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大风区接触网线路参数对附加导线舞动的影响

哈尔滨工业大学学报 2024年第5期56卷 74-83页

作者：赵珊鹏陈智涛张友鹏王思华葛威张鹏飞兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730070 甘肃省轨道交通电气自动化工程实验室兰州730070

针对大风环境下兰新高速铁路接触网附加导线发生剧烈舞动以及线间放电的现象,依据接触网附加导线结构特点,建立了附加导线有限元计算模型,并对附加导线进行找形计算。采用谐波叠加法模拟接触网附加导线处的随机风场,并对导线模型施加风... 详细信息

针对大风环境下兰新高速铁路接触网附加导线发生剧烈舞动以及线间放电的现象,依据接触网附加导线结构特点,建立了附加导线有限元计算模型,并对附加导线进行找形计算。采用谐波叠加法模拟接触网附加导线处的随机风场,并对导线模型施加风荷载,利用无条件稳定Newmark法以及荷载增量法,分析接触网线路参数对附加导线舞动及线间距离的影响规律,并给出相应的舞动防治措施。结果表明:40 m及更小档距对导线在低风速及高风速下的舞动均有明显的抑制效果;将附加导线运行张力提高至6.5 kN,导线阻尼比提高至1.5%及以上能有效降低两条导线的舞动剧烈程度;接触网附加导线的档距过大,运行张力及阻尼比过小,将导致导线舞动时悬挂点张力过大,易引起导线掉线、断线等事故;随附加导线档距减小、运行张力及阻尼比增大,线间最小距离呈递增趋势;不同线路参数下(档距、运行张力及阻尼比)附加导线舞动时线间最小距离均随风速增大出现减小趋势。本研究可为兰新高铁大风区段接触网附加导线舞动及线间放电的防治提供有效的理论依据。

关键词：舞动特性线间最小距离附加导线接触网兰新高铁

大风区段开孔式挡风墙对正馈线气动特性的影响

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哈尔滨工业大学学报 2024年第3期56卷 143-153页

作者：张友鹏冯强赵珊鹏王思华兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730070 甘肃省轨道交通电气自动化工程实验室(兰州交通大学) 兰州730070

兰新高速铁路常年遭受风灾,挡风墙的修建虽有效防止了列车倾覆,但加剧了接触网正馈线的舞动。针对大风区段既有挡风墙“防车不防网”的不足,通过设计一种开孔式挡风墙,基于流体力学理论建立计算域模型,对挡风墙的防风效果进行评估,并仿... 详细信息

兰新高速铁路常年遭受风灾,挡风墙的修建虽有效防止了列车倾覆,但加剧了接触网正馈线的舞动。针对大风区段既有挡风墙“防车不防网”的不足,通过设计一种开孔式挡风墙,基于流体力学理论建立计算域模型,对挡风墙的防风效果进行评估,并仿真分析挡风墙孔隙率及开孔角度对于正馈线气动特性响应的规律。结果表明:挡风墙设置一定孔隙率后,会冲击挡风墙后形成的旋涡流场,使流场趋于平稳;随着孔隙率的增大挡风墙尾流接触网正馈线位置处气流增速区范围大幅减小,且正馈线气动力系数呈明显降低趋势;当挡风墙孔隙率为0.3时,挡风墙背风侧风速残余系数为0.46~0.69,此时正馈线升、阻力系数下降率分别超过41.56%和24.59%;在孔隙率为0.3,且挡风墙设置150°开孔角度时,正馈线气动力系数相较其他角度降幅明显,从而对于正馈线的舞动可以起到进一步的抑制作用。研究成果可为兰新高铁大风区段接触网正馈线舞动防治及挡风墙优化提供一定的理论参考。

关键词：兰新高铁挡风墙防风效果正馈线气动特性

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转向架曲线轨道运行的蛇行模式和分岔特征

铁道学报 2024年第8期46卷 37-47页

作者：侍玉青杨九河罗冠炜兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070 甘肃省轨道交通装备系统动力学与可靠性重点实验室甘肃兰州730070 西南交通大学轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室四川成都610031 中国铁路成都局集团有限公司四川成都610082

以曲线轨道运行的两轴转向架为研究对象,通过二维参数-变量分岔图,探讨其在非线性轮缘力作用下的蛇行模式和分岔特征。对比分析转向架系统在新轮期和磨耗期两种情况下的动力学特性,分析由磨耗引起的车轮踏面轮廓变化对转向架系统蛇行特... 详细信息

