考虑深层次网络化客流需求、线路通过能力以及列车追踪间隔等约束的基础上,以乘客和公司运营总成本最小为目标函数,构建了互联互通下城轨列车开行计划优化模型。设计遗传算法并通过算例对模型和算法进行验证。(3)研究了互联互通下列车运行协调问题。深入分析各线路列车开行的协调性以及列车的衔接协调性。以各线路列车发车的协调性以及换乘乘客的等待时间为目标函数,构建了互联互通下列车发车协调优化模型和列车衔接协调优化模型。设计算法确定最优的线路衔接方案以及模型的求解方法,基于CPLEX求解器和遗传算法对该模型求解,并通过设计的算例对模型和算法进行验证。(4)基于真实的线路数据,对模型和算法进行进一步验证。从乘客的直达率、运输效率、出行成本、运营成本等方面对求解结果进行分析,分析表明在一定客流强度下,互联互通网络化运营无论是对于乘客还是运营公司都有较大的优势:可以有效的降低总体乘客的出行成本、提高乘客的出行直达率、提高公司的运输效率、提升乘客服务水平以及线间列车运行的协调性。

关键词：城市轨道交通互联互通列车运行优化线间协调遗传算法

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基于强化学习的重载列车运行优化研究

基于强化学习的重载列车运行优化研究

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作者：王禹华东交通大学

学位级别：硕士

随着科学技术的进步,我国交通运输行业发展尤为突出,其中轨道交通运输业在各方面都具有跨越式进步,积累了大量领先世界的前沿技术。在当下的国民经济快速发展时期,轨道交通运输的压力也越来越大。重载铁路作为大宗商品运输的重要途经,... 详细信息

随着科学技术的进步,我国交通运输行业发展尤为突出,其中轨道交通运输业在各方面都具有跨越式进步,积累了大量领先世界的前沿技术。在当下的国民经济快速发展时期,轨道交通运输的压力也越来越大。重载铁路作为大宗商品运输的重要途经,线路距离长且环境多变,面对如此环境,驾驶人员极容易产生疲劳。本文以大秦线上运行的HXD1机车牵引1万吨货车作为研究对象,通过强化学习方法训练出一套重载列车辅助驾驶系统,以缓解驾驶人员疲劳、保证列车安全、提高列车运输效率。针对重载列车的运行效率问题,本文利用TD3和PPO两种强化学习算法进行了控制策略的学习。首先通过对重载列车机理模型进行了分析与建模,作为后续实验的基础;再将重载列车运行过程划分为牵引启动、巡航控制和停车制动三个部分,以解决强化学习在长时间运行的环境中无法学习到策略的问题;并基于实际控制列车需要参考的条件设计状态空间,根据HXD1机车的牵引特性确定了动作空间的连续性;并根据安全、稳定、高效的目标设计了奖励函数,训练了两种智能体。仿真结果表明,本文设计的状态与奖励函数能够使智能体学习到高效驾驶重载列车的控制策略。针对重载列车运行的稳定性问题,本文设计了基于专家监督的强化学习训练方案,使智能体更稳定的驾驶列车。首先通过循环神经网络对专家行驶数据进行了行为克隆,克隆出的策略网络作为专家网络用来监督强化学习的训练,达到了加快训练的效果;并且通过添加控制力变化幅度的约束,减少列车控制力的频繁调整;通过随机初始化巡航阶段和制动阶段的初速度,训练一个对环境切换速度不敏感的巡航控制策略和停车制动策略;最后通过在牵引启动、巡航控制、停车制动的分段点设计软切换约束,降低因控制工况切换产生的控制力跳跃。仿真结果表明,基于专家监督的强化学习训练方案得出的控制器,控制更加稳定,能够保证列车安全运行。由于强化学习环境中没有一个开放的重载列车仿真器观察和调试,并且缺少重载列车实际运行数据。本文利用Qt设计并搭建了重载列车仿真平台,通过观察列车运行效果,辅助调试算法可能出现的问题,并用以生成专家驾驶的运行数据,辅助专家策略网络训练。

关键词：列车多质点建模强化学习列车运行优化列车仿真平台

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考虑牵引逆变器IGBT模块可靠性的列车运行曲线优化方法研究

考虑牵引逆变器IGBT模块可靠性的列车运行曲线优化方法研究

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作者：杨德浩北京交通大学

学位级别：硕士

城市轨道交通运行里程的增加,使得人们对城轨列车的运行可靠性提出了更高的要求。作为城市轨道交通车辆的关键子系统,牵引逆变器的可靠性受到了广泛的关注。IGBT模块是牵引逆变器中最容易发生失效的器件之一,其热疲劳失效将会导致整个... 详细信息

