新型供电方式有轨电车能量管理策略

为了提高混合动力有轨电车制动过程中制动能量的回收效率，提出一种考虑储能系统始末状态的能量管理策略. 在有轨电车从启动到制动的运行过程中，基于极小值原理对混合动力系统进行功率分配，以实现对超级电容荷电状态（state of charge，SOC）安全范围的有效控制，并保证在制动时刻超级电容具有足够的SOC余量来吸收制动功率；同时，将有轨电车启动、运行过程中的牵引控制策略与制动过程的能量回收策略相结合，采用绝缘栅门极晶体管（insulated gate bipolar translator，IGBT）斩波器与制动电阻相结合使用的方式，抑制母线电压的抬升； 最后基于实际的有轨电车运行工况，在MATLAB/Simulink平台下进行了仿真测试. 结果显示，在有轨电车制动时刻，超级电容SOC均能够按照预期下降到0.4左右，且在制动全过程中，有轨电车母线电压始终处于875 V以下，满足母线电压的控制要求.      

超级电容重型牵引车制动能量回馈系统设计

针对电动汽车制动能量再生回馈问题,基于陕汽集团超级电容纯电动重型牵引原型车SX4186EV,设计了一个新型的复合制动系统,由独立的制动能量再生回馈与双回路气制动2个子系统并联构成.基于制动强度与实车载荷,提出一种基于规则的再生制动力与气制动力分配策略.在上海码头牵引车实际行驶工况下,检验复合制动系统的能量回收效率.试验结果表明:在满载与空载制动工况下,制动能量回收效率分别为14.534％与55.617％,平均值为35.076％,而铅酸电池与锂电池电动汽车实际回收效率一般仅约为10％,因此,超级电容纯电动汽车制动能量回收效率高.     

基于状态机的燃料电池混合动力系统控制策略

针对由2套大功率氢燃料电池、超级电容和动力电池所构成的有轨电车用混合动力系统,提出能够满足运行工况需求的状态机控制能量管理策略. 首先,以状态机为基础构架,将有轨电车的运行划分为牵引、惰行、制动和故障4种状态;接着研究了4种运行状态下的能量管理策略,牵引状态采用基于自适应放电系数的均压算法,惰行状态采用改进的最大效率点跟随算法;然后基于4种状态,进行了整车实际运行;最后对比分析了功率跟随策略、状态机控制策略的能耗和电池堆效率. 研究结果表明:基于自适应放电系数的均压算法能够保证2套超级电容在牵引状态中均匀放电,避免了单套超级电容过度使用的情况;改进的最大效率点跟随算法使得燃料电池的平均效率提高了3.91%;此外,状态机控制策略与功率跟随策略的电堆效率分别为61.89%、57.98%,前者比后者节约了3.2%的氢气.      

现代有轨电车西郊线车辆能耗分析

本文结合北京有轨电车西郊线线路特点,通过对有轨电车能耗组成、车辆高/低峰运行能耗数据统计及电路分析,得出载客量是影响车辆能耗重要因素,能耗主要体现在牵引制动过程中,制动电阻工作次数少消耗的能量有限,电网回馈能量明显的结论。     

燃料电池混合动力有轨电车动力性分析与设计

为解决燃料电池混合动力有轨电车中燃料电池(FC)动态响应慢、输出特性软,且无法回收制动能量的问题,提高整车的动力性能和经济性能,在Matlab平台下,以两动一拖编组型燃料电池混合动力有轨电车为例,分析了在最高运行速度、最大加速度和爬坡度这3种典型工况下分别由燃料电池、蓄电池(B)和超级电容(SC)供电的动力和能量需求特性.在此基础上,根据指定工况要求提出了不同的配置方案,并探究了混合动力方案的可行性.研究结果表明:为满足有轨电车以1 m/s~2的加速度加速到30 km/h并持续加速到70 km/h的动力性能要求,配置两套150 k W的燃料电池系统、800节蓄电池和108个超级电容模块的三混动力系统是一种可行且合理经济的方案,可为同类混合动力有轨电车的设计提供参考.     

轻轨车储能再生制动系统电路型式及主要技术参数的确定

阐述了轻轨车采用储能再生制动系统的必要性,进而设计了一种以超级电容器为储能元件的轻轨车储能再生制动系统.并对该系统主要技术参数的确定方法及控制方式进行了分析.该系统能够保证常规再生制动不能实现时,由超级电容器储存电气制动产生的电能,在列车处于牵引工况时超级电容器可适时将存储的电能输出给牵引逆变器直流环节,从而保证轻轨车在常用工况下均能实现再生制动,可以明显降低轻轨车运行能耗.     

