基于速度集的高速动车组运行能耗优化操纵模型及算法
高速列车动力系统的节能技术研究与优化
高速列车动力系统的节能技术研究与优化高速列车动力系统的节能技术研究与优化摘要：随着高速列车的快速发展，其能源消耗和对环境的影响也越来越严重。
因此，通过研究和优化高速列车动力系统的节能技术，可以有效地降低能源消耗和环境污染。
本论文主要针对高速列车动力系统的节能技术进行研究，包括列车运行模式的优化、动力系统的能量回收与再利用、轨道电力系统的改进等方面。
通过对动力系统的优化，可以通过降低能源消耗和减少对环境的影响，提高高速列车的运行效率和可持续发展。
1. 引言随着经济的发展和人民生活水平的提高，对交通工具的需求也越来越大。
高速列车作为一种重要的城市交通工具，其快速、高效和环保的特点受到了广大人民的喜爱。
然而，高速列车的能源消耗和对环境的影响也变得越来越不可忽视。
因此，研究和优化高速列车动力系统的节能技术，对于实现可持续发展具有重要意义。
2. 高速列车动力系统的节能概述2.1 高速列车动力系统的组成高速列车的动力系统通常由电力系统、牵引系统、辅助系统和制动系统组成。
其中，电力系统提供动力源，牵引系统将电能转化为机械能，辅助系统提供列车运行过程中的其他能耗需求，制动系统用于列车的制动和能量回收。
2.2 高速列车动力系统的能耗分析高速列车的能耗主要包括牵引能耗、辅助设备能耗和制动能耗。
前两者为能量输入，而制动能耗可以通过制动能量回收技术进行能量回收和再利用。
因此，优化动力系统的能量利用效率，对于减少能耗和环境污染具有重要意义。
3. 列车运行模式的优化列车运行模式的优化是高速列车动力系统节能的重要手段之一。
传统的列车运行模式往往以高速运行为目标，但会产生许多不必要的能耗。
通过优化列车的运行模式，可以最大程度地降低能量消耗和环境影响。
3.1 基于列车运行周期的能量管理策略基于列车运行周期的能量管理策略是通过分析列车运行周期中的能量消耗特点，优化能量存储和供应方案，降低能源消耗。
这种策略主要包括制动能量的回收和再利用，以及辅助设备的能量管理等。
基于双重优化的高速列车节能运行研究
基于双重优化的高速列车节能运行研究基于双重优化的高速列车节能运行研究高速列车作为现代交通领域的重要组成部分，具有快速、安全、节能的优势。
然而，随着城市化进程的加速和人们对环境保护的更加重视，高速列车的节能运行问题也越来越受到关注。
本文将介绍一种基于双重优化的高速列车节能运行研究方法，以期为高速列车的节能改善提供新思路和方法。
首先，对高速列车的节能问题进行分析。
高速列车运行时需要消耗大量的能源，其中主要的能源消耗包括空气阻力、轨道阻力和车辆内部能耗等。
在传统的节能方法中，常采用减小阻力、提高能源利用效率等方式进行节能改善，但这些方法往往是单一指标的优化，无法全面兼顾不同的能耗因素。
因此，本文将采用双重优化方法来研究高速列车的节能问题。
其次，介绍双重优化模型的构建。
双重优化模型将分为列车级别和系统级别两层进行优化。
在列车级别，通过对列车的动力系统进行优化，减小牵引能耗、制动能耗和辅助能耗。
这一层次的优化可以通过改进列车的传动系统、减轻列车的质量等方式实现。
在系统级别，通过对线路设计和列车编组等因素进行优化，降低列车的空气阻力和轨道阻力。
这一层次的优化可以通过改善线路的曲线半径、减少轨道坡度、优化列车编组等方式实现。
然后，详细阐述列车级别优化的方法。
列车的动力系统是影响列车能耗的关键因素之一，因此在这一层次的优化过程中，我们可以采取多种方法来减小列车的能耗。
例如，改进传动系统，采用先进的电力驱动系统代替传统的内燃机械驱动系统，可以提高能源利用效率；减轻列车的质量，采用轻量化材料和结构，可以降低列车的能耗。
此外，还可以通过优化列车的牵引和制动策略，实现能量回收和再利用，进一步降低能耗。
最后，深入探讨系统级别优化的方法。
在系统级别的优化过程中，主要关注的是降低列车的空气阻力和轨道阻力，从而减少能耗。
可以通过改善线路设计，减少曲线半径，以及提高轨道整体平直度等方式来减小列车受到的空气阻力和轨道阻力。
此外，还可以优化列车的编组方式，合理分配车厢，并对列车进行空气动力学设计，减小列车的阻力系数，进一步降低能耗。
