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城市轨道交通列车运行与供电联合仿真研究

李会超  
【摘要】: 本论文依托“牵引供电计算用高速机车车辆参数的仿真拟合研究”和“城市轨道交通机车参数拟合研究与供电特性分析”两个科研项目,重点研究城市轨道交通列车运行和供电联合仿真。通过仿真分析,可以预测区间运行时间,评估运行能耗和计算供电设备的容量,从而不仅可以节约前期建设的投资,而且还能降低后期运营的成本,提高城市轨道交通系统的经济和社会效益。因此,开发出具有我国自主知识产权的轨道交通列车运行与供电联合仿真系统具有重要的理论价值和现实意义。 该联合仿真系统主要由列车运行仿真(TPS)和供电系统仿真(NS)两部分组成。列车运行仿真的目的是计算列车运行特性及其能耗;供电系统仿真的目的是解算整个牵引网络的电压分布及变电所负荷,它依赖于列车运行仿真中得到的列车位置和能量消耗。 列车运行仿真的核心问题是列车控制算法。本文用带有非线性约束的微分方程来描述列车运行过程,用牵引力积分形式描述节能优化目标,并将最大值原理应用于模型求解;在确保安全运行,满足线路的限速约束、机车的性能约束和运行时间约束的条件下,充分利用线路坡道,以能量消耗最小为控制目标,得到列车优化控制的策略;然后给出列车节能控制算法,并利用列车运行仿真平台验证了优化控制理论与算法的正确性。最后使用模糊逻辑控制对算法进行改进,使其能够应用于离散级位列车控制。 供电系统仿真部分首先分析了直流牵引变电所的外部特性,确定三段等效诺顿电路为其仿真模型并给出计算方法。然后,介绍了传统牵引供电方法平均运量法和运行图截面法,分析了这两种方法的不足。根据牵引网络的构成,在忽略次要影响因素的基础上,建立了供电仿真的物理模型。在网络电气解算中,给出了节点导纳矩阵生成算法流程图和稀疏矩阵LU分解的算法步骤。 最后,本文给出了轨道交通列车运行与供电联合仿真系统实现方案,介绍了系统中应用的数据库结构和多线程技术。最后,以广州地铁2号线为例,检验了仿真系统的性能。


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