地铁多列车节能运行场景的仿真与能耗计算

作     者：王凌 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭进

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：城市轨道交通 列车节能 动态特性 列车运行能耗 牵引供电 潮流计算 

摘      要：随着我国城市化进展的逐步加快,城市交通拥堵问题与城市空气污染问题日益严重,地铁系统因为其运量大、安全高效以及节能环保等特点得到了极大的发展。尽管地铁系统已经是陆地交通方式中最节能的交通运输方式,但是随着其运营里程的快速增长,地铁系统的能耗在爆发式增长且其总能耗已经很巨大,能耗增加不仅增加了运营单位的压力也对国家的节能减排策略带来影响。其中列车运行能耗在地铁系统能耗中占到了很重要的部分,因此如何对地铁列车运行能耗进行详细的分析与计算,对地铁系统能耗的优化有着重要的意义。本文研究一个运行间隔内同一供电区间中列车数量及运行方向的动态特性影响下的地铁多列车运行能耗计算问题,本文首先对单列车动力学模型详细分析,给出了不同列车牵引策略下的单列车运行曲线的仿真方法,并结合列车牵引制动特性曲线对不同状态下的列车进行功率需求分析,并针对地铁牵引供电系统的特点,建立了地铁牵引供电系统各组成部分的电路基本等效模型。然后利用地铁系统运行的动态时变特性将单列车运行场景构成动态多列车运行场景,并将相应的场景与地铁牵引供电系统等效模型相结合,充分考虑再生制动利用和牵引电网电压对制动过程影响,结合再生制动与电阻制动投入的切换机理,提出一种将列车动力学模型与牵引供电模型相结合的动态多列车运行场景能耗计算模型,并根据电路潮流计算方法给出一种基于高斯-赛德尔迭代法的模型求解算法,实现动态多列车运行场景下的能耗精准计算。最后本文基于上述研究思路搭建一个面向动态多列车运行场景仿真与能耗计算分析的平台,通过仿真平台的列车运行能耗实例仿真与分析结果,表明了本论文所设计的动态多列车运行场景能耗计算方法与仿真平台,能够对一个运行间隔内同一供电区间所存在的所有列车运行场景进行了分析,并能从电力能耗角度出发实现列车运行能耗的精准计算,对于节能过程中列车操纵策略的选择和列车调度安排有着重要指导意义。