پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران) دانشکده مهندسی برق
پایان‌نامه کارشناسی ارشد گرایش راه‌آهن برقی
عنوان بهینه‌سازی همزمان مصرف انرژی و عملکرد قطار در سیستم‌های راه‌آهن برقی
دانلود بهینه‌سازی همزمان مصرف انرژی و عملکرد قطار در سیستم‌های راه‌آهن برقی
Simultaneous optimization of energy consumption and train performances in Electric Railway Systems
چکیده
امروزه با توسعه سریع سیستم‌های حمل و نقل ریلی درون شهری و برون شهری، تقاضای انرژی مصرفی و همچنین کیفیت سرویس دهی مطلوب‌تر افزایش یافته است. رقابت در این عرصه می‌تواند در نحوه اجرای یک سفر بهینه با اهداف حداقل تاخیر زمانی سفر و حداقل انرژی مصرفی شکل بگیرد. در این پایان‌نامه چگونگی حصول یک سفر کارآمد توسط یک قطار، تحت قیود پروفیل مسیر و حدود سرعت مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا، روش‌های بهینه‌سازی چندهدفه تکاملی NSGA-II و MOPSO و همچنین روش بهینه‌سازی تکاملی یک‌هدفه Krill Herds، برای تولید یک تراژکتوری سرعت با حداقل انرژی مصرفی، حداقل تاخیر زمانی سفر و همچنین با تامین آسایش مسافرین، مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج به ازای یک زمان سفر معین 1200 ثانیه‌ای نشان داد که تراژکتوری سرعت تعیین شده توسط NSGA-II دارای بهترین عملکرد و کمترین انرژی مصرفی نسبت به دو الگوریتم دیگر است. همچنین جبهه‌های پارتو منتجه به ازای تعداد اعضا و تکرار یکسان نشان داد که در زمان‌های سفر کوتاهتر از حدود 1100 ثانیه و طولانی‌تر از 1500 ثانیه، MOPSO می‌تواند دارای نتایج مطلوب‌تری باشد.
با توسعه شبکه های الکتریکی حتی در نواحی بین شهری، بیشتر سیستم‌های تراکشن راه‌آهن امروزی از انرژی الکتریکی استفاده می‌کنند. در این پایان‌نامه یک سیستم تراکشن راه‌آهن 2×25 کیلو ولت AC 50 هرتز مورد بررسی قرار گرفته و برای چند مورد از مشکلات اساسی این سیستم نظیر عدم تعادل حدود 11 درصد در جریان بار و همچنین مصرف توان راکتیو بالا، یک SVC هوشمند پیشنهاد شده است. این SVC قادر است بصورت زمان واقعی و توسط الگوریتم بهینه‌سازی چندهدفه NSGA-II، میزان عدم تعادل جریان بار را به 98/0 درصد تقلیل داده و همچنین همزمان توان راکتیو مورد نیاز سیستم را نیز تامین کند.
