含双向变流装置的城轨牵引供电系统协同供电潮流计算

双向变流装置可以有效抑制牵引变电所直流侧网压的波动,减小跨区间传输的电流，限制钢轨电位.鉴于电双向变流装置与整流机组的协同控制策略会对城轨牵引供电系统潮流产生直接影响，提出双向变流装置与24脉波整流机组协同供电的方案，分析该方案下牵引变电所的综合输出外特性；建立计及换流装置精确有功损耗的牵引变电所供电计算模型，并提出考虑滞环比较的多状态切换控制策略，实现含双向变流装置的城轨牵引供电系统协同供电潮流计算；通过与Simulink仿真结果对比，验证算法的有效性及准确性.以某地铁工程为例进行仿真，仿真结果表明：协同供电方案下，牵引网网压上升，全线上、下行钢轨电位最大值分别降低12.6%～15.6%、14.7%～17.5%，直流牵引供电系统损耗、系统综合成本最多可分别降低9.7%、1.17%；随着双向变流装置整流启动电压增大，部分牵引变电所的整流/逆变功率增大，直流牵引供电系统损耗先升高后降低，但钢轨电位变化不大.在实际工程中，双向变流装置的逆变启动电压一定时，适当提高其整流启动电压可以获得更佳的节能效果.     

含光伏和混合储能的同相牵引供电系统日前优化调度

既有牵引供电系统中以负序为主的电能质量问题以及电分相环节严重制约了其安全、高效运行，目前理想的解决方案是基于对称补偿理论的同相供电技术. 通过同相补偿装置中的直流母线接入光伏发电系统以及混合储能装置，进一步实现再生回馈能量利用和牵引负荷削峰填谷，提高光伏渗透率. 因此，建立了一种同相牵引供电系统优化运行模型，该模型以同相牵引变电所日运行成本最低为目标，以混合储能装置充放电策略、光伏出力以及潮流控制器功率为决策变量，尤其考虑了电网侧三相电压不平衡度约束；进一步将原始优化模型中非线性约束进行线性化处理，得到混合整数线性规划模型，并利用商业规划求解器CPLEX进行求解. 算例分析结果表明:接入光伏与混合储能装置后日运行成本可节省36.45%，且三相电压不平衡度满足国标上限2%的要求.      

计及逆变回馈装置间歇工作制的城轨供电计算

逆变回馈装置在实际运行中采用间歇工作制,当采用供电计算确定逆变回馈装置的选址和容量设计时,必须考虑逆变回馈装置的工作特性模型.为此,提出了一种考虑逆变回馈装置间歇工作制的城市轨道交直流供电计算算法.该算法基于逆变回馈装置的功率提出了逆变回馈装置负荷过程的动态调整策略,并实现其状态切换;从主变电所统计整条线路的全日能耗,...     

考虑牵引所多运行状态的城轨交直流供电计算

城市轨道牵引变电所存在多种运行状态:整流状态、整流机组关断状态、逆变回馈装置恒定电压运行状态、逆变回馈装置最大功率运行状态. 针对潮流计算中牵引变电所状态的不确定而影响计算收敛性的问题，提出一种考虑牵引变电所多运行状态的城轨交直流供电计算算法. 该算法对逆变回馈装置和车载制动电阻建模，根据迭代过程中牵引变电所网压、电流，采用滞环比较策略确定牵引变电所状态，通过交直流交替迭代方法求解潮流. 对某地铁工程进行仿真分析和实测验证，结果表明:仿真与实测的牵引变电所负荷过程曲线Pearson相关系数为0.76～0.92；逆变回馈装置节能率的仿真结果与实测误差不超过1.7%；在全线整流机组空载电压较高的场合，当逆变回馈装置的启动电压设置在1750 V以上时，消耗在车载制动电阻上的能量显著增大.      