高速铁路列车运行调整与控制一体化优化模型与算法
高速铁路列车运行调整与控制一体化优化模型与算法摘要：高速铁路列车运行调整与控制一体化优化是一个复杂的问题，本文提出了一种基于模型预测控制的优化模型和算法。
该模型包括多个决策变量和约束条件，可以同时考虑列车运行安全性、运行效率、能耗和环境影响，以实现全面的优化。
为了确保模型的准确性和可行性，我们使用了大量的实验数据和模拟分析，并进行了模型校准和验证。
该模型能够自适应地调整列车运行参数和控制策略，以适应不同的实际运行情况和需求。
最后，我们进行了一些实际案例分析，表明该模型能够显著提高高速铁路列车的运行效率和安全性，同时减少能耗和环境影响。
关键词：高速铁路、列车运行、调整与控制、优化模型、算法一、引言随着中国高速铁路建设的不断发展，高速列车运行调整和控制逐渐成为一个关键问题。
高速列车的运行受到多种因素的影响，如列车速度、线路曲率、作业区段限速等，需要通过调整和控制来保证列车运行的安全和效率。
传统的列车运行控制方法主要基于手动操作和经验规则，往往局限于响应速度慢、决策效率低等问题，难以满足高速列车的实际需求。
因此，如何实现高效、精准、自动化的列车运行调整和控制是当前研究的热点和难点之一。
针对目前高速列车运行调整和控制存在的问题，本文提出了一种基于模型预测控制的优化模型和算法。
该模型可以同时考虑列车运行安全性、运行效率、能耗和环境影响等多种因素，以实现全面的优化。
该模型具有较高的规划准确性和实用性，并可以自适应地调整列车运行参数和控制策略，以适应不同的实际运行情况和需求。
为了确保模型的准确性和可行性，我们使用了大量的实验数据和模拟分析，并进行了模型校准和验证。
最后，我们进行了一些实际案例分析，表明该模型能够显著提高高速铁路列车的运行效率和安全性，同时减少能耗和环境影响。
二、文献综述列车运行调整和控制是高速铁路系统中的一个复杂问题，需要考虑多种因素的影响。
近年来，相关领域的研究者对此进行了大量的研究和实践。
交通运输能源消耗模型及优化研究
交通运输能源消耗模型及优化研究交通运输是现代社会不可或缺的一部分，但与之相关的能源消耗却常常被忽视。
如何优化交通运输的能源消耗，将对环境保护和可持续发展产生重要影响。
本文将探讨交通运输能源消耗模型及其优化研究。
首先，我们来了解交通运输的能源消耗模型。
交通运输能源消耗模型是通过对交通运输系统的能量流动进行建模，计算并评估能源消耗的数学方法。
常用的能源消耗模型包括行程能耗模型、速度能量消耗模型和排放模型等。
行程能耗模型是根据交通工具的动力特性和行驶条件，计算出每个行程的能源消耗量。
例如，对于汽车行驶来说，行程能耗模型会综合考虑行驶距离、驾驶速度、车辆负载和交通条件等因素，从而计算出该行程所消耗的能量。
速度能量消耗模型是通过研究交通工具在不同速度下的能量消耗规律，建立能量消耗与速度之间的数学关系。
这个模型常常被用来帮助交通规划者选择最佳行驶速度，从而减少能源消耗。
研究表明，在高速公路，汽车的能耗在时速80公里左右达到最低点，因此合理控制速度可以降低能源的消耗。
排放模型是根据交通工具的燃烧过程和排放特性，计算出交通运输系统的排放量。
通过排放模型，我们可以评估不同交通工具和不同行驶方式对环境的影响，从而制定相应的环保政策。
根据以上的能源消耗模型，我们可以进行交通运输的能源消耗优化研究。
优化研究的目标是通过降低交通运输的能源消耗，提高能源利用效率，减少对环境的影响。
一种常见的优化措施是改进交通工具的动力系统，提高能量利用效率。
例如，汽车制造商不断研发新技术，如混合动力和电动汽车，以减少燃料的消耗量和减少排放量。
此外，还可以推广使用更环保的燃料，如生物燃料和氢燃料，来替代传统的石油燃料。
另外，优化交通流量，减少交通拥堵也是降低能源消耗的重要方法。
交通拥堵导致车辆停滞不前，加剧了能源的浪费。
因此，我们可以通过交通信号优化、道路规划和公共交通系统的改进等措施，减少交通拥堵，降低能源消耗。
此外，鼓励公共交通出行、促进出行方式转变也是能源消耗优化的重要手段。
高铁技术中的车辆动力系统优化与控制模型
