پایان نامه بهینه سازی مصرف انرژی در سیستم راه آهن برقی
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
فهرست پایان نامه بهینه سازی انرژی در سیستم راه‌آهن برقی
فصل دوم مروری بر سیستم‌های تراکشن راه‌آهن
- سیستم‌های تراکشن الکتریکی
- محرکه موتور DC
- محرکه موتور AC
- تراکشن دیزل الکتریک
- تراکشن هیبریدی
فصل سوم مروری بر روش‌های بهینه‌سازی
- بهینه‌سازی یک‌هدفه
- مفاهیم بنیادی در بهینه‌سازی چندهدفه
- جستجو و تصمیم‌گیری
- مروری بر روش‌های مرسوم در بهینه‌سازی چندهدفه
- روش مجموع وزندار
- روش مقیدسازی ε
- الگوریتم‌های تکاملی در بهینه‌سازی یک‌هدفه و چندهدفه
- الگوریتم بهینه‌سازی تکاملی یک‌هدفه Krill Herds
- جستجوی چندهدفه
- الگوریتم بهینه‌سازی چندهدفه تکاملی NSGA-II
- الگوریتم بهینه‌سازی چندهدفه تکاملی MOPSO
فصل چهارم مدل‌سازی حرکت قطار و توان تراکشن
- فیزیک حرکت وسایل نقلیه
- آشنایی کلی
- کشش سطحی
- مقاومت قطار
- جرم موثر
- معادله عمومی حرکت وسیله نقلیه
- مدل‌سازی و شبیه‌سازی
- سوییچ وضعیت وسایل نقلیه
- ورودی‌های عملیاتی
- شبیه‌ساز حرکت قطار
- معادلات حالت و توابع هدف
فصل پنجم بهینه‌سازی تراژکتوری سرعت قطار
- اصل بخش‌بندی مسیر و گراف سرعت
- ارائه یک استراتژی رانندگی کارآمد
- ساخت تراژکتوری سرعت
- تعیین شاخص کنترل با ضریب آسایش مسافرین
- پیاده‌سازی الگوریتم بهینه‌سازی چندهدفه NSGA-II روی مساله مورد نظر
- تعیین جمعیت اولیه
- ابتکار در هدایت فرآیند جستجو
- تعیین برازندگی اعضای فرآیند بهینه‌سازی:
- پیاده‌سازی الگوریتم بهینه‌سازی چندهدفه MOPSO روی مساله مورد نظر
- پیاده‌سازی الگوریتم بهینه‌سازی یک‌هدفه KH روی مساله مورد نظر
- بیانی از مقاوم بودن در روش‌های بهینه‌سازی تکاملی
- مقاوم بودن در بهینه‌سازی یک‌هدفه
- مقاوم بودن در بهینه‌سازی چندهدفه تکاملی
- مورد مطالعاتی
- نتایج شبیه‌سازی و مقایسه
- نتایج حاصل از اعمال الگوریتم NSGA-II
- نتایج حاصل از اعمال الگوریتم MOPSO
- نتایج حاصل از اعمال الگوریتم KH
- تراژکتوری‌های سرعت بهینه
- مقایسه نتایج با یک مرجع
- ارائه یک شیوه برای استفاده از روش‌های پیشنهادی
فصل ششم بهبود کارایی سیستم تراکشن الکتریکی بوسیله کاهش عدم تعادل جریان و همزمان تامین توان راکتیو مورد نیاز
- ساختار کلی یک سیستم × کیلو ولت AC اتوترانسفورماتوری
- عیب یابی سیستم و ارائه راه‌حل
- اجرای SVC
- متعادل‌سازی جریان بار
- جبران‌سازی توان راکتیو
- تعریف مساله
- فرآیند بهینه‌سازی
- نتایج و بررسی
فهرست اشکال صفحه
شکل : محدوده عملکرد درایو تراکشن موتور DC تحریک مستقل
شکل : منحنی مشخصه گشتاور سرعت موتور القایی معمولی
شکل : متغیرهای مکانیکی و الکتریکی در چرخه کار موتور تراکشن
شکل : بلوک دیاگرام سیستم نیروی محرکه دیزل الکتریک
شکل : بلوک دیاگرام سیستم محرکه هیبرید دیزلی
شکل : مثالی از بهینه پارتو در فضای هدف (سمت چپ) و جواب‌های متناسب شدنی در فضای هدف (سمت راست)
شکل: بیان گرافیکی روش‌های وزن‌دهی (سمت چپ) و مقید سازی (سمت راست)
شکل: روابط بین فضاهای کد شده، تصمیم و هدف
شکل: بلوک دیاکرام عملکرد الگوریتم NSGA-II
شکل : تعیین میزان ازدحام جمعیت
شکل : فرآیند NSGA-II
شکل : نحوه جدول بندی جواب‌های پارتو
شکل : مشخصه نیروی کششی و مقاومت در یک وسیله نقله ریلی معمولی
شکل : سوییچ وضعیت یک وسیله نقلیه بین دو وضعیت در فضای سه بعدی
شکل : سوییچ وضعیت یک وسیله نقلیه در فضای سه بعدی