市域铁路牵引电缆贯通供电方案及潮流算法

研究了市域铁路牵引电缆贯通供电方案，该方案全线贯通式供电，设置一主一备两个主变电所，在主变电所内设置同相供电装置. 对贯通式供电时双边供电、单边供电下供电臂距离的设置进行了建模求解，模型以电压损失作为约束条件，通过逐渐增加列车数量的方式，求得供电臂所能承担最大列车数量，进一步得到供电臂距离的可行值，为牵引变压器位置的设置提供参考和校验. 采用基于线路的牵引供电系统建模，将牵引供电系统分为电缆层和牵引层，提出适用于牵引电缆贯通供电的分层交互迭代潮流算法. 该算法在层内进行潮流求解，同时层之间进行变量取值修正，以实现交互迭代，能够达到矩阵降阶、提高计算效率的目的. 在本文案例分析中，相较于传统供电方案，牵引电缆贯通供电方案再生制动能量利用率提升至99.15%，每年通过再生制动能量利用可以节省的电费为2 955万元，一次性投资可以节省大约13 672万元.      

考虑快慢车模式的地铁地下线纵断面优化研究

优化地铁线路纵断面设计方案可降低列车运行能耗与风井建设成本.本文以盾构法施工的地铁地下线为研究对象，考虑地铁设计规范约束与实际施工条件，建立以列车双方向运行能耗与风井成本之和最小为目标的线路纵断面优化模型.采用模拟退火与遗传算法的组合方法求解.广州地铁14号线案例分析证明，与实际方案相比，本文模型所得优化方案节省 2.65％的总成本.与仅考虑站站停模式下的纵断面优化方案相比，本文模型所得方案在快慢车总能耗方面更优，说明考虑停站方案进行纵断面优化的必要性.     

郑州地铁车辆段及出入段线直流牵引供电系统的技术研究

本文通过对郑州地铁车辆段及出入段线牵引供电系统设计原则的分析,同时结合运营过程中可能发生的情况,通过设计案例从供电系统可靠性及正线支援场段供电时效性上研究,提出地铁车辆段出入段线牵引供电系统的优化方案,为郑州地铁后续线路提供设计参考。     

电气化铁路同相储能供电技术

为进一步优化电气化铁路牵引变电所经济节能运行，提出了一种电气化铁路同相储能技术研究方案. 该方案基于运行图和历史数据，以负荷削峰为控制目标，实时控制储能装置充放电，治理以负序为主的电能质量问题；同时，降低系统对设备容量要求，节省运行费用，并能有效利用列车再生制动能量. 以京沪高铁实测数据分析了同相储能供电系统解决负序的有效性，并以飞轮作为储能装置进行了仿真分析和试验验证，最后分析了同相储能供电系统的经济性能. 研究结果表明:同相储能供电技术可取消50%电分相环节，治理负序的效果由储能装置功率决定，当储能装置功率为牵引负荷功率95%概率大值的10%时，可降低负序限值10%.      

城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术

在地铁、轻轨等城市轨道交通中,为了避免现行直流牵引供电系统的迷流,同时发挥其无分相的优势,提出并研究了一种交流牵引供电系统.该系统由主变电所(MSS)和电缆牵引网(CTN)构成,主变电所由单相主牵引变压器(MTT)和负序补偿装置(NCD)组合而成,电缆牵引网由双芯电缆(DCC)、牵引变压器(TT)和接触网(OCS)、钢轨(R)等构成.讨论了该系统的3项关键技术:电缆牵引网的供电原理,等效电路和输电能力,电缆与接触网的匹配技术,接触网电压等级选择等;牵引网分段供电技术,牵引网供电状态辨识方法,分布式保护与集中式保护方案等;单条线路主变电所供电方案,2条及以上线路共用主变电所的供电方案.该系统技术性能优良,经济性好,可靠性高,为地铁、轻轨等城市轨道交通提供了新的、更好的选择.      

