基于区间数学的接触网预防性机会维修方法研究

接触网是一个由众多零部件组成的关联系统,对接触网进行维修时需考虑零部件相互之间的影响和差异。利用区间数学建立接触网预防性机会维修模型,并将其转化为基于可靠性灵敏度的维修决策优化问题,以维修费用最小为优化目标,以接触网整体运行可靠性指标为约束,对接触网不同零部件的机会维修区间进行优化求解。算例分析结果表明,基于区间数学方法建立的接触网维修优化模型,可在保证接触网系统可靠性的基础上,有效减少接触网的维修次数,降低接触网的维修费用,可为接触网的运营维护提供指导。     

牵引供电系统可靠性建模方法

采用基于遗传算法的拟合方法,提出了一种以威布尔分布模型为基础的牵引供电系统的可靠性建模方法。以京广线郑州南段牵引供电系统为例,根据统计的14年设备失效率信息,采用建模方法建立了牵引供电系统各设备的可靠性模型,运用BDD算法得到整个牵引供电系统的可靠性模型,计算了系统的有效寿命。拟合优度的K-S和W2检验结果表明:该建模方法是一种适用于牵引供电系统特别是接触网系统可靠性分析的。有效寿命的计算结果表明:牵引供电系统与接触网的有效寿命分别为3.116年与3.215年,供电系统的可靠性在很大程度上取决于接触网的可靠性。     

基于可靠性的地铁车齿轮箱维修周期优化

考虑到齿轮箱的故障率会随着维修次数的增加而上升,引入基于役龄回退因子和故障率递增因子的混合式故障率演化模型描述预防性维修前后齿轮箱各部件的性能变化情况.分析齿轮箱的成本构成和可靠度要求,以维修成本最小为目标,建立地铁车齿轮箱的维修周期优化模型.运用基本遗传算法求解,结果表明该优化模型能够有效延长地铁车齿轮箱的维修周期以及减少维修成本,且最大成本节约率可达19.04%,为结合可靠性、经济性确定地铁车齿轮箱的最佳维修周期提供了一定的指导意义.     

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.      

动车组单部件两级非完美维护策略及优化研究

对动车组部件的维修保养是保证车辆在运营期间具有一定可靠度的重要措施,其维护周期的确定直接影响铁路运输安全.基于我国动车组的多级维护制度,提出部件的多等级非完美维护策略.选取动车组四级修时更换的部件为研究对象,建立了一种基于里程故障威布尔分布的两级非完美维护模型.以我国现行的动车组维护计划为框架,提出了动车组部件的两种维护方案,将维修时间和维修成本作为优化目标,应用多目标遗传算法对研究区间内的维修周期和所需的维修等级进行决策,并与单一非完美维护模型的优化结果进行比较.研究结果表明,两级非完美维护策略能以更低的维护成本得到满足可靠度要求的维护计划,且在不严格匹配整车维修等级的部件维护方案下得到的维护计划能够在较少的维护成本和维护次数下使部件处于较高的可靠度,更具经济性和安全性.      

共享单车调度路径优化研究

当前共享单车停放点经常出现供需时空失衡现象,无法满足市民的出行需求,因此,单车投放机构需要进行调度以平衡城市各共享单车投放点的供应量.为保证共享单车的调度效率,需要选择合理的调度路径,针对共享单车的调度路径优化问题开展研究:以调度车辆最少和调度成本最低为目标,构建多车场有时间窗要求的共享单车调度路径优化模型;基于禁忌搜索算法,设计模型的求解算法;以某城市大区内的摩拜单车系统为例进行案例分析.结果表明:利用此模型和算法能有效减少调度成本,提高共享单车的调度效率.     

AT供电系统接触网在线防冰电流的决策与控制

为了保障行车安全,消除接触网覆冰,针对电气化铁路AT(autotransformer)供电系统特殊的长回路和短回路结构,建立防冰系统投入后AT供电系统的电路模型.用该模型分析各AT段内防冰电流和负载电流的分布,得到保障全线防冰所需电流值;根据防冰电流与供电臂末端电压的关系,得出了牵引网压允许的防冰电流值;在此基础上,制定了以温度为目标的在线防冰电流决策流程.以某AT供电区段为例,结合实测负荷数据进行了仿真,结果表明:投入的防冰电流值至少为接触网临界防冰电流值的2倍,才能使接触线表面温度维持在0 ℃以上.      

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%。     

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.      