燃料电池混合动力有轨电车动力系统设计

基于氢能的燃料电池混合动力有轨电车是现代有轨电车的研究热点.结合有轨电车的总体性能需求,对燃料电池混合动力有轨电车进行了系统设计,给出了燃料电池/超级电容混合动力系统的总体方案与拓扑结构,进行了混合动力系统配置和有轨电车牵引性能计算.结果表明,所配置的混合动力系统的输出功率分配可以很好地满足列车在0~35 km/h速度时加速度为1.2 m/s2、最高车速70 km/h的动力性能要求.研制的混合动力系统样机在有轨电车模拟运行工况进行了试验,在试验过程中可以实现多套系统能量的分配管理.      

基于牵引制动性能的轮轨接触行为研究

为了探明在牵引工况和制动工况下的列车轮轨滚动接触行为，从而为今后轮轨损伤机理的研究提供理论基础，以CRH2-300型动车组轮轨为研究对象，通过有限元仿真研究了基于牵引制动性能摩擦系数模型的轮轨接触力学行为，结果表明：基于经验模型的摩擦系数显著大于基于牵引、制动模型的摩擦系数及新干线模型的摩擦系数，新干线模型的摩擦系数与基于牵引制动性能模型的摩擦系数较为接近；牵引工况下的切向力云图呈现两点接触形态，且沿运行方向前端的点接触切向力明显大于运行方向后端，而在制动工况下，切向力在起始时刻为单点接触，随后变为两点接触；在轮轨接触点处，车轮S23切应力呈圆弧形且走势与车轮角速度方向一致，钢轨与车轮S23切应力圆弧走势对称。     

HXD2牵引货运列车长大下坡区间周期性制动研究

针对货运列车在长大下坡道空气制动无法恒速且相邻两次空气制动之间需满足缓解再充风约束的特点,以司机实际操纵中普遍采用的50 k Pa小减压量调速制动为依据,根据列车牵引计算原理和能耗分析方法,建立了考虑再生制动能量利用的货运列车最优控制模型.首先,研究了货运列车在长大下坡道上的最优操纵策略和站间各子区间运行时间分配;其次,基于极大值原理分析了"全电制-全制-全电制"周期性制动控制策略的最优性,以及列车入坡、出坡应满足的必要条件,提出长大下坡道及其相邻区间列车运行最优控制的数值求解算法;最后,以HXD2型电力机车牵引100节C80重车为例,对提出的列车最优控制模型和数值算法进行仿真验证,并分别与模糊预测控制和实测数据进行比较,研究结果表明:在准点的前提下,所采用的周期性制动策略能实现5.6%和17.9%节能效果.     

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由于机车牵引能耗的巨额经济成本和气体排放引起的污染问题,列车节能运行控制与研究日益重要。本文根据机车牵引力做功与能量转换方程分析了列车运行能耗的主要作用形态,即克服列车运行阻力和调速制动导致的动能损失。基于对运行阻力功和制动动能损失的考虑,从理论分析及仿真计算的角度,探讨了调速制动前的惰行距离和途中运行速度均衡性对列车运行能耗的影响。案例分析表明：在运行时分相近的要求下,通过避免不必要的制动调速和增加停站制动前的惰行距离,可降低运行能耗9%;通过设置合理的目标速度上下限保持列车运行速度均衡性,可降低运行能耗6.8%。     

城市轨道交通列车追踪间隔与牵引能耗优化

针对城市轨道交通高峰小时列车密集追踪运行的特点,将降低列车牵引能耗和提升线路通过能力同时作为优化目标,研究列车运行操纵优化问题.给出移动闭塞条件下列车牵引能耗和最小追踪间隔的计算方式,考虑列车安全、正点运行约束,构建双目标优化模型. 结合 ε -约束法,提出一种基于动态规划的搜索算法求解模型.以亦庄线为优化算例,求解得到一组列车最优操纵Pareto解,体现两优化目标之间的均衡关系：列车进站过程采用两次制动操纵策略可有效压缩最小追踪间隔,为弥补两次制动过程额外消耗的运行时间,列车需付出更多的牵引能耗提升进站以前的运行速度以满足正点运行约束.     

城市轨道交通列车追踪间隔与牵引能耗优化

针对城市轨道交通高峰小时列车密集追踪运行的特点，将降低列车牵引能耗和提升线路通过能力同时作为优化目标，研究列车运行操纵优化问题.给出移动闭塞条件下列车牵引能耗和最小追踪间隔的计算方式，考虑列车安全、正点运行约束，构建双目标优化模型. 结合 ε -约束法，提出一种基于动态规划的搜索算法求解模型.以亦庄线为优化算例，求解得到一组列车最优操纵Pareto解，体现两优化目标之间的均衡关系：列车进站过程采用两次制动操纵策略可有效压缩最小追踪间隔，为弥补两次制动过程额外消耗的运行时间，列车需付出更多的牵引能耗提升进站以前的运行速度以满足正点运行约束.     