城市轨道交通运行里程的增加,使得人们对城轨列车的运行可靠性提出了更高的要求。作为城市轨道交通车辆的关键子系统,牵引逆变器的可靠性受到了广泛的关注。IGBT模块是牵引逆变器中最容易发生失效的器件之一,其热疲劳失效将会导致整个系统的非计划停机。牵引逆变器IGBT模块的可靠性研究与寿命评估对列车的安全运行以及正常运营具有重要意义。为提高传统列车节能运行策略下牵引逆变器的可靠性,本文将故障预测与健康管理(Prognostic and Health Management,PHM)技术与列车运行曲线优化方法相结合,提出一种考虑牵引逆变器可靠性的列车运行曲线优化方法。主要研究内容包括:首先,通过受力分析得到列车的动力学模型,结合列车的常用运行策略对列车运行过程中的相关物理量进行计算,得到列车的牵引运行曲线,分析列车运行过程中的边界条件。以列车运行的准时性与节能性为优化目标,建立适用于运行优化的阶段求解模型,利用后向动态规划算法对列车的运行策略进行优化,针对北京地铁八通线的线路参数,仿真得到列车的节能运行曲线。其次,建立牵引传动系统的可靠性模型,结合具体运行工况下的任务剖面对牵引逆变器的可靠性进行评估。提出一种IGBT的结温数值计算方法,以便引入优化算法来提高牵引逆变器的可靠性。将列车运行能耗与牵引逆变器可靠性作为优化目标,提出一种基于Pareto解集的多目标协同优化算法,保证准时以及尽量不增加能耗的基础上,提升牵引逆变器IGBT模块的预期寿命。选取多个特征参数对多目标协同优化结果进行特征提取,利用多元分析中的典型相关分析方法,总结出影响列车能耗与IGBT可靠性的列车操纵方式。最后,对实验室原有5.5kw电机对拖平台进行改造,按照功率匹配原则进行等效缩放,模拟列车的运行过程。根据上述列车操纵方式,设计多条列车运行曲线,仿真与实验相结合,验证操纵方式对运行能耗与牵引逆变器可靠性的影响。仿真与实验结果证明了本文所提的考虑牵引逆变器IGBT可靠性的列车运行曲线优化方法的可行性与有效性。

关键词：列车运行优化 IGBT模块任务剖面可靠性评估

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再生制动条件下的城轨列车节能驾驶综合模型

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中国铁道科学 2015年第1期36卷 104-110页

作者：荀径唐涛宋晓美王彬贾兆欣北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京交通大学电气工程学院北京100044

当供电区段内有列车进行电力再生制动时,所产生的再生电能会向牵引供电网反馈,若邻近无处于牵引状态的列车吸收此部分再生电能,则会造成牵引变电所两端的电压升高。由此提出通过检测牵引供电网第三轨电压并在牵引供电网网压升高时适当... 详细信息

当供电区段内有列车进行电力再生制动时,所产生的再生电能会向牵引供电网反馈,若邻近无处于牵引状态的列车吸收此部分再生电能,则会造成牵引变电所两端的电压升高。由此提出通过检测牵引供电网第三轨电压并在牵引供电网网压升高时适当提高邻近列车运行速度,以充分利用再生电能,从而实现城轨列车的节能运行。基于此思路建立列车节能运行优化控制与牵引供电系统相配合的城轨列车节能驾驶综合模型。该模型由列车节能运行优化控制算法和牵引供电模型组成。前者为牵引供电模型提供列车运行动态信息;后者基于牵引供电系统特性生成列车运行控制最佳策略所需的数据,供列车节能运行优化控制算法使用。以北京地铁亦庄线为例,验证综合模型的可行性和有效性。结果表明:在该线4站3区间10个列车全部准点运行的情况下,采用综合模型后列车的运行能耗降低了7.18%。

关键词：节能驾驶再生制动列车运行优化牵引供电第三轨电压城市轨道交通

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高速列车动态间隔优化的弹性调整策略

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交通运输工程学报 2019年第1期19卷 147-160页

作者：蔡伯根孙婧上官伟北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044

为保证列车运行安全性,提高铁路线路运载效能,针对移动闭塞系统,研究了高速列车追踪运行的间隔弹性调整策略和操纵轨迹的动态优化问题;以高速列车运行安全性、效率、能耗和乘客舒适度作为列车运行控制策略曲线的优化目标,研究了列车的... 详细信息