城市轨道交通弓网系统仿真模型适应性研究

针对城市轨道交通弓网系统,为研究各种受电弓、接触网仿真模型的适用性,建立了受电弓的归算质量模型、多刚体模型和刚性接触网的等效梁结构模型、变刚度弹簧模型.组合不同的受电弓与接触网模型,通过弓网耦合系统动力学仿真,得到弓网系统的动力学性能.研究结果表明:在低速运行条件下,不同受电弓模型匹配同一接触网时受流性能差别不大,不同模型间接触力标准差变动范围不超过10 N;随着速度的提升,不同模型的受流性能差异渐趋明显,各模型接触力标准差变化超过80 N;当与跨距通过频率及其倍频相匹配的弓网系统固有频率、振型不同时,各受电弓模型受流性能发生变化,速度拐点出现;仿真结果和试验数据对比分析进一步表明,由于考虑了上框架的弹性贡献,受电弓三质量模型有更好的适应性.     

高速弓网耦合系统动态仿真研究

采用欧拉-伯努利梁结构的接触网和受电弓的二质量块模型建立了弓网垂直耦合动力学模型,通过拉格朗日方程推导出弓网系统运动微分方程组,并利用Newmark法编写数值仿真程序,在给定的条件下,讨论不同速度下弓网耦合系统的动态性能。采用MATLAB对高速受电弓与接触网的相互作用进行仿真并对结果进行分析,为研究不同速度下受电弓与接触网参数的优化奠定基础。     

����׼�ƶ���������·�����źŲ����Ż������о�

以我国铁路运输模式为背景,以列车牵引计算和信号布置原理为基础,综合考虑了轨道电路码序、接触网支柱位置、电分相位置等条件,构建了基于准移动闭塞的铁路区间信号布置优化模型. 设计了模型求解的启发式仿真算法,算法以准移动闭塞条件下信号布置数量最少作为实现的目标. 研制了铁路区间信号布置仿真系统,并进行了信号布置实证分析. 结果表明：与实际信号布置方案相比,仿真布置方案的总信号布置数减少了4个,平均每10公里线路减少约1个信号点;分割轨道电路总长度减少了8464 m,平均每公里线路减少分割长度227 m. 研制的系统初步实现了铁路区间信号的优化布置.     

新型电缆贯通供电系统的保护方案

为解决新型电缆贯通供电系统的接触网和牵引电缆使用现有分段保护方案会误动作的问题,研究负荷电流对接触网电流纵差保护的作用机理,提出接触网采用故障分量电流纵差保护方案;并利用相量法分析空载情况下电容电流对牵引电缆现有保护方案的影响,通过在每个分段回路牵引电缆的首、末两端空载时并联电抗器,及负载时切除电抗器,实现电流纵差的保护.研究结果表明：接触网中的负荷电流由两侧牵引变压器一起供给是引起接触网电流纵差保护误动作的原因,而提出的采用故障分量电流构成的接触网短路保护不受双边供电下正常负荷电流的影响;空载情况下,电容电流会使牵引电缆末端电流较首端电流的幅值和相角发生变化,导致保护误动作,提出的牵引电缆首末两端并联电抗器的方法可以解决这个问题.     

张力对接触网系统风振响应影响的风洞试验研究

接触线和承力索的张力对接触网系统的风振响应有重要的影响,为此进行了气弹模型风洞试验. 以实际铁路工程为背景,根据接触网系统的设计要求,按照气动弹性相似理论制作了接触网系统的5柱4跨模型,并根据接触线、承力索张力的4种组合情况进行了气动弹性模型风洞试验,得到了支柱、腕臂结构及接触线上的加速度和位移响应,研究了在紊流场下结构的风振响应特征. 试验结果表明,接触线与承力索张力越大,接触线自振频率越大,且其风偏越小;腕臂及支柱结构受张力影响较小;接触网系统为风敏感结构,提高接触线、承力索张力可有效控制风偏.      

有轨电车燃料电池混合动力多目标匹配优化

有轨电车燃料电池混合动力系统配置对整车动力性能、系统效率及经济效益具有重要影响，但是目前缺乏有效的优化匹配方法. 基于有轨电车沿线动态工况下的牵引功率计算，提出了面向服役周期成本最低的燃料电池有轨电车混合动力系统匹配优化方法. 以混合动力系统整车服役周期成本最低、体积/重量最小为目标函数，以动力性能、直流母线电压、电源输出功率、功率/能量实时平衡、储能系统充放电倍率及其充放电深度和SOC （state of charge） 为约束条件，建立了多目标多约束配置优化模型. 采用多目标优化方法获取Pareto前沿，同时给出了体积/重量可接受、经济性最优的推荐方案确定方法. 仿真结果表明，多目标匹配优化方法配置的有轨电车燃料电池混合动力系统满足了所有设计指标，混合动力系统全寿命周期成本从7 000万元降为1 500万元.      

