本发明属于城市轨道交通系统，具体的说是一种基于时刻表优化的地铁节能调度运行方法及系统；
背景技术：
1、随着大家对环保意识的增强，以及城市化进程所造成城市交通的拥堵，以地铁为代表的公共交通受到了人们更多的关注，但同时，地铁作为城市电网的一个大的能量消耗载体的身份却常常被忽略；
2、过往的研究一般都倾向于把地铁和电网的内容分割开来；提出了一种混合整数线性规划方法，考虑了地铁列车调度问题中地铁能量消耗的优化；而关注于动态乘客需求下地铁能量的优化问题；应用再生制动能，尝试减少能源的消耗，并对牵引功率进行削峰；对于电网来说，人们更加关注最优潮流问题中算法的更新，从提出的传统算法比如牛顿法，再到后面的元启发式算法例如粒子群算法，自适应差分进化算法和萤火虫算法等.这些研究往往只关注于本领域，而忽略了地铁和电网作为一个互相影响的联合体的本质；
3、近些年来，也有一些本发明发现了这个问题，开始着眼于综合考虑轨道交通和电网系统；有人系统性的建立了动态的高速列车能量损耗行为，并将整个能源传输和消耗系统分为牵引供电网络、牵引驱动系统、轮轨运动系统三个部分；首次电气化铁路引入电网的一次调配控制，同时也提出了提出了电气化铁路提供一次调配的新频率调节框架，包括日前容量估计、频率控制参数调度和实时响应；有人则着重于电网侧的需求响应，通过改变列车的行驶工况，来响应某一段时间内电网的能量消耗减少的要求；但是这些研究虽然已经开始关注电网和轨道交通的连接性，但是并没有深入研究轨道交通和电网的互相影响，往往只关注于一侧的需求和改变；
技术实现思路
1、为了弥补现有技术的不足，解决上述技术问题，本发明提出了一种基于时刻表优化的地铁节能调度运行方法，包括如下步骤：
2、s10：构建地铁运行时刻表，模拟地铁运行的状态，构建进行地铁时刻表优化的地铁运行系统，搭建地铁运行系统的模型；
3、s20：搭建电力系统节点网络，对电力系统节点网络进行建模，通过matpower的ieee30节点信息，构建节点网络；
4、s30：融合节点网络和地铁系统；
5、s40：地铁-节点网络模型进行潮流分析，通过启发式算法，对最优潮流目标进行优化。
6、优选的，s1搭建地铁运行系统的模型包括：
7、s11：首先是地铁站台和线路的搭建，参考北京亦庄地铁线，搭建对应运行站台和运行距离的地铁站台模型；
8、s12：地铁的速度曲线的构建，由于地铁运行本质上是基于时刻和距离两个维度进行优化，所以我们需要根据给定的运行时间和运行距离生成对应的速度曲线。通过对列车的受力分析，在最大加速度和最大减速度的限制下，策略可以自动生成对应的满足限制的速度曲线；
9、s13：地铁客流量的分析。在地铁运行模型的搭建中，乘客的数量是在波动的，进而影响地铁的能量消耗。根据上行率和下行率，以及地铁车厢内的人数限制，进行地铁列车的顾客人数的建模；
10、s14：实现地铁运行系统的能量分析，通过速度曲线和对应的站台信息，构建地铁的能量分析，考虑再生制动能，实现列车对应供电站台的有功功率消耗的分析。
11、优选的，s30融合节点网络和地铁系统包括：
12、s31：节点网络和地铁的连接，电压从发电端通过升压汇入电网，然后通过主变电站进行降压，然后通过整流器变成直流电传入地铁，给地铁进行供电；
13、s32：对于整个地铁-节点网络进行搭建，红色的小车代表的对应的供电区间，在同个供电区间中，可能有多辆列车运行，并且再生制动能的补偿只发生在同个供电区间内，黄色的符号表示电容，也就是地铁系统通过整流器对于整个节点的无功补偿，红色小车与电力系统节点的有功消耗相连接，而黄色的电容与节点的无功补偿所连接。
14、优选的，在s40中，将地铁系统的运行时刻表的控制变量，包括每辆列车在各个站台发车时间，服务时间，以及各个车辆的发车时间间隔，以及节点网络的控制变量，发电机节点的有功输出，电压，以及变压器变比，负荷节点的无功补偿，综合控制变量，通过启发式算法-蜘蛛蜂算法进行优化。
15、优选的，s12列车的受力分析包括
16、s121：列车运行的最大加速度为α,当列车运行超过列车最大加速度时，按照最大加速度运行，列车的牵引力公式为：fa＝min{fmax,f(α)}；
17、s122：列车的制动主要依靠再生制动来实现，电动机的作用逆转，成为发电机，当列车需要减速时，轮对驱动的电动机逆变其操作模式；有列车与生成的电能的列车在同一供电站，则再生制动能被送回到供电系统，并给供电站的其他列车供电；当超过最大减速度的时候，按照最大的减速度运行；列车的制动力公式为bb＝min{bmax,b(β)}；
18、s123：在列车运行过程中，列车会受到阻碍列车当前运动的外力，使用戴维斯公式对列车阻力进行经验计算：r＝a+bv+cv2。
19、优选的，列车的运行过程分成三个阶段，牵引、惰性和制动；
20、牵引工况：当列车处于牵引工况时，列车会从接触网中吸收能量，加速列车前进；牵引工况发生在列车开始启动的时刻，列车同时受到牵引力和阻力，列车所受的合外力为c＝fa-r；