واژه‌های کلیدی:
راه‌آهن برقی، بهینه‌سازی مصرف انرژی، تراژکتوری سرعت بهینه، بهبود آسایش مسافرین
فهرست مطالب:
- 1. فصل اول مقدمه. 1
2 فصل دوم مروری بر سیستم‌های تراکشن راه‌آهن.. 5
2.1 سیستم‌های تراکشن الکتریکی.. 6
2.1.1 محرکه موتور DC.. 8
2.1.2 محرکه موتور AC.. 9
2.2 تراکشن دیزل الکتریک… 12
2.3 تراکشن هیبریدی.. 13
3 فصل سوم مروری بر روش‌های بهینه‌سازی.. 15
3.1 بهینه‌سازی یک‌هدفه. 16
3.2 مفاهیم بنیادی در بهینه‌سازی چندهدفه. 17
3.3 جستجو و تصمیم‌گیری.. 21
3.4 مروری بر روش‌های مرسوم در بهینه‌سازی چندهدفه. 22
3.4.1 روش مجموع وزن‌دار 22
3.4.2 روش مقیدسازی ε. 23
3.5 الگوریتم‌های تکاملی در بهینه‌سازی یک‌هدفه و چندهدفه. 24
3.5.1 الگوریتم بهینه‌سازی تکاملی یک‌هدفه Krill Herds. 27
3.5.2 جستجوی چندهدفه. 32
3.5.3 الگوریتم بهینه‌سازی چندهدفه تکاملی NSGA-II. 33
4.5.3 الگوریتم بهینه‌سازی چندهدفه تکاملی MOPSO.. 38
4 فصل چهارم مدل‌سازی حرکت قطار و توان تراکشن.. 44
4.1 فیزیک حرکت وسایل نقلیه. 45
4.1.1 آشنایی کلی. 45
4.1.2 کشش سطحی. 46
4.1.3 مقاومت قطار 48
4.1.4 جرم موثر. 48
4.1.5 معادله عمومی حرکت وسیله نقلیه. 49
4.2 مدل‌سازی و شبیه‌سازی.. 49
4.2.1 سوییچ وضعیت وسایل نقلیه. 50
4.2.2 ورودی‌های عملیاتی. 52
4.2.3 شبیه‌ساز حرکت قطار 57
4.3 معادلات حالت و توابع هدف.. 58
5 فصل پنجم بهینه‌سازی تراژکتوری سرعت قطار. 61
5.1 اصل بخش‌بندی مسیر و گراف سرعت… 63
5.2 ارائه یک استراتژی رانندگی کارآمد. 63
5.2.1 ساخت تراژکتوری سرعت.. 63
5.2.2 تعیین شاخص کنترل با ضریب آسایش مسافرین. 65
5.3 پیاده‌سازی الگوریتم بهینه‌سازی چندهدفه NSGA-II روی مساله مورد نظر. 68
5.3.1 تعیین جمعیت اولیه. 68
5.3.2 ابتکار در هدایت فرآیند جستجو. 69
5.3.3 تعیین برازندگی اعضای فرآیند بهینه‌سازی: 69
5.4 پیاده‌سازی الگوریتم بهینه‌سازی چندهدفه MOPSO روی مساله مورد نظر. 71
5.5 پیاده‌سازی الگوریتم بهینه‌سازی یک‌هدفه KH روی مساله مورد نظر. 72
5.6 بیانی از مقاوم بودن در روش‌های بهینه‌سازی تکاملی.. 72
5.6.1 مقاوم بودن در بهینه‌سازی یک‌هدفه. 73
5.6.2 مقاوم بودن در بهینه‌سازی چندهدفه تکاملی. 74
5.7 مورد مطالعاتی.. 75
5.8 نتایج شبیه‌سازی و مقایسه. 76
5.8.1 نتایج حاصل از اعمال الگوریتم NSGA-II. 77
5.8.2 نتایج حاصل از اعمال الگوریتم MOPSO.. 78
5.8.3 نتایج حاصل از اعمال الگوریتم KH.. 80
5.8.4 تراژکتوری‌های سرعت بهینه. 81
5.9 مقایسه نتایج با یک مرجع. 85
5.10 ارائه یک شیوه برای استفاده از روش‌های پیشنهادی.. 87
6 فصل ششم بهبود کارایی سیستم تراکشن الکتریکی بوسیله کاهش عدم تعادل جریان و همزمان تامین توان راکتیو مورد نیاز. 89
6.1 ساختار کلی یک سیستم 2×25 کیلو ولت AC اتوترانسفورماتوری.. 90
6.2 عیب یابی سیستم و ارائه راه‌حل.. 91
6.3 اجرای SVC. 92
6.4 متعادل‌سازی جریان بار 93
6.5 جبران‌سازی توان راکتیو. 94
6.6 تعریف مساله. 95
6.7 فرآیند بهینه‌سازی.. 95
6.8 نتایج و بررسی.. 96
7 فصل هفتم نتیجه‌گیری و پیشنهادات… 102
منابع و مراجع.. 104
| فرمت فایل: Word (قابل ویرایش) |
| تعداد صفحات: 128 |
| حجم: 3.06 مگابایت |