高铁技术中的车辆动力系统优化与控制模型随着科技的发展，高铁成为了现代交通运输的重要方式，其速度快、效率高、安全可靠的特点受到了广大乘客的喜爱。
而在高铁的运行中，车辆动力系统的优化与控制模型起着至关重要的作用。
本文将重点讨论高铁技术中的车辆动力系统优化与控制模型。
首先，我们需要了解车辆动力系统的构成。
高铁车辆动力系统主要包括牵引系统、传动系统以及供电系统。
牵引系统负责提供足够的牵引力以推动高铁列车前进；传动系统则将电能转化为机械能，使其能够推动车辆前进；供电系统则提供所需的能源供给。
车辆动力系统的优化是为了提升高铁的运行速度和效率。
一种常用的优化方法是通过减小系统的质量，以减少能源的消耗。
此外，我们可以使用先进的轻量化材料来替换传统的材料，以达到减轻重量的目的。
同时，车辆动力系统的摩擦系数也是需要考虑的优化因素，通过增加轮轨界面的抓地力，可以有效提高高铁的运行速度和牵引力。
另一方面，车辆动力系统的控制模型是为了确保高铁的运行安全和稳定。
控制模型的关键是实现对动力系统各个部分的精确控制，以满足不同运行条件下的要求。
例如，在高铁起步和加速过程中，控制模型需要保持足够的牵引力，并确保车辆在不发生滑动的情况下平稳起步。
而在高速行驶时，控制模型则需要调整牵引力和制动力的平衡，从而保证行车的平稳和安全。
为了实现车辆动力系统的优化与控制，高铁技术中采用了许多先进的技术和方法。
其中一个重要的技术是悬挂系统的改进。
通过采用先进的悬挂系统，可以有效减轻车体震动和摇晃，提高乘客的乘坐舒适度，同时降低了摩擦阻力和能源消耗。
另外，高铁技术还采用了智能控制系统，通过传感器和计算机控制，能够实时监测车辆状态，并根据需要调整动力系统的工作参数，以提高整个系统的性能。
值得一提的是，高铁技术中的车辆动力系统优化与控制模型也面临着一些挑战和难题。
例如，高铁的运行速度较快，对系统的稳定性和可靠性提出了更高的要求。
此外，高铁行驶在不同的地形和气候条件下，需要考虑各种复杂的工况对系统的影响。
高速列车追踪运行节能优化与控制研究
高速列车追踪运行节能优化与控制研究作者：柯倩来源：《科技创新与应用》2018年第31期摘要：随着高铁的快速发展，在保证列车安全运行的前提下，如何降低能耗就成为亟待解决的重点问题之一。
文章将多目标粒子群算法引入高速列车追踪节能优化运行中，提出了计算最优化节能目标速度曲线的方法，最后使用目标速度曲线来对速度控制器进行优化设计，实现高速列车追踪运行节能优化与控制目的。
关键词：高速列车；运行速度；节能；控制中图分类号：U292.4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）31-0124-02Abstract： With the rapid development of high-speed rail， how to reduce energy consumption has become one of the key issues to be solved under the premise of ensuring the safe operation of trains. In this paper， the multi-objective ppaper swarm optimization algorithm is introduced into the energy-saving optimal operation of high-speed train tracking， and a method to calculate the optimal energy-saving target speed curve is proposed. Finally， the target speed curve is used to optimize the design of the speed controller， and the purpose of energy-saving optimization and control of high-speed train tracking operation is realized.Keywords： high speed train； running speed； energy saving； control我国高速列车建设的成就有目共睹，运营里程位居全球第一。