以曲线轨道运行的两轴转向架为研究对象,通过二维参数-变量分岔图,探讨其在非线性轮缘力作用下的蛇行模式和分岔特征。对比分析转向架系统在新轮期和磨耗期两种情况下的动力学特性,分析由磨耗引起的车轮踏面轮廓变化对转向架系统蛇行特性的影响。揭示蛇行模式和分岔特征与车轮踏面等效锥度的关联关系。确定参数敏感度及合理匹配范围,为铁路车辆悬挂参数的综合设计和最优组合提供理论依据。研究结果表明:导轮和后轮与轨道的冲击均始于轮缘与外轨的冲击,无论是新轮期还是磨耗期,后轮与内轨和外轨的冲击均滞后于导轮,且导轮对轨道的冲击强度大于后轮,磨耗期,这种现象更为显著。车轮踏面轮廓变化对周期1蛇行模式的失稳速度产生的影响较大,其失稳速度主要由周期倍化分岔和Neimark-Sacker分岔引起。

关键词：两轴转向架蛇行运动分岔参数域

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强风沙环境下接触网正馈线舞动响应研究

铁道科学与工程学报 2024年

作者：赵珊鹏张鹏飞张友鹏葛磊蛟刘源涛李军丽任丽苗兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃省轨道交通电气自动化工程实验室(兰州交通大学)

我国西北兰新高铁沿途地区风力强劲及荒漠化严重，频繁遭遇沙尘暴的侵袭。为了探究强风沙环境对兰新高铁接触网正馈线舞动的影响，基于SST k-ω湍流模型和欧拉-欧拉双流体模型，建立接触网正馈线空气动力学计算模型，模拟得到正馈线位... 详细信息

我国西北兰新高铁沿途地区风力强劲及荒漠化严重，频繁遭遇沙尘暴的侵袭。为了探究强风沙环境对兰新高铁接触网正馈线舞动的影响，基于SST k-ω湍流模型和欧拉-欧拉双流体模型，建立接触网正馈线空气动力学计算模型，模拟得到正馈线位置处风速及风仰角变化规律，并探究不同沙粒浓度及风速条件下接触网正馈线气动特性。继而，通过ANSYS有限元软件建立正馈线有限元模型，利用Davenport风速谱模拟正馈线处脉动风场，并对导线施加相应风荷载，分析正馈线在强风沙环境中的舞动响应。研究结果表明：随着沙粒相体积分数的增大，导线后的尾流震荡逐渐消失，流场的速度分布趋于平均化。导线的气动阻力系数随风速的增大而减小，随沙粒浓度的增加而呈明显递增趋势；气动升力系数较净风环境波动幅度减小，呈正负交替变化且趋近于0，具有随机性。同时，在沙粒浓度为4%，风速为20m/s和30m/s时，正馈线水平位移和垂直位移分别出现峰值，相较净风环境增大了70.7%和38.6%，其动张力最高可达净风环境的155%。风沙流使得正馈线脱离自振频率且位移频谱增加，风速为15m/s，沙粒体积分数为4%时，正馈线水平和垂直位移频谱增大约77.5%和11.3%。研究成果可进一步揭示风沙影响下接触网附加导线舞动机理，为沙尘暴环境下接触网抗舞设计提供理论支撑。

关键词：风沙环境正馈线欧拉两相流体积分数气动特性舞动响应

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列车大小交路通信协同运行自适应控制方法

铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 969-979页

作者：朱爱红田晓晴何明明兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州730070 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司北京100070

针对列车运输能力与客流时空分布不匹配的问题,提出列车灵活编组方案和短编组小间隔自适应控制方法。首先,根据新型列控系统的特点,设计列车自适应闭环控制框架,构建列车最小追踪间隔模型,提出大小交路列车在小交路通信协同运行的编组... 详细信息

针对列车运输能力与客流时空分布不匹配的问题,提出列车灵活编组方案和短编组小间隔自适应控制方法。首先,根据新型列控系统的特点,设计列车自适应闭环控制框架,构建列车最小追踪间隔模型,提出大小交路列车在小交路通信协同运行的编组方案。其次,根据列车编组方案短编组小间隔控制需求,基于深度确定性策略梯度(Deep Deterministic Policy Gradient,DDPG)算法设计列车自适应控制模型,模型中通过设置奖励函数实现列车多目标控制,通过设计神经网络输出列车最优控制策略。然后,利用Matlab/Simulink仿真平台,以上海地铁2号线2A-2A列车通信协同运行为例,设置其追踪间隔为10 s,搭建加入随机阻力扰动的列车自适应控制模型并进行训练。研究结果表明:列车停车误差为0.1 m,准时误差为0.2 s,协同速度差小于2 km/h,区间最小追踪间隔为180.6 m,满足列车精准停车、速度协同和间隔安全性要求。针对DDPG算法估值过高而导致列车运行速度波动的问题,将神经网络中的Critic网络进行改进,改进后训练仿真表明:列车停车误差为0.03 m,准时误差为0.1 s,协同速度差小于2 km/h,区间最小追踪间隔为181.1 m,列车停车精度和间隔安全性均有提高,且速度波动相对平稳。最后,为验证该控制方法的实时性和安全性,假设前车在意外情况下减速停车,经仿真验证:后车停车误差为1.3 s,停车间隔为220.8 m,满足实时性和安全性的要求。研究成果可为城市轨道交通提供一种灵活匹配客流量的行车编组方案,为新型列控系统列车短编组小间隔运行提供一种安全高效的自适应控制方法。

