城市轨道交通综合运营能耗评估及行车组织策略优化研究

【摘要】：随着城市轨道交通的发展,城市轨道交通运营能耗逐年增加,用电总量巨大,仅北京地铁1年的电能消耗超过14亿度,如何在保证服务水平的基础上节省城市轨道交通运营能耗具有重要的理论和现实意义。目前国内外学者在城市轨道交通节能运营方面进行了大量卓有成效的研究,但大多只是单方面针对列车牵引能耗或车站通风空调能耗进行研究,这两类能耗综合占到整体能耗的60%以上,且都受到客流分布的影响,一项能耗的降低可能带来另一项能耗的增加,因此,有必要综合两类能耗进行系统的节能策略研究?；谝陨媳尘?本文首先对城市轨道交通综合运营能耗进行了详细分析,建立了城市轨道交通综合运营能耗精细化评估方法,然后建立了基于综合运营能耗的行车组织策略优化模型并设计求解算法,最后,论文以北京地铁八号线为例进行案例验证,论文的主要内容如下:(1)分析了城市轨道交通综合运营能耗。论文在前人文献基础上,对城市轨道交通综合运营能耗的组成、各部分能耗占比、产生过程、影响因素和相互关系进行了系统分析,总结了城市轨道交通综合运营能耗主要包括列车牵引能耗、车站通风空调能耗、电梯能耗;列车牵引能耗受区间运行时间、在车乘客数的影响,车站通风空调能耗受室外空气参数、乘客在站等车时间和列车发车频率的影响;电梯能耗受时段内是否有乘客进出站的影响。通过分析发现,列车牵引能耗和车站通风空调能耗共同受列车运行组织和客流波动的影响,有必要进行综合优化。(2)建立了城市轨道交通综合运营能耗评估方法。现有城市轨道交通系统由于电路设计、电表安装等原因,无法准确测量各部分运营能耗。为解决这一问题,论文构建了城市轨道交通综合运营能耗评估方法,其学术目的是为寻求节能手段提供重要基础。论文在考虑时变客流影响的基础上,提出了城市轨道交通综合运营能耗精细化评估方法。(3)建立了基于综合运营能耗的城市轨道交通行车策略优化模型。以城市轨道交通综合运营能耗评估方法为基础,建立了节省综合运营能耗的城市轨道交通行车组织优化模型,并针对模型设计了遗传算法求解。(4)以北京地铁八号线为例,评估线路综合运营能耗,并进行了模型和算法的验证。首先研究了3种场景,分别是车站通风空调能耗最小化、列车牵引能耗最小化、乘客旅行时间和综合运营能耗最小化为目标的行车组织方案,分析乘客分布和发车时间分布对目标的影响;最后以乘客旅行时间和综合运营能耗最小化为目标并设置不同权重优化时刻表,检验模型的灵敏度;验证了模型的有效性。研究发现,本文提出的能耗评估方法可较系统地评估城市轨道交通综合运营能耗。所提出的基于综合运营能耗的行车组织策略优化方法,能够通过时刻表优化有效降低综合运营能耗。进一步研究发现,提高列车满载率并增大列车区间的运行时间,可减少列车牵引能耗;在站等车乘客均匀分布,可减少车站通风空调能耗;综合运营能耗权重越小,优化方案的综合运营能耗越大