采用萤火虫算法的高速列车节能运行优化
１４．３３％ ，且 满 足 停 车 精 确 性 与 准 时 到 站 的 要 求 ．
关 键 词 ： 高 速 列 车 ；运 行 能 耗 ；萤 火 虫 算 法 ；节 能 运 行 曲 线 ；工 况 转 换 速 度 序 列
中 图 分 类 号 ： Ｕ２４８．４８
文 献 标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： １０００?５０１３（２０１９）０４?０４５２?０５
随 着 高 速 列 车 的 发 展 ，列 车 节 能 运 行 方 式 越 来 越 受 关 注 ．对 高 速 列 车 运 行 节 能 降 耗 最 简 易 可 行 的 方 式是优化列车的运行曲线．不同的运行曲线对应不同 的列车 能耗，基于 此 理 论 支 撑，国 内 外 学 者 进 行 了 大量实验研究．Ｈｏａｎｇ等 把 ［１］ 列车的节能 问 题 定 义 成 满 足 约 束 条 件 的 优 化 问 题，采 用 搜 索 算 法 进 行 列 车运行曲线的优化设计；Ｃｈａｎｇ等［２］使用遗传算法优化列车驾驶曲线的惰行运行距离，通过对 惰 行 点 位 置的选取，取得了一定的节能效果；Ｋｏ等［３］采用动态规 划 的 方 法，求 解 列 车 节 能 操 纵 优 化 的 问 题；付 印 平 采 ［４］ 用遗传算法优化列车的工况转换点位置，达到节能降耗的目的；李玲玉 使 ［５］ 用动态粒子群 算 法 优 化列车的距离?速度运行曲线，降低了１１．９８％的列车 能 耗；刘 建 强 等 基 ［６］ 于 现 代 最 优 控 制 理 论，得 出 整 个运行过程中列车运行能耗最小时，最大牵引、匀速、惰行及最大制动的转换点；宿帅等［７］基于驾驶 策 略
犃犫狊狋狉犪犮狋： Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｒａｉｎｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｔｏａｃｈｉｅｖｅｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇａｎｄ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎ．Ｔｒａｉｎｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｗａｓｔａｋｅｎａｓｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｐｅｅｄｌｉｍｉｔ，ｔｉｍｅａｎｄｄｉｓｔａｎｃｅａｓｔｈｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｃａｒ ｒｉｅｄｏｕｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＣＲＨ３ｅｌｅｃｔｒｉｃｍｕｌｔｉｐｌｅｕｎｉｔｓｒｕｎｎｉｎｇｏｎａｃｅｒｔａｉｎｔｒａｉｎｌｉｎｅｆｒｏｍｔｈｅＷｕｈａｎｔｏＧｕａｎｇｚｈｏｕ ｓｔａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｆｉｒｅｆｌｙａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｅａｒｃｈｆｏｒａｓｅｔｏｆｔｒａｉｎｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｐｅｅｄｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓｗｉｔｈ ｔｈｅｌｏｗｅｓｔｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｎｄｅｘｏｆｔｈｅｔｒａｉｎ ｗａｓｒｅｄｕｃｅｄｂｙ１４．