考虑追踪安全的地铁快慢车协同操纵节能优化

研究考虑追踪间隔要求和再生能利用的快慢车线路地铁列车协同操纵节能优化问题.首先,基于滚动优化思想将列车协同操纵全局优化问题分解为一系列的子问题,即每一列车进入下一区间前由中央控制器根据同一供电分区内其他列车的操纵方案和列车重量等实时运营信息,计算出站列车在下一区间的操纵方案.为延长牵引制动重叠时间、提高再生能利用,各列车尤其是快车允许途中二次牵引加速以配合其他列车进站制动.基于上述研究思路,本文以列车净能耗为目标构建了快慢车线路列车协同操纵节能优化模型,并设计了混合遗传算法进行求解.案例分析结果表明,与不考虑其他列车操纵的个体最优节能操纵方法相比,本文提出的协同操纵方法可节能3%以上,算法满足实时优化对计算效率的要求.     

接触网检修计划自动编制模型构建与应用

针对接触网检修计划人工编制效率低又难以实现优化的问题，将接触网检修计划编制转化为一个规划优化问题，利用整数规划方法，同时考虑接触网检修作业的连续性，将设备检修状态作为决策变量，以超周期惩罚费用与检修路径代价最小为优化目标，建立基于弹性周期区间的接触网检修计划自动编制模型，并基于多目标规划中分层序列法提出模型的启发式求解算法. 通过实际算例验证证明:该方法可实现接触网检修计划的自动编制与优化，编制时间相对于人工节省99.98%，巡检路径节省33.16%，提高了接触网检修计划的编制效率和效果.      

考虑追踪安全的地铁快慢车协同操纵节能优化

研究考虑追踪间隔要求和再生能利用的快慢车线路地铁列车协同操纵节能优化问题.首先,基于滚动优化思想将列车协同操纵全局优化问题分解为一系列的子问题,即每一列车进入下一区间前由中央控制器根据同一供电分区内其他列车的操纵方案和列车重量等实时运营信息,计算出站列车在下一区间的操纵方案.为延长牵引制动重叠时间、提高再生能利用,各列车尤其是快车允许途中二次牵引加速以配合其他列车进站制动.基于上述研究思路,本文以列车净能耗为目标构建了快慢车线路列车协同操纵节能优化模型,并设计了混合遗传算法进行求解.案例分析结果表明,与不考虑其他列车操纵的个体最优节能操纵方法相比,本文提出的协同操纵方法可节能3%以上,算法满足实时优化对计算效率的要求.     

混合不确定条件下绿色多式联运路径优化

主要研究了当运输时间、中转时间、客户需求和中转集拼货运量四重混合不确定因素服从随机分布时的绿色多式联运路径优化问题,运用随机优化理论,以运输成本、碳排放成本和时间惩罚成本为目标,建立混合不确定条件下绿色多式联运路径优化模型.通过对各子目标函数权重进行赋值,得出考虑不同成本因素的多式联运路径优化方案.探讨时间、需求和网络服务能力对多式联运路径优化结果的灵敏度分析,发现各成本随时间变动而变化的规律和边际运输成本最小时的服务时间;当货运量形成规模效应后可降低边际运输成本;不同网络服务规模的运输路径优化结果,以及满足客户不确定需求的最小网络配置.     

高速铁路牵引供电系统安全风险评估研究综述

为降低高速铁路牵引供电系统安全风险整体水平,实现高速铁路全寿命周期内的安全可靠运行,对高速铁路牵引供电系统安全风险评估研究进行了综述分析.将牵引供电系统风险因素的来源归纳为设备性能衰退、服役环境和人为维修活动3方面进行论述,总结了国内外电力系统和牵引供电系统风险评估的研究现状.在高速铁路快速发展的背景下,分析提出了牵引供电系统安全风险评估面临的数据信息不完备性与不确定性、服役环境复杂性、故障诊断与维修模式不足等问题与挑战.在此基础上对高速铁路牵引供电系统风险评估研究方向进行展望,未来应重点研究数据获取、评估模型、风险融合和风险应用4个方面内容.