项目名称：面向系统节能的调度控制一体化方法研究及半实物仿真平台搭建
项目时间:：2013年8月~2014年12月
合作单位：杨&林实验室 and 轨道交通控制与安全国家重点实验室
项目介绍：
本项目由杨林实验室与交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室合作建立，属北京市支持中央高校共建项目，研究城市轨道列车面向系统节能的调度控制一体化方法，并建立半实物仿真平台，验证基于车辆及牵引供电特性的ATO的性能，仿真分析调度控制一体化模型的控车效果，评估多列车正线运营的牵引供电能耗。
研究内容：
- 1. 基于车辆及牵引供电特性的ATO性能优化
列车ATO的驾驶策略由外环和内环双层策略构成。现有的ATO外环策略主要考虑了线路线型、临时限速、运营计划等安全和运营方面的需求。本项目拟在此基础上，优化外环控制策略，增加考虑直流供电网网压波动情况下的车辆牵引及制动特性、变电所供电输出特性及变电所分布等与车辆、供电网运行密切相关的制约因素，解析各种制约因素之间的耦合关系，以列车节能驾驶为优化目标，建立含复杂约束条件的非线性动态优化模型。在优化的基础上，内环策略采取自学习鲁棒控制算法，精确跟踪节能优化的运行曲线，并且准确执行停车制动。算法不仅能够在有效范围内抑制环境的扰动，同时也能够实现操纵延时补偿，实现高性能的ATO节能操纵策略。
- 2. 考虑再生制动和单车ATO节能的运行图优化方法
考虑列车再生制动能量产生、存储和利用的特性以及再生制动能量对牵引供电网的影响，基于牵引供电仿真和单车ATO节能操纵策略的研究，以节能为目标优化城市轨道交通列车运行图。
基于再生制动能量在同一供电区间内相邻列车之间传递的基本原理，分析再生制动技术对单车ATO节能操纵策略的影响，构建基于牵引供电仿真的混合整数规划模型优化列车运行图，通过调整发车间隔、停站时间、及区间运行时间，使得制动列车所产生的再生能量能够最大程度地被相邻牵引列车使用，实现列车正线运营牵引能耗的全局最优。
- 3. 基于牵引供电网工作状态的列车再生能量控制策略
再生制动利用率与再生车和牵引车的瞬时供电特性有关，建立多列车运行的牵引供电系统模型，分析再生制动能量利用率。从车-网能量交换的角度出发，当列车发生再生失效时，研究同一供电区间内的牵引车和再生车的静态、动态特性，分析电流控制变化率对控制系统的稳定性的影响，优化再生电流控制，减少再生失效的发生。从列车运行角度出发，一方面可以实时调整列车的ATO控制策略，协调相邻车之间的驾驶策略，能够更好地利用再生制动能量。另一方面，当某列车运行受到微小干扰时，能够生成不同的运行调整方案并评估其能耗，进而在满足运营需求的前提下，适当调整列车站间运行时分和ATO控制策略，使列车间能够更好的使用再生制动能量，同时减少系统的能耗。
- 4. 城轨列车运行能耗评估
结合我国城市轨道交通列车实际情况，分析牵引供电系统在加入储能装置后列车正线运营产生能耗的原因和方式。基于牵引供电和列车动力学理论建立列车正线运营的牵引供电系统能耗评估模型，该模型应包括列车牵引能耗评估模型、环境控制能耗评估模型、再生制动能量评估模型三个部分。其中环境控制能耗是指系统为保证运营而在空载运行基础上额外增加的能耗，主要是照明和空调方面的能耗；再生制动能量评估模型是计算列车运行过程中产生的再生制动能量和被储能装置吸收利用的剩余再生制动能量。研究考虑列车、变电所、储能装置、再生电流限制器等因素造成的非线性问题。基于该模型评估牵引供电系统在加入储能装置后列车正线运营过程中不同列车控制方式下的再生制动能量利用规律。
- 5. 面向系统节能的调度控制一体化半实物仿真平台搭建
利用真实线路参数、列车参数，结合列控系统、列车牵引供电系的真实设备，搭建面向系统节能的调度控制一体化半实物仿真平台。通过该平台实现列车运行控制系统与列车牵引供电系统的互联互通，研制接口适配装置，实现列车运行控制系统与列车、牵引供电系统真实设备和仿真设备的虚实结合、虚实互换，测试列车运行控制系统与列车、牵引供电系统的适配性、验证基于车辆及牵引供电特性的ATO的性能，仿真分析调度控制一体化模型的控车效果，评估多列车正线运营的牵引供电能耗。
主要成员：
夏 欢：总体策划、硬件电路设计
胡 斌：半实物仿真平台搭建
王 彬：牵引供电仿真及能耗评估模型的建立、储能装置配置的优化算法研究
赵莹莹：再生失效时多车振荡分析及多车运行情况下的节能策略研究
赵亚杰：协助硬件电路设计
贾兆欣：牵引供电网络算法的研究
倪颖婷：协助半实物仿真平台的搭建
主要结论：
（一）主要创新点
1、国内首次建立面向节能的调度控制一体化半实物仿真平台。
2、国内首次针对超级电容在城轨中的应用，考虑车、网以及超级电容三者之间的关系，提出一种地面超级电容配置及设置方法。
（二）主要突破点
1、面向节能的调度控制一体化技术
2、直流牵引网动态潮流解析技术
3、列车负载模拟技术