关键词：新型列控系统大小交路协同运行 DDPG算法自适应控制

基于tSNE多特征融合的JTC轨旁设备故障检测

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铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 1244-1255页

作者：武晓春郜文祥兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州730070

无绝缘轨道电路(Jointless Track Circuit,JTC)的轨旁设备在室外长期运营过程中,其可靠性会逐渐降低,进而给列车行车安全带来严重威胁。以轨道电路读取器(Track Circuit Reader,TCR)感应电压为基础,针对JTC故障诊断研究中轨旁设备故障... 详细信息

无绝缘轨道电路(Jointless Track Circuit,JTC)的轨旁设备在室外长期运营过程中,其可靠性会逐渐降低,进而给列车行车安全带来严重威胁。以轨道电路读取器(Track Circuit Reader,TCR)感应电压为基础,针对JTC故障诊断研究中轨旁设备故障类型复杂和故障特征提取不充分等问题,提出一种基于t分布随机邻域嵌入(t-distribution Stochastic Neighbor Embedding,tSNE)多特征融合的JTC轨旁设备故障检测模型。首先,根据不同轨旁设备故障对TCR感应电压信号的影响,分析各轨旁设备的故障特性。其次,提取TCR感应电压信号的方差、有效值、峰值因子等幅值域特征,以及排列熵、散布熵特征构成原始故障特征集。为了去除其中的冗余信息,得到具有较高判别性的融合流形特征,利用tSNE算法进行特征融合。最后输入深度残差网络(Deep Residual Network,DRN)得到故障检测混淆矩阵,实现轨旁设备故障定位。实验结果表明:tSNE算法融合后的特征在异类和同类故障样本之间分别有较大的类间间距和较小的类内间距,相比主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)、随机相似性嵌入(Stochastic Proximity Embedding, SPE)、随机邻域嵌入(Stochastic Neighbor Embedding,SNE)算法具有更优的融合特征提取效果。此外,结合DRN可以有效识别多种轨旁设备故障,达到98.28%的故障检测准确率。通过现场信号进行实例验证,结果表明该故障检测模型能满足铁路现场对室外设备进行故障定位的实际需求。

关键词：轨旁设备幅值域排列熵散布熵多特征融合故障检测

绿电牵引场景下高速铁路长大坡道混合储能系统容量优化配置

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中国电机工程学报 2024年

作者：李欣卢景涛黄文勋北京交通大学电气工程学院兰州交通大学新能源与动力工程学院中铁第一勘察设计院集团有限公司

随着高速铁路的快速发展，其节能减碳问题倍受关注。将绿色电能用于牵引供电是有效的节能降耗手段，若将高速铁路的大量再生制动能量合理利用，由废电转为绿电，亦可推进牵引供电用能的清洁能源化。针对光伏接入牵引供电系统条件下高速... 详细信息

随着高速铁路的快速发展，其节能减碳问题倍受关注。将绿色电能用于牵引供电是有效的节能降耗手段，若将高速铁路的大量再生制动能量合理利用，由废电转为绿电，亦可推进牵引供电用能的清洁能源化。针对光伏接入牵引供电系统条件下高速铁路长大坡道地面式再生制动能量混合储能系统容量优化配置问题，本文在分析高速铁路长大坡道绿电资源获取方式、光伏出力和制动能量特性的基础上，考虑绿电牵引场景下长大坡道混合储能系统不同时间维度下功率特性及各运行工况能量特性，给出了基于储能需求密度的混合储能系统再生制动与光伏闲时能量并行回收的分段配置方案；针对不同储能介质的特性分别建立优化模型，利用基于Levy飞行的改进模拟退火算法（LESA）进行优化求解；最后选取西成高铁某牵引变电所实测数据进行算例分析，算例结果表明，所提优化配置策略能够在同时考虑光伏出力与再生制动能量线内外绿电的情况下，实现对高铁长大坡道混合储能系统容量的优化配置，有效提高牵引供电系统绿电占比，缩短储能系统成本回收年限，可为高速铁路储能系统工程化应用提供参考，促进轨道交通牵引用能绿色低碳化发展。

