Thuật toán xác định thời gian chạy tàu khu gian hiệu quả năng lượng trên tuyến đường sắt đô thị 2A Hà Nội

Bài viết trình bày một thuật toán xác định bộ thông số thời gian chạy tàu khu gian hiệu quả năng lượng nhằm tối thiểu tổng điện năng tiêu thụ của tàu trên tuyến đường sắt đô thị sử dụng phương pháp nhân tử Lagrange.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thuật toán xác định thời gian chạy tàu khu gian hiệu quả năng lượng trên tuyến đường sắt đô thị 2A Hà Nội Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH THỜI GIAN CHẠY TÀU KHU GIAN HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG TRÊN TUYẾN ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ 2A HÀ NỘI Trịnh Lương Miên1* 1 Trường Đại học Giao thông Vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Láng Thượng, Đống Đa, Hà Nội * Email: mientl@utc.edu.vn Tóm tắt. Bài báo trình bày một thuật toán xác định bộ thông số thời gian chạy tàu khu gian hiệu quả năng lượng nhằm tối thiểu tổng điện năng tiêu thụ của tàu trên tuyến đường sắt đô thị sử dụng phương pháp nhân tử Lagrange. Kết quả mô phỏng với dữ liệu tuyến 2A Cát Linh-Hà Đông cho thấy thuật toán đề xuất đã xác định được bộ thông số thời gian chạy tàu khu gian hiệu quả năng lượng trên tuyến, với sai lệch thời gian chạy tàu khu gian so với kế hoạch 12.4%, năng lượng tiết kiệm 4.1%. Từ khóa: metro, ATO, tàu điện, điều khiển tàu, biểu đồ chạy tàu, hiệu quả năng lượng 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Thời gian chạy tàu kế hoạch trên khu gian là thông số chính trong biểu đồ kế hoạch chạy tàu, liên quan trực tiếp đến điện năng tiêu thụ của tàu [1,2]. Để vận hành chạy tàu tiết kiệm năng lượng trên tuyến ta cần xác định các trị số thời gian chạy tàu khu gian trên tuyến sao cho tối thiểu tổng điện năng tiêu thụ của tàu trên tuyến. Giao thông đường sắt đô thị khi đi vào hoạt động đều được tối ưu hóa theo các mục tiêu xác định: tối ưu biểu đồ thời gian chạy tàu không xung đột [4], tối ưu biểu đồ thời gian chạy tàu kế hoạch [5,6,7], tối ưu tổng mức tiêu thụ năng lượng [8], tối ưu thời gian chờ chuyến [9], hoặc kết hợp giữa các chỉ tiêu này [10,11]. Trong hoạt động chạy tàu hàng ngày, thời gian biểu kế hoạch và thời gian tàu lăn bánh luôn bị gián đoạn bởi các nhiễu loạn, như lỗi thiết bị, thời tiết khắc nghiệt, tai nạn bất ngờ … gây ra tính không khả thi của kế hoạch ban đầu [12]. Do đó, một hoạt động cơ bản của tuyến đường sắt hàng ngày là lên lại lịch trình kế hoạch chạy tàu với các ước lượng thông tin và xáo trộn tàu theo thời gian thực. Nhiệm vụ này đặt ra bài toán xác định bộ thông số thời gian chạy tàu hiệu quả của từng khu gian để tối thiểu tổng điện năng tiêu thụ của tàu trên tuyến khi cho trước thời gian chạy tàu trên tuyến. Tại Hà Nội, các tuyến đường sắt đô thị đang trong quá trình xây dựng. Tuyến đường sắt đô thị 2A Cát Linh - Hà Đông [16] đang chạy kỹ thuật từ cuối năm 2019. Đây là loại hình vận tải hành khách công cộng văn minh, tiện ích, nhưng tiêu thụ điện năng lớn. Các nghiên cứu trong nước về tối thiểu năng lượng biểu đồ chạy tàu có số lượng không nhiều. Nghiên cứu chủ yếu tập trung vào profile tốc độ chạy tàu tối ưu năng lượng với dữ liệu tuyến 2A Hà Nội [17,20], hoặc dữ liệu đường sắt Bắc-Nam đầu máy diesel [14,18,19], hay sử dụng siêu tụ tích trữ năng lượng trên tàu [15,21]. Bài báo này trình bày một thuật toán xác định bộ thông số thời gian chạy tàu khu -221- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải gian hiệu quả năng lượng trên tuyến sử dụng phương pháp nhân tử Lagrange. Bố cục bài báo gồm có 5 phần. Phần đặt vấn đề trình bày các nghiên cứu liên quan đến thời gian chạy tàu khu gian. Phần thứ hai đặt bài toán xác định bộ thông số thời gian chạy tàu khu gian hiệu quả năng lượng trên tuyến. Phần thứ 3 giải bài toán. Phần thứ 4 trình bày thuật toán xác định bộ thông số thời gian chạy tàu khu gian hiệu quả năng lượng trên tuyến đường sắt đô thị 2A Hà Nội. Cuối cùng là kết luận và tài liệu tham khảo. 2. ĐẶT BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH THỜI GIAN CHẠY TÀU KHU GIAN HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG TRÊN TUYẾN Trước khi một tàu chạy trên một khu gian xác định, ATS sẽ gửi đến ATO một giá trị thời gian chạy tàu Tz[s] của khu gian đó được quy định trong biểu đồ chạy tàu. Từ đó ATO kết hợp với ATP thực hiện điều khiển chạy tàu trên khu gian đó, sao cho thời gian chạy tàu thực tế Tx[s] đúng bằng thời gian chạy tàu quy định, tức là Tx=Tz, hoặc với sai số chấp nhận được, nhưng không vượt quá T (với đường sắt đô thị T=3[s]), tức là Tx=Tz ±T [1,2,3,13]. Theo [1,2,4,8,10], với mỗi thời gian chạy tàu khu gian cho trước Tz[s], ta có một trị số điện năng tiêu thụ tối thiểu của tàu trên khu gian AE[kWh]. Từ đó, ta dễ dàng có được bộ thông số (TXij,AEij) của mỗi khu gian, trong đó i=1,2..n, là số đếm khu gian, j=1,2..m, là số đếm thời gian chạy tàu trên một khu gian. 1. Bảng 1. Thời gian chạy tàu và điện năng tiêu thụ của tàu trên khu gian-i. TT Thời gian chạy tàu khu gian, Điện năng tiêu thụ của tàu trên khu j TXi [s] gian, AEi(TXi) [kWh] 1 TXimax AEimin (TXimax ) 2 TXimax − T AEi (TXimax − T ) 3 TXimax − 2T AEi (TXimax − 2T ) … …. … m TXi = TXimax − mT min max AEi (TXimin ) Tổng điện năng tiêu thụ của tàu trên tuyến được xác định bằng tổng điện năng tiêu thụ của tàu trên từng khu gian. n AL (TL ) =  AEi (TXi ) (1) i =1 Tổng thời gian chạy tàu trên tuyến bằng tổng thời gian chạy tàu trên mỗi khu gian. n TL =  TXi (2) ...