列车节能运行优化操纵的研究

在确保列车运行安全、平稳、正点的前提下,研究列车节能运行的优化操纵方法。分析了列车运行的能耗构成及节能的主要原则;提出下坡道入口的两个特征速度:即惰行进坡速度和动力制动进坡速度,通过对列车运行线路进行预处理,给出列车节能运行的优化操纵序列和寻优策略,使列车节能运行的寻优成为可能,而且加快了寻优进程。      

基于实测数据的地铁列车能耗特征分析

基于车载装置实时采集的北京地铁6、8、13号线列车牵引能耗、辅助能耗及再生能等分项 能耗和牵引变电所电表记录的统计能耗,探析了地铁牵引系统能耗构成及影响因素特征。得到 如下结论：列车运行能耗中38%~60%用于克服阻力和电机效率损失,9%~20%用于辅助设备,再 生能占比约20%~49%。影响车公里牵引单耗的因素包括站间距、纵断面、列车性能、技术速度及 满载率等。随站间距减小,牵引单耗呈幂级增长;纵断面设计为“高站位、低区间”的节能坡形式 有利于减少单耗;质量轻、阻力小、电机效率的列车更节能,不同车型能耗差异可达10%;技术速 度增加引起牵引单耗增长,平峰时段可适当降低技术速度。满载率每降低10%,可减少牵引单耗 2%。影响再生能的因素主要包括站间距与制动初速度,站间距越小则再生能产生量越多,但摩擦 制动产生的动能损失也越大,总体不利于车公里单耗的降低。影响辅助能耗的主要包括气温与 客流,辅助能耗随气温或客流增长而增高,地下线辅助能耗随气温增长变化幅度较地上线更小。     

基于自动恒速的客运专线列车牵引计算模型与算法研究

客运专线列车的控制模式与普通铁路的相比较存在较大差异,这使得普通铁路列车牵引计算模型不适于客运专线。论文在对客运专线、普通铁路及地铁差异分析的基础上,构造了自动恒速的列车牵引计算的模型与算法。将列车运行过程分为起动和牵引加速过程、恒速牵引过程、调速制动过程及进站制动过程四部分,对各部分分别建立了计算流程。最后对照非恒速牵引计算模型,测试了所造模型和算法的有效性。     

高速列车运行调整与运行控制一体化双目标优化模型与算法

列车实时运行调整与运行控制是实现高速列车准点节能运行的两个重要方面.本文构建高速列车运行调整与运行控制一体化优化模型，以降低列车总延误时间与运行能耗为目标，同时优化列车速度距离与时间距离曲线.与以往研究将列车运行调整与运行控制独立优化不同，本文基于列车牵引计算，通过锁闭时间理论将列车运行调整与控制的解空间进行耦合，根据列车运行速度、制动性能、信号系统的清空与开放时间、轨道区段/闭塞分区的长度等因素，精细化计算列车占用不同轨道区段/闭塞分区的时间，动态确定列车区间运行时分与追踪间隔.为求解复杂的非线性模型，设计分段近似法将非线性约束进行重构，从而将非线性优化模型转变为混合整数规划模型.通过算例计算，给出双目标问题的帕累托解集，与单目标优化方法对比，本文方法可以减少总能耗2.46%，降低运行总延误7.33%.     

高速列车运行调整与运行控制一体化双目标优化模型与算法

列车实时运行调整与运行控制是实现高速列车准点节能运行的两个重要方面.本文构建高速列车运行调整与运行控制一体化优化模型,以降低列车总延误时间与运行能耗为目标,同时优化列车速度距离与时间距离曲线.与以往研究将列车运行调整与运行控制独立优化不同,本文基于列车牵引计算,通过锁闭时间理论将列车运行调整与控制的解空间进行耦合,根据列车运行速度、制动性能、信号系统的清空与开放时间、轨道区段/闭塞分区的长度等因素,精细化计算列车占用不同轨道区段/闭塞分区的时间,动态确定列车区间运行时分与追踪间隔.为求解复杂的非线性模型,设计分段近似法将非线性约束进行重构,从而将非线性优化模型转变为混合整数规划模型.通过算例计算,给出双目标问题的帕累托解集,与单目标优化方法对比,本文方法可以减少总能耗2.46%,降低运行总延误7.33%.     

高速铁路长大坡道动车组运行性能分析方法

当动车组运行通过长大坡道时,车辆与轨道的耦合振动作用会对列车牵引制动效率产生重要的影响.为更准确地分析动车组列车通过长大坡道时的运行性能,基于车辆-轨道耦合动力学理论,考虑列车牵引制动行为与线路平纵断面的影响,建立高速铁路长大坡道动车组运行性能分析模型,采用线路试验数据对模型进行验证,对比分析三维模型与传统一维模型的差...