３３％ ，ａｎｄｔｈｅｐａｒｋｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｏｎ?ｔｉｍｅａｒｒｉｖａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｗｅｒｅｍｅｔ． 犓犲狔狑狅狉犱狊： ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ；ｆｉｒｅｆｌｙ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ；ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｐｅｅｄｓｅｑｕｅｎｃｅ
高速列车的动力系统优化与效能研究
高速列车的动力系统优化与效能研究摘要:高速列车作为重要的陆地交通工具，具有重要的经济和社会效益。
因此，提高高速列车的动力系统的效能和性能对于交通行业的发展至关重要。
本文通过分析高速列车的动力系统，探讨优化其效能的方法和措施。
关键词:高速列车，动力系统，优化，效能一、引言随着经济的快速发展和人们对交通便利性的要求提高，高速列车作为一种快速、安全、环保的交通工具，在现代社会中扮演着非常重要的角色。
为了满足日益增长的交通需求和提高列车的运输效能，为高速列车动力系统进行优化研究是必不可少的。
二、高速列车的动力系统高速列车的动力系统是指为列车提供动力的各类设备和技术。
其主要包括电力机车、内燃机车等。
电力机车一般采用电力传动方式，通过电动机转换电能为机械能，从而驱动列车运行。
内燃机车则通过燃料燃烧产生热能，然后将热能转化为机械能，驱动列车运行。
三、高速列车动力系统的优化方法1.提高动力系统的效率提高动力系统的效率是优化高速列车动力系统的关键。
可以通过提高电动机和内燃机的效率来实现。
例如，选用效率高的电动机和内燃机，提高传动装置的传动效率等。
2.优化能量转换过程能量转换过程是动力系统中最为重要的部分，直接关系到高速列车的效能。
为了提高能量转换过程的效率，可以采取如下措施：改进燃烧过程，提高燃料的利用率；改进传动系统，减少能量损失；利用回收制动能量等。
3.优化动力系统的控制策略优化动力系统的控制策略有助于提高列车运行的效能。
可以通过合理的控制策略，提高动力系统的响应速度和稳定性，从而提高列车的运行效率。
例如，采用先进的控制算法，优化电力和内燃机的配合控制等。
4.增加动力系统的冗余性增加动力系统的冗余性可以提高高速列车的可靠性和安全性。
当一些动力部件发生故障时，其他部件可以继续工作，从而保证列车的运行。
因此，在优化高速列车的动力系统时，应考虑增加相应的冗余措施。
四、高速列车动力系统优化的效益优化高速列车的动力系统可以带来多方面的效益。
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国内外学 者 对 列 车 节 能 操 纵 的 研 究 可分 为 ３ 类
［ ５］
［ ］ １ ４ －
大体上
况这一不足加 以 改 进 ， 建 立 以 给 定 区 间 运 行 时 间 、 距离及限速等为约束条件的高速动车组运行能耗优 化操纵模型 ； 将求解高速动车组运行能耗最小值问 题转化为寻找能够满足约束条件的高速动车组目标 速度值及为实现这一目标值而操纵高速动车组以不 同速度运行的速度集合 ， 并据此制定高速动车组的 优化操纵方案 。
图 １ 不同操纵算法下高速动车组的距离 — 速度曲线
， 各子区间末速度 离集合为 ｛ ｓ ｓ ｓ １ ，…， ｋ ，…， Ｍ｝ 。 的速度集合为 ｛ ｖ ｖ ｖＭ ｝ １ ，…， ｋ ，…，
第 ３ 期 基于速度集的高速动车组运行能耗优化操纵模型及算法
１ ０ ９
