[发明专利]基于再生能利用的城轨列车运行过程优化方法

权利要求书

1.一种基于再生能利用的城轨列车运行过程优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S110：构建车站区间列车运行工况序列集合；包括：根据车站区间的列车限速类型，确定列车在该车站区间内首次牵引和末次制动分别所处的限速子区间；对列车在所述限速子区间的运行时间进行修正，将列车在限速子区间内的工况始末速度离散化为整数，求解得到所述列车运行工况序列集合；具体包括：

将车站区间以区间长度或限速个数为标准划分为多个限速子区间，列车在车站区间运行时，在单一所述限速子区间内的运行工况不会重复出现，列车在车站区间始端和末端的速度均为0，列车在除所述车站区间始端和末端以外的任一点的速度均大于0；

根据车站区间的列车限速类型，确定所述车站区间内的限速子区间个数，以及列车在该车站区间内首次牵引和末次制动分别所处的限速子区间；

确定列车在所述限速子区间内的运行参数；

结合所述运行参数确定列车在所述限速子区间内最长、最短运行时间所对应的运行轨迹及同距离同时间的运行轨迹转换公式，具体包括：

当列车在所述限速子区间的运行时间为t_k时，存在两条运行轨迹，所述两条运行轨迹的运行工况数量为m,n(1≤m≤n≤4)，运行工况对应的加速度和末端速度分别为a_ki,a′_kj,v_ki,v′_kj(i∈[1,m],j∈[1,n])，则由列车在该子区间的初始速度和末端速度不变即v_k0＝v′_k0,v_kn＝v′_km，可得到给定运行距离和运行时间t_k条件下列车在所述限速子区间的运行过程如下所示，

其中，t_k分别为第k个限速子区间的末端位置点和运行时间；v_ki,a_ki,t_ki分别为列车在第k个限速子区间的第i个工况的速度、加速度及运行时间；

对列车在所述限速子区间的运行时间进行修正，将列车在限速子区间内的工况始末速度离散化为整数，结合所述运行轨迹转换公式求解得到所述列车运行工况序列集合；

所述的对列车在所述限速子区间的运行时间进行修正包括：

列车在区间的运行时间t_r存在限制则修正后得到的列车在子区间运行时间的上下限为：

其中，t_kmin,t_kmax分别为第k个限速子区间的最小运行时间和最大运行时间；

所述的将列车在车站区间的运行速度离散化为整数，结合所述运行轨迹转换公式求解得到所述列车运行工况序列集合包括：

将列车在限速子区间内的工况始末速度按需求离散化为整数，结合列车区间运行时间的取值范围可得到列车在车站区间内运行轨迹，即列车的区间运行工况序列；所有运行工况序列组成一个有限集合X，记为X_q∈X＝{X₁,X₂,…,X_υ}，其中，X_q为第q辆列车的运行工况序列，υ为第q辆列车在该车站区间的运行工况序列个数；

步骤S120：计算所述列车运行工况序列的排序指标值，对所述运行工况序列集合进行排序；包括：

以总牵引时间内列车所使用的他车再生能E_t和总制动时间内列车产生的被他车使用的再生能E_b作为排序指标，以代表不确定性的区间数作为排序指标的值来进行计算，得到列车运行工况序列的排序值；其中，

确定总牵引时间内列车所使用的他车再生能E_t的初始取值范围，

其中，n为列车运行工况序列中的牵引工况次数；为第k大的单位牵引时间能耗；为第k大单位牵引时间能耗所对应的列车牵引能耗；为第k大单位牵引时间能耗所对应的列车牵引时间；为列车单位牵引时间内所使用的他车再生制动能量；而μ_k为判断与大小的参数，当时μ_k的值为0，否则该参数取值为1；

分析不同情况φ下总牵引时间内列车所使用的他车再生能E_t的区间数取值当φ＝0时，E_t取值范围为当φ＝n时，E_t取值范围为而当φ＝j(0jn)时，其计算公式为：