شکل : ماکزیمم شتاب در دسترس
شکل : کنترل عملیاتی مد دنده خلاص
شکل : کنترل عملیاتی مد ترمز ناشی از حد سرعت کاهش یافته
شکل : کنترل عملیاتی مد ترمز به منظور توقف در ایستگاه
شکل : کنترل عملیاتی مد ترمز در مدل‌سازی مبنای مکانی
شکل : بلوک دیاگرام شبیه‌ساز حرکت یک قطار
شکل : گراف سرعت و روند گزینش سرعت در هر موقعیت از پیش تعیین شده
شکل : منحنی شتاب ناشی از KM های مختلف در مد شتابگیری
شکل : منحنی شتاب ناشی از KB های مختلف در مد ترمز
شکل : یک طرح برای توزیع اعضای جمعیت اولیه درون فضای تصمیم
شکل : بلوک دیاگرام تعیین برازندگی
شکل : مفهوم مقاوم بودن در بهینه‌سازی یک‌هدفه
شکل : مفهوم مقاوم بودن در بهینه‌سازی چندهدفه
شکل : نیروی کششی، شتاب و مقاومت متناظر با قطارVOYAGER کلاس
شکل : پروفیل مسیر به همراه موقعیت تونلها
شکل : نمای بالای پروفیل مسیر
شکل : جبهه پارتو منتجه از الگوریتم تکاملی NSGA-II به ازای جمعیتها و تکرارهای مختلف
شکل : جبهه پارتو منتجه از الگوریتم تکاملی MOPSO به ازای جمعیتها و تکرارهای مختلف
شکل : مقایسه جبهه‌های پارتو دو الگوریتم NSGA-II و MOPSO
شکل : نمودار هزینه منتجه به ازای زمان سفر ثانیه
شکل : منحنی‌های بهینه سرعت، شتاب و موقعیت به ازای زمان سفر معادل ثانیه بدست‌آمده از الگوریتم NSGA-II
شکل : منحنی‌های بهینه سرعت، شتاب و موقعیت به ازای زمان سفر معادل ثانیه بدست‌آمده از الگوریتم MOPSO
شکل : منحنی‌های بهینه سرعت، شتاب و موقعیت به ازای زمان سفر معادل ثانیه بدست‌آمده از الگوریتم KH
شکل : نمایی از سیستم DAS پیشنهادی
شکل : ساختار کلی یک سیستم تراکشن × کیلو ولت AC اتوترانسفورماتوری
شکل : نمایی از یک SVC به همرا یک قطار
شکل : نمایی از محل نصب SVC روی سیستم
شکل : بلوک دیاگرام فرآیند بهینه‌سازی
شکل : جدول زمانی و تراژکتوری سرعت
شکل : جبهه پارتو منتجه از اعمال NSGA-II
شکل : عدم تعادل قبل از اعمال SVC
شکل : نمونه‌ای از بهبود عدم تعادل پس از اعمال SVC
شکل : پروفیل توان راکتیو
شکل : سوسپتانس‌های بهینه متناظر
بهینه‌سازی همزمان مصرف انرژی و عملکرد قطار در سیستم راه‌آهن برقی
در پایان نامه بهینه‌سازی همزمان مصرف انرژی و عملکرد قطار در سیستم راه‌آهن برقی ، چگونگی حصول یک سفر کارآمد با قطار ، با قید پروفیل مسیر و حدود سرعت مورد بررسی قرار می گیرد.
در عصر حاضر که سیستم‌های حمل و نقل ریلی درون شهری و برون شهری توسعه زیادی پیدا کرده اند، انرژی مصرفی و کیفیت سرویس دهی مطلوب تر ، مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. به طوری که یکی از مهمترین آیتم ها در سیستم های ریلی ، کاهش مصرف انرژی می باشد.رقابت سیستم های حمل و نقل می تواند با هدف حداقل تاخیر زمانی سفر و حداقل انرژی مصرفی جهت اجرای یک سفر بهینه صورت بگیرد.
در این پژوهش، 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 ۱۲۰۰ 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 ۱۱۰۰ ثانیه و طولانی‌تر از ۱۵۰۰ 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 پایان‌نامه بهینه سازی عملکرد قطار در سیستم راه آهن برقی ،یک سیستم تراکشن راه‌آهن ۲×۲۵ کیلو ولت AC 50 هرتز مورد بررسی قرار گرفته و برای چند مورد از مشکلات اساسی این سیستم نظیر عدم تعادل حدود ۱۱ 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 ۹۸/۰ درصد تقلیل داده و همچنین همزمان توان راکتیو مورد نیاز سیستم را نیز تامین کند.