关键词：高速铁路长大坡道光伏接入混合储能系统优化配置

基于参数优化的JTC补偿电容容值估计与故障识别

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：王世林王钟锐陈光武周鑫李鹏甘肃省高原交通信息工程及控制重点实验室中国铁路北京局集团有限公司北京西电务段兰州交通大学自动化与电气工程学院

为满足“十四五”规划中提出的安全发展要求，针对无绝缘轨道电路中补偿电容故障识别困难、工作状态难以监测的问题，本研究基于电磁场理论与传输线理论，建立了模拟轨道检测车技术的联合仿真模型，对补偿电容的工作状态进行分析并依据... 详细信息

为满足“十四五”规划中提出的安全发展要求，针对无绝缘轨道电路中补偿电容故障识别困难、工作状态难以监测的问题，本研究基于电磁场理论与传输线理论，建立了模拟轨道检测车技术的联合仿真模型，对补偿电容的工作状态进行分析并依据分析结果进行故障识别与定位。首先，提出了一种“相关性中心频率比”的适应度函数，以解决变分模态分解需要预先设置模态个数与惩罚因子的问题；其次，改进蜣螂优化算法，并利用改进后的算法对变分模态分解的参数进行寻优；最后，利用优化参数对仿真数据进行变分模态分解，以能量为特征进行特征提取，根据每个补偿电容的作用区域的能量特征来表征相应补偿电容的工作状态，得到区段中每个补偿电容的特征与容值大小的关系曲线，拟合后得到补偿电容容值估计公式，并利用轨道电路真实数据进行了验证。结果表明，改进算法较未改进的算法及其他主流优化算法，具备更快的收敛速度和更好的寻优结果，补偿电容容值估计值与实际数据的绝对误差仅为2.7μF，故障电容识别准确率达96.6%。研究结果表明，本文所提方法在检测车这一技术环境下，可以为现场补偿电容故障识别与容值估计提供了较为可靠的参考。

关键词：补偿电容容值估计变分模态分解有限元模型改进的蜣螂优化算法

改进麻雀算法在列车ATO多目标优化中的应用

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铁道标准设计 2024年第7期68卷 192-199页

作者：王一栋肖宝弟岳丽丽李茂青林俊亭兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730070 北京康吉森交通技术有限公司北京101318

针对列车自动驾驶(ATO)运行过程多目标优化问题,以列车运行安全性、列车动力学模型等因素为约束条件,考虑列车准时性、能耗、舒适性等指标,使用模糊隶属度法建立多目标优化模型。利用罚函数处理约束条件,将停车误差与限速作为惩罚项并... 详细信息

针对列车自动驾驶(ATO)运行过程多目标优化问题,以列车运行安全性、列车动力学模型等因素为约束条件,考虑列车准时性、能耗、舒适性等指标,使用模糊隶属度法建立多目标优化模型。利用罚函数处理约束条件,将停车误差与限速作为惩罚项并构造出适当的惩罚函数加入到目标函数中,从而得到增广目标函数,提出基于改进麻雀算法(ISSA)的求解策略。为提高麻雀算法(SSA)的全局寻优能力,避免收敛于局部最优,引入Logistic映射、自适应超参数、变异算子对传统麻雀算法进行改进,通过测试函数对算法性能进行验证,表明ISSA算法的收敛速度、寻优精度比传统SSA算法好。以工况转换点为决策变量,通过ISSA算法对工况转换点的位置及速度进行寻优,进而获得目标速度-距离曲线。最后选取城轨车辆参数与线路数据进行仿真验证,仿真结果表明:所提优化策略相较于未优化前,舒适性提高了21.22%,能耗降低了22.41%,准时性与停车误差满足要求;与PSO优化方法相比,收敛速度更快,运行时间几乎一样的情况下能耗降低了12.74%,节能效果更佳;停车误差降低了20.45%,舒适性保持在舒适范围之内;对于速度-距离曲线,巡航距离更长、惰行距离变短、最高运行速度降低。由此可见,达到了综合优化ATO的目的,验证了ISSA优化策略的有效性。

关键词：城市轨道交通列车自动驾驶多目标优化目标速度曲线改进麻雀算法模糊隶属度罚函数