Vx接线组合式同相供电系统建模与分析

作为新一代牵引供电系统的关键技术,同相供电系统设计需要匹配牵引变压器接线方式,优化电能质量综合补偿策略,降低潮流控制器（PFC）容量及其造价。针对高速和重载铁路推广采用的自耦变压器（AT）供电方式和Vx接线牵引变压器,设计了一种组合式同相供电系统。首先,基于该系统各端口接线角关系,建立了三相电网与单相牵引负荷之间的电气量变换模型;其次,利用三相电压不平衡与无功功率综合补偿理论,将相关电能质量限值为约束条件,给出了组合式同相供电系统各端口补偿电流计算方法,提出了潮流控制器动态跟踪补偿控制方案,与已有补偿方案相比,在达到相同补偿目标时所需补偿容量可以减少10%~58%;最后,通过对多种牵引负荷工况下系统运行特性的仿真模拟,验证了上述补偿模型的正确性和控制策略的有效性。      

基于交叉熵算法的电动车辆复合电源参数优化

为了提升电动汽车动力性能、降低车辆成本，以复合电源成本和车辆电耗最小为目标，通过交叉熵（cross- entropy，CE）算法对车载复合电源的参数优化进行了研究. 首先，以某款纯电动汽车为研究对象，根据能量与功率性能指标确定锂离子电池和超级电容的容量范围；其次，选取复合电源成本和车辆电耗建立多目标优化函数，并在ADVISOR环境中搭建车辆仿真模型；接着，采用CE算法，通过种群的不断迭代，更新高斯概率密度函数的均值和方差，找到复合电源参数的Pareto最优解集；最后，从最优Pareto解集中选取典型的匹配参数，分析复合电源成本、车辆电耗和整车性能. 研究结果表明:在满足基本约束的前提下，得到了由100个解组成的Pareto最优解集. 与第二代非劣排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ，NSGA-Ⅱ）比较，CE算法有更好的收敛性与分布性；复合电源成本平均降低了9.49%，车辆电耗平均降低了22.81%； 此外，城市道路循环工况（urban dynamometer driving schedule，UDDS）下车速误差最大值降低16.15%，整车动力性也有显著提升，百公里加速时间缩短7.81%，最高车速提升1.98%.      

航路时空资源分配的多目标优化方法

为了提高航空公司与空管方之间的协同决策程度, 降低航班延误水平, 以航路飞行的航班为研究对象, 研究了航路时空资源的多目标分配; 考虑实际运行条件下航班的唯一性约束、时间顺序约束和可行性约束的影响, 以航班在流量受限区所分配的飞行航迹和进入时隙为决策变量, 以航班总延误成本最小和航空公司延误公平损失偏差系数最小为目标函数, 构建了多目标非线性0-1整数规划模型; 基于模型特点引用了非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ), 并利用排列编码法设计了一种整数基因编码方式, 以最大限度保证基因产生可行解集; 为了验证模型与算法的有效性, 基于南中国海地区航班运行实例, 对算法搜寻最优解的性能进行了研究, 并将此算法与传统按时刻表分配(RBS)方法进行了对比。研究结果表明: 改进编码方式的NSGA-Ⅱ算法使解集种群在约50代后世代距离从600收敛至30并稳定, 具有良好的收敛性; 针对实例中的多目标优化模型共生成有6组解的帕累托解集, 结果有66.7%的概率完全支配RBS方法, 且优化结果中航班平均延误成本比RBS方法降低了8.5%, 平均公平损失偏差系数降低了70.6%。可见提出的航路时空资源多目标优化方法的执行效果显著, 可在降低总延误成本的基础上兼顾各航空公司的公平性, 是解决航路飞行航班航迹与时隙资源分配问题的一种有效方法。      

一种新型单相三开关光伏并网逆变器研究

光伏逆变器由于受外界因素以及逆变器的一些内在因素的影响,导致逆变器对输入电压的要求很严格。传统的逆变器加变压器的方法和多级级联的方法不能够妥善解决输入电压适应性的问题。为满足对大范围直流电压输入变化的适应性要求,同时实现光伏并网逆变器逆变与升压两个功能,提出了一种新型的单相三开关光伏并网逆变器拓扑。采用高频开关器件和反激变换器,替换了传统笨重的工频升压变压器,使得逆变器的体积、重量及成本降低,易于集成,且提高了变换效率。实时波形反馈技术的闭环SPWM（sinusoidal pulse width modulation）控制方法,可提供快速响应。通过一个小的交流滤波器可获得低谐波失真的正弦输出。对理论分析结果进行仿真验证,结果表明该新型单相三开关光伏并网逆变器具有拓扑简单,适应大范围直流输入电压变化,可靠性高等优点。     