为保证列车运行安全性,提高铁路线路运载效能,针对移动闭塞系统,研究了高速列车追踪运行的间隔弹性调整策略和操纵轨迹的动态优化问题;以高速列车运行安全性、效率、能耗和乘客舒适度作为列车运行控制策略曲线的优化目标,研究了列车的追踪运行过程;采用差分进化算法求解了列车运行过程多目标优化模型,设计了离线最优运行控制策略曲线;提出了列车弹性追踪间隔模型,分析了列车运行过程中追踪间隔的实时变化;基于弹性间隔模型设计列车追踪运行控制策略动态调整机制,采集列车实际运行数据,实时监测相邻列车间的实际追踪间隔,评估其是否符合安全性与效率约束条件,并分析了评估结果;依据工况调整原则在线调整追踪列车的运行状态与工况,实时优化列车追踪间隔;应用武广高速铁路赤壁北—长沙南区间的实际运行数据进行了仿真验证。仿真结果表明:与真实区间运行数据相比,采用离线最优运行控制策略曲线后,运行能耗降低了6.86%;与固定追踪时间间隔模型相比,采用基于弹性模型的控制策略动态调整机制有效提升了铁路整体运输效能,将临界安全发车间隔从234 s缩短至161 s,线路整体运行效率由6 434 s缩短至6 376 s,与真实运行数据相比,追踪列车的运行能耗降低了7.194%。

关键词：高速列车列车运行优化移动闭塞系统列车追踪运行多目标优化弹性间隔调整控制策略动态优化

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一种结合时刻表调整的列车节能驾驶优化方法

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铁道学报 2019年第10期41卷 68-75页

作者：盛昭蔡伯根上官伟王剑北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044

为了降低高速列车在连续站间运行的能耗,以区间运行能耗和运行时间为目标建立列车驾驶策略优化模型,采用基于模拟退火的粒子群算法PSO-SA进行求解,得到每个运行区间的能耗-时间Pareto解集,并通过最小二乘法拟合得到每个区间相应的Paret... 详细信息

为了降低高速列车在连续站间运行的能耗,以区间运行能耗和运行时间为目标建立列车驾驶策略优化模型,采用基于模拟退火的粒子群算法PSO-SA进行求解,得到每个运行区间的能耗-时间Pareto解集,并通过最小二乘法拟合得到每个区间相应的Pareto曲线。在此基础上,提出一种时刻表优化调整方法,在始发站至终点站总运行时分确定的前提下,基于KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件调整每个站间运行时分,给出最优的站间运行时分组合和最佳的区间运行策略。以CRH2A高速列车在镇江南—昆山南区间实际运行数据为基础进行仿真验证,结果表明:通过区间最优工况求解和多站间运行时分调整优化,列车在多站间的总运行能耗降低了17.6%,验证了模型和算法的有效性。

关键词：高速列车粒子群-模拟退火算法 KKT条件列车运行优化时刻表

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面向操纵优化的智能列车辅助驾驶系统

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铁道学报 2019年第11期41卷 88-94页

作者：高士根董海荣朱海楠北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室

针对我国干线铁路列车仍然采用人工驾驶方式的现状,在分析现有列车辅助驾驶系统的基础上展开智能列车辅助驾驶系统的研究。首先进行功能需求与系统结构的分析,之后建立人工驾驶情形下的列车驾驶策略优化模型,设计结合离线优化与在线调... 详细信息

针对我国干线铁路列车仍然采用人工驾驶方式的现状,在分析现有列车辅助驾驶系统的基础上展开智能列车辅助驾驶系统的研究。首先进行功能需求与系统结构的分析,之后建立人工驾驶情形下的列车驾驶策略优化模型,设计结合离线优化与在线调整的智能优化方法进行求解,并以驾驶辅助提示信息的方式向列车驾驶员提供优化后的操纵建议,最后结合半实物实验平台进行实验验证与结果分析。实验结果表明,所提出的方法与系统可有效提升人工驾驶下的列车运行节能性与准点率等关键指标,可为人工驾驶操纵优化的实现提供技术支撑。

关键词：智能列车辅助驾驶系统列车运行优化人工驾驶

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基于群体合作演化的高速列车编队运行多目标优化

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铁道学报 2023年第8期45卷 99-109页

作者：上官伟敦旖晨蔡伯根刘俊囡宋鸿宇北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京市电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心北京100044 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司北京100070

为提升高速铁路运输效率,降低列车运行能耗,减少延误及其传播影响,提出基于群体合作演化的列车运行优化方法。首先,在分析编队高速列车群体追踪运行过程的基础上,构建列车群体运行多目标优化模型;其次,构建编队列车追踪速度控制合作演... 详细信息

为提升高速铁路运输效率,降低列车运行能耗,减少延误及其传播影响,提出基于群体合作演化的列车运行优化方法。首先,在分析编队高速列车群体追踪运行过程的基础上,构建列车群体运行多目标优化模型;其次,构建编队列车追踪速度控制合作演化策略与延误场景下运行调整策略;然后,应用人群搜索算法与改进布谷鸟搜索算法,分别解决编队列车群体控制多目标优化与延误场景运行调整问题;最后,基于列车实际运行数据进行仿真验证。结果表明:编队列车群体合作运行相比传统运行模式,线路占用时间减少189 s,节能率达5.29%;编队列车运行延误经调整优化,延误列车减少2列,总延误时间减少377 s,消解列车运行较小延误,缓解后续列车延误传播。

关键词：高速列车列车编队群体合作演化列车运行优化列车延误调整

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