21、惰行工况：当列车处于惰行工况时，列车的电机处于不工作状态，列车既不吸收能量，也不会产生再生制动能，此时列车只受到阻力的作用，并且列车的速度会缓慢的减小；在这种情况下，列车所受的合外力为c＝-r；
22、制动工况：当列车处于制动工况时，列车会通过再生制动能产生制动力，列车在这个阶段的速度会快速下降并减小为0；制动工况一般发生在列车运行曲线的后半段，是列车即将到站所产生；c＝-bb-r。
23、优选的，s13：地铁客流量的分析包括：
24、s131：列车k到达车站s时，在站台上等待上车的乘客数量等于在列车k与前次列车的车头时距之内进入s站台等待列车k的乘客与上次滞留的乘客之和，公式为：
25、s132：列车k离开站台s时，车内的乘客人数为上一次离站时车内的乘客人数加上上下车的人数之差，公式为：
26、s133：当列车k到达车站s时，下车乘客的数量，公式为：
27、s134：上车的乘客数量为列车k的剩余容量和车站s上车乘客需求的最小值，公式为：
28、s135：列车k离开s时，站台处的滞留人数，公式为：
29、优选的，s14列车的能量分析：
30、首先根据列车的动力学分析，得到在不同工况下，列车受到的牵引力和制动力的公式：
31、
32、
33、而列车涉及的能量里有一部分是再生制动能，再生制动能在上下行的同一供电区间内传递，
34、得到如下公式；
35、供电分区q的牵引能耗；
36、供电区间q的再生再生制动能；
37、式中，φm,q∈{0,1}，当车辆所经过的车站属于供电区间q时，φm,q＝1，否则，φm,q＝0，λ是再生制动能的能量利用系数；得到供电区间q消耗的净能量的公式：
38、
39、一种基于时刻表优化的地铁节能调度运行系统，该系统用于上述的基于时刻表优化的地铁节能调度运行方法，包括6个发电机、41个支路、4个负载分接变换变压器和9个并联电容器；系统一共有37个控制变量；其中包括25个直接控制变量；在实际功率损耗和电压水平最小的情况下，验证了所引入的优化方法的适应性。
40、本发明的有益效果如下：
41、1.本发明着眼于基于地铁时刻表的最优潮流优化，通过对地铁时刻表的优化，进而控制电网节点系统的有功和无功，在同时考虑电网节点系统的控制变量的基础上，做到对整体节点网络的优化。
42、2.本发明首次将地铁时刻表的优化引入节点网络最优潮流的计算，提出的混合pso-swo能够有效的处理opf问题，提出和采用了metro-ieee30bus混合模型，再满足铁路侧的运行时刻精度的同时，又能客观分析控制变量对节点网络的影响。
43、3.本发明采用新的启发式算法-蜘蛛蜂算法，来解决电网领域的opf问题；将优化方法应用于最常用的测试网络ieee30bus系统，在实际功率损耗和电压水平最小的情况下，验证了所引入的优化方法的适应性；将swo算法和其他传统的启发式算法进行了比较，证明了swo算法在处理复杂多参数限制问题上的优越表现；同时，本发明现有研究理想化处理了地铁模型和电网的结合，采用更细致的模型处理基于地铁的最优潮流优化。
1.一种基于时刻表优化的地铁节能调度运行方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于时刻表优化的地铁节能调度运行方法，其特征在于：s1搭建地铁运行系统的模型包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于时刻表优化的地铁节能调度运行方法，其特征在于：s30融合节点网络和地铁系统包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于时刻表优化的地铁节能调度运行方法，其特征在于：在s40中，将地铁系统的运行时刻表的控制变量，包括每辆列车在各个站台发车时间，服务时间，以及各个车辆的发车时间间隔，以及节点网络的控制变量，发电机节点的有功输出，电压，以及变压器变比，负荷节点的无功补偿，综合控制变量，通过启发式算法-蜘蛛蜂算法进行优化。
5.根据权利要求4所述的一种基于时刻表优化的地铁节能调度运行方法，其特征在于：s12列车的受力分析包括
6.根据权利要求5所述的一种基于时刻表优化的地铁节能调度运行方法，其特征在于：列车的运行过程分成三个阶段，牵引、惰性和制动；
7.根据权利要求6所述的一种基于时刻表优化的地铁节能调度运行方法，其特征在于：s13：地铁客流量的分析包括：
8.根据权利要求7所述的一种基于时刻表优化的地铁节能调度运行方法，其特征在于：s14列车的能量分析：
9.一种基于时刻表优化的地铁节能调度运行系统，该系统用于权利要求1-8任意一项所述的基于时刻表优化的地铁节能调度运行方法，其特征在于：包括6个发电机、41个支路、4个负载分接变换变压器和9个并联电容器；系统一共有37个控制变量；其中包括25个直接控制变量；在实际功率损耗和电压水平最小的情况下，验证了所引入的优化方法的适应性。