考虑负效应最小化的电动汽车补能诱导研究

随着政府对“碳达峰”等环保政策的贯彻落实,电动汽车凭借节能环保等优点得到了迅速发展。由于电动汽车续航里程短,充电时间长,且路网中的补能需求与充电桩存在时空错配的现象,导致电动汽车补能排队时间长和驾驶员产生里程焦虑等一系列负效应。为此,本文首先从整体路网补能负效应最小化角度,通过引入激励手段实现最优补能方案,建立电动汽车补能诱导双层优化模型。其中,上层为路网补能负效应最小化诱导激励模型;下层为带有补能站点选择的混行路网均衡模型。然后,采用遗传算法求解上层模型,下层模型通过Frank-Wolfe算法求解,得出路网中补能车辆的最优诱导方案。最后,以经典Nguyen-Dupius路网为例验证模型,并进行灵敏度分析。结果表明,尽管本文提出的补能诱导模型增加了规划者的激励成本,但总社会补能负效应成本降低,证明了补能诱导的有效性。     

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针对区域公共物流中心(Regional Public Logistics Center, RPLC)选址问题,考虑到选址问题的不确定性,运用场景规划技术,建立RPLC选址双层规划模型。上层规划模型最小化RPLC建设及运营费用,下层建立分车型随机用户均衡模型用以描述城市内车辆的路径选择。通过预估RPLC在未来运营中可能出现的各种场景,确定相应场景下变量的取值,并求解双层规划模型、确定该场景下的最优选址结果;根据场景发生的概率选取在各种场景下加权平均费用最小的选址结果作为最终结果。同时,本文给出了求解该问题的离散粒子群算法和数值算例。结果表明,所建立的模型和求解算法是有效的,能较好地解决RPLC选址的不确定性,这对于节约RPLC建设和运营成本,减少投资风险是可行的。     

铁路电分相布设及纵断面协同优化研究

铁路电分相布设位置与线路纵断面设计相互影响，两者若不匹配会产生较高的列车牵引能耗与用户时间成本，甚至造成列车在分相区坡停等安全事故。本文以铁路电分相位置以及距离电分相中心里程一定范围内的纵断面设计方案为研究对象，建立电分相布设及纵断面设计协同优化模型，在满足铁路设计规范与列车运行安全的相关约束下，使列车运营能耗成本、用户时间成本和建设成本之和最小。设计基于间接编码的改进遗传算法进行求解，以某高铁线路为案例进行分析。结果表明，与实际电分相和纵断面布设方案相比，本文模型优化得到的方案可减小列车过分相后的速度损失及二次牵引能耗与时间，同时能降低线路建设成本，总成本节约率达 9.2%。     

考虑交通环境影响的封闭小区开放决策研究

封闭小区的开放可以增加城市道路网密度，缓解交通拥堵，但目前封闭小区开放方案的决策方式单一，且未考虑开放后给小区带来的汽车尾气和交通噪声污染问题。将交通环境影响纳入考量范围，以行程时间、尾气排放和交通噪声构成的总目标费用函数值最小作为优化目标。引入封闭小区是否开放、单双行和限速这3种决策方式，建立上层系统费用最优和下层用户均衡的封闭小区开放双层决策模型，并利用遗传算法和Frank-Wolfe算法分别对上、下层模型进行求解。 对模型优化效果进行验证分析，结果表明，所建模型最优解的费用值相对偏差为0.67%，应用此模型后同比节省费用平均值为11.80%。对比分析得到：合理设置封闭小区开放的3种决策方式，可 以减少车辆行程时间和绕行距离，降低出行者的出行费用和考虑交通环境影响的附加费用，且采取相对较高的限速值有利于降低出行总费用值。     

U型不完全多目标拆卸线平衡问题建模与优化

针对U型布局所具有的生产柔性强、效率高等优点,结合仅需考虑需求零部件和危害性零部件的实际拆卸过程,提出U型不完全拆卸线平衡问题(U-shaped partial disassembly line balance problem,UPDLBP),以最小化工作站数量、空闲时间均衡指标、拆卸深度和拆卸成本为优化目标建立数学模...