（ ） ３ ｖ ′为限速 ， 根据子区间划分运行区间内限 ， 第ｋ 个 子 区 间 速集合为 ｛ ｖ ′ ｖ ′ ｖ ′ １ ，…， ｋ ， …， Ｍ｝ 的限速为高速 动 车 组 最 高 运 行 速 度ｖ车ｍａ ｘ和 该 子 区 间 内 标 定 限 速 ｖ限ｋ 间 的 较 小 值 ， 即 ｖ ′ ｋ ＝ （ ， ） 。 ｍ ｉ ｎ ｖ车ｍａ 限ｋ ｘ ｖ ２ ． ３ 速度集的确定 根据以上定义及区间划分方式 ， 可根据高速动 车组 的 运 行 速 度 变 化 规 律 对 其 运 行 过 程 作 如 下 描述 。 （ ） 第 １ 至 第 ｍｏ －１ 子 区 间 为 加 速 工 况 ， 高 １ 。 速动车组的运行速度值由 ０ 非线性增加至 ｖ ｍ ｏ－１ （ ） 第 ｍｏ 子 区 间 为 由 加 速 工 况 转 匀 速 工 况 ， ２ 即在 该 子 区 间 内 高 速 动 车 组 的 运 行 速 度 由 ｖ 加 ｍ ｏ－１ 速至目 标 速 度 ｖ ｇ； 或 仍 为 纯 加 速 工 况 ， 但 高 速 动 车组加速 运 行 至 该 子 区 间 终 点 时 其 速 度 刚 好 达 到
ｖ ｍ １ ｘ－
烄
ｖ １ １ 烌 １ 烄ｖ ｖ
１ ｍ １ － ｏ
２ ｖ １
Ｎ－ １ … ｖ １
Ｎ ｖ １ 烌
ｖ ｍ １ － ｏ ｖ ｍ ｏ ｖ ｍ １ ＋ ｏ
ｖ
２ ｍ １ － ｏ
Ｎ－ １ Ｎ … ｖ ｍ １ ｖ １ ｍ － － ｏ ｏ Ｎ－ １ … ｖ ｍ ｏ
１ ｖ ｍ ｏ
２ ｖ ｍ ｏ
ｖ ｇ
１ ２ ｖ ｍ １ ｖ ｍ １ ｘ－ ｘ－
； 修订日期 ：２ ０ １ ３ ０ ５ ２ ０ ０ １ ４ ０ ２ １ ７ 收稿日期 ：２ － － － － ２ ０ １ １ Ｚ ０ ０ ２ 基金项目 ： 铁道部科技研究开发计划项目 （ －Ｆ）
１ 运行过程分析
高速动车组运行应在安全 、 准时的基础上兼顾 节能和舒适 。 运行过程中高速动车组通过受电弓自 接触网获取运行所需能量 ， 除去能量传输过程中不 可避免的损失和保证旅客乘坐舒适性的能耗外 ， 运 行能耗主要用于克服基本运行阻力做功 、 克服运行 附加阻力做功和保证列车按规定速度运行做功 ， 即 Ｅ ＝
２ 模型的建立
２ ． １ 区间划分 由于高速动车组运行附加阻力与所处位置的坡 度ｉ 有关 ， 故运行区间可根据坡道 、 曲线和隧道的 其中 参数以及限速的大小初步划分为若干子区间 （ 。为便于 任意一个数值发 生 变 化 即 进 行 一 次 划 分 ） 计算 ， 在此基础上进行线路化简 ， 即若某几个连续 ） ， 则可将 子区间内的坡道方向一致 ， 且满足式 （ ３ 这几个子区间合并 。 因为目前高速铁路线路化简尚无国家标准 ， 所
Ｗ ∑（
ｓ
基
Ｅ动 ＋τ） ＋Ｗ 附 ＋ Δ η
（ ） １
， 男 ， 山东栖霞人 ， 教授 ， 博士研究生导师 。 １ ９ ６ ２—） 作者简介 ： 牟瑞芳 （
１ ０ ８
中 国 铁 道 科 学 第 ３ ５卷
式中 ： ｓ 为高速动车 组 的 运 行 距 离 ；Ｅ 为 总 运 行 能 耗 ；Ｗ 基 为单位距离内克服基本运行阻力做功 ， 是 高速动车组基本阻力 Ｆ 与 做 功 距 离 Δ ｓ的 乘 积，且
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ５ Ｎ ｏ ． ３
，２ Ｍ ａ ０ １ ４ ｙ
基于速度集的高速动车组运行能耗 优化操纵模型及算法
牟瑞芳 ， 肖琴杰
（ ） 西南交通大学 交通运输与物流学院 ， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ３ １ 摘 要 ： 分析高速动车组的运行过程 ， 针对基于 最 大 值 原 理 的 传 统 最 优 经 济 算 法 未 考 虑 限 速 工 况 这 一 不 足 加以改进 ， 建立以给定区间运行时间 、 距离及限 速 等 为 约 束 条 件 的 高 速 动 车 组 运 行 能 耗 优 化 操 纵 模 型 ， 将 求 解 高速动车组运行能耗最小值问题转化为寻找满足约束条 件 的 高 速 动 车 组 目 标 速 度 值 及 为 实 现 这 一 目 标 值 而 操 纵 高速动车组以不同速度运行的速度集合 ， 并据此制 定 高 速 动 车 组 的 优 化 操 纵 方 案 。 改 进 的 优 化 经 济 算 法 按 照 坡 道 、 曲线 、 隧道和限速等特征以及线路化简条件 将 运 行 区 间 划 分 为 若 干 子 区 间 ， 并 根 据 目 标 速 度 值 和 约 束 条 件 得到高速动车组在各个子区间内对应的速度 ， 构成速度集合 ； 在模型中引 入 拉 格 朗 日 乘 子 和 惩 罚 项 ， 消 除 时 间 、 距离和限速约束条件 ， 利用广义乘子法搜索目标速 度 值 及 对 应 的 速 度 集 合 ， 将 优 化 高 速 动 车 组 运 行 能 耗 的 有 约 束非线性规划求解问题转化为无约束极值求 解 问 题 。 