此时需要通过判断与间大小关系来得到E_t的实际取值范围和车站区间数若E_t的取值范围不存在，则认为相对应的情况下其车站区间数为0；

综合所有情况得到的总牵引时间内列车所使用的他车再生能E_t的区间数取值其中，z为n+1种情况中的情况数；

结合式(4)、(5)、(6)计算得到总制动时间内列车产生的被他车使用的再生能E_b的区间数取值

采用TOPSIS法来进行排序，以更客观的熵权法来分配指标的权重，以同时考虑期望值与宽的EW-型几何距离来计算排序指标区间数与理想区间数之间的距离，之后以两指标对应的贴近度作为横、纵坐标的值来计算其与坐标原点的距离，即为列车运行工况序列的排序值O(i)；

步骤S130：以“牵引-制动”一对多关系的再生能利用方式为原则，以所述列车运行工况序列为决策变量来构建列车运行过程优化模型；包括：基于列车制动再生能的流向构建列车再生能流动网络，以列车运行工况序列作为变量，结合列车再生能流动网络，构建基于再生能利用的城轨列车运行过程优化模型；具体包括：

基于列车制动再生能的流向构建列车再生能流动网络，

其中，pt_i表示牵引列车，pb_j表示制动列车，再生能流动情况为

(pb_j,pt_i)_flow∈{0,1}；

以列车运行工况序列作为变量，结合式(7)，构建基于再生能利用的城轨列车运行过程优化模型；

确定所述列车运行过程优化模型目标函数，城轨路网列车运行总能耗降低率为ψ_E＝(E₀-E)/E₀，城轨路网列车再生能利用提升率其中，E为城轨路网列车运行总能耗，E₀为现有城轨路网列车运行总能耗，η_u为城轨路网列车再生能利用率，为现有城轨路网列车再生能利用率；

确定优化模型决策变量，列车运行工况序列x₁＝χ，发车间隔列车再生能的流动情况x₃＝(pb_j,pt_i)_flow，其中，χ为该序列在区间对应解集中的位置标号；

确定优化模型相关约束，列车区间运行时间为:

列车旅行时间为：

列车到站均衡性为：

列车运行质量约束为：

其中，为列车在原车站区间运行时间基础上的最大波动值，为列车在车站区间内的原运行时间，为列车在线路l上的原旅行时间，η_h为发车间隔变化率可波动的最大值，为描述某一时期客流量的参数，客流量越大则该值越大，模型中该参数的值仅为0.5和1，高峰期时平峰期时为乘客平均质量，为单个车厢定员标准，N_c为列车拖车数量，为列车在区间内运行时承载的客流数量波动值，为列车在区间内运行时所承载客流总质量的波动值；

步骤S140：结合序列排序值，根据基于双层种群的嵌套式迭代遗传算法对所述列车运行过程优化模型进行计算，得到列车运行过程的优化方案。

2.根据权利要求1所述的基于再生能利用的城轨列车运行过程优化方法，其特征在于，所述结合序列排序值，根据基于双层种群的嵌套式迭代遗传算法对所述列车运行过程优化模型进行计算，得到列车运行过程的优化方案包括：

步骤S141：算法参数初始化，输入序列排序值计算基因各取值概率；

步骤S142：生成满足所述列车运行过程优化模型目标函数相关约束的上层染色体种群；

步骤S143：计算各染色体对应的下层染色体长度；

步骤S144：生成满足式(7)的下层染色体种群；

步骤S145：以所述列车运行过程优化模型目标函数为适应度，对下层染色体迭代n次，每次迭代都储存/更新最优解及其对应最优染色体；

步骤S146：判断是否达到上层染色体迭代总次数m，若未达到，则上层染色体迭代一次并转到步骤S143；若达到，则输出最优解及其对应最优染色体；

其中，所述最优解包括列车在区间的运行过程和路网的整体运行过程。