仿 真 结 果 表 明 ： 与 传 统 最 优 经 济 算 法 比 较 ， 使 用 改 进 的 优 ， 约 ２％ ） 化经济算法不但计算速度更快 ， 而且 以 此 制 定 的 高 速 动 车 组 最 优 操 纵 方 案 能 够 进 一 步 降 低 运 行 能 耗 （ 实际操纵也更简便 。 关键词 ： 速度集 ； 运行能耗 ； 操纵模型 ； 限制速度 ； 广义乘子法 ； 高速动车组 ２ ６ ８ 文献标识码 ：Ａ 中图分类号 ：Ｕ ：１ ／ ｄ ｏ ｉ ０ ． ３ ９ ６ ９ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ ４ ６ ３ ２ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ３ ． １ ７ － ｊ
９］ 。 但是这种 行一段距离后再采取最大制动力制动 ［
） 中对普通铁路线 路 化 简 的 条 件 ， 设 定 高 速 铁 规》 路线路化简条件为 ２ ０ ０ ０ φ ｌ ｉ≤ ｉ Δ 其中 ， （ ） ３
算法在给 定 总 运 行 距 离 和 总 运 行 时 间 的 约 束 条 件 下 ， 虽然符 合 高 速 动 车 组 的 运 行 特 性 及 操 纵 方 便 性 ， 但是没有考虑区间限速对高速动车组操纵的影 响 ， 因此本文在约束条件中增加区间限速约束对传 统的最优经济算法加以改进 ， 在隋行制动阶段并不 一定必须采用最大制动力制动 ， 而是根据实际情况 进行制动操纵 。 基于传统最优经济算法和改进的优 化经济算法的高速动车组距离 — 速度曲线如图 １ 所 示 。 图 １ 中 ： 点 划 线ｌ １ 为传统最优经济算法下限 速约束不影响运行工况的高速动车组距离 — 速度曲 线 ； 实线ｌ ２ 为改进的优化经济算法下限速约束影 响匀速工况的高速动 车 组 距 离 — 速 度 曲 线 ；ｖ １和 ｇ
：① 给出不同牵引级位的总控制集
［ ６］
合 ， 建立基于离散控制的运行能耗模型
； ② 将局
７］ ； ③ 考虑定时约束条 部优化计算推广至全局寻优 ［
件下的列车节能运行算法 ， 利用计算机仿真进行模
８］ 。 但是这些节能操纵研究多是关于内燃机车和 拟［
电力机车的 。 随着我国高速铁路的快速发展 ， 高速 动车组的运行能耗也逐渐攀升 。 因此 ， 研究高速动 车组运行的能耗优化问题具有重要的现实意义 。 高速动车组在区间内按给定的运行时间运行时 会受到各种约束 ， 其运行能耗的最优化本质上就是 非线性 、 有约束的动态优化问题 。 考虑到操纵方式 的多变性 ， 仅用列车工况转换点集合并不能精确反 映高速动车组的实际运行过程 ， 而应将列车工况转 换点与具体操纵方式相结合 ， 才对列车的实际操纵 有更好的理论指导意义 。 本文通过分解高速动车组的运行过程 ， 并针对 基于最大值原理的传统最优经济算法未考虑限速工
［ １ ０］ （ 以参考 《 列车牵引计算规程 》 以下简称为 《 牵
Ｆ（ ｖ） ｓ＋ Ｗ Δ ∑［
ｓ
附
（ ） ］ （ ） ｉ Ｅ动 （ ｖ） ２ ＋Δ
操纵高速动车组以传统基于最大值原理的最优 经济算法运行的基本原理是 ： 高速动车组在启动加 速阶段采 用 最 大 牵 引 力 加 速 至 目 标 速 度 ｖ ｇ； 然 后 以速度 ｖ ｇ 进 入 匀 速 运 行 阶 段； 在 隋 行 制 动 阶 段， 若给定的运行时间足够 ， 则高速动车组惰行直到终 点 ， 若给定的运行时间不够 ， 则高速动车组可先惰
第３ 第３期 中 国 铁 道科 学 ５卷 ， ２ ０ １ ４ 年 ５ 月 ＣＨ Ｉ ＮＡ Ｒ Ａ Ｉ ＬＷＡＹ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ
）０ 文章编号 ：１ ０ ０ １ ４ ６ ３ ２（ ２ ０ １ ４ ３ ０ １ ０ ７ ０ ６ － － －