地铁因具有容量大、安全性高、速度快等特点,成为了各大城市缓解交通拥堵压力的重要发展方式。近年来,上海、广州、北京等大城市为提高长距离乘客的出行效率,相继规划修建采用快慢车运营组织模式下的地铁市域线,地铁线网的规模进一步提升。与此同时,地铁系统的能源消耗也随着地铁运营里程的增加呈现出快速增长的趋势,研究如何降低占系统总能耗约一半的列车牵引能耗具有重要现实意义。目前关于地铁列车节能运行优化的研究大多关注的是站站停模式下的地铁线路,对快慢车运营组织模式的特点如不同列车停站间距存在差异、列车追踪对象会发生改变等考虑不够充分,导致既有研究成果难以直接应用于快慢车线路。为此,有必要深入研究快慢车运营组织模式下的地铁列车运行控制节能方法。本文研究了快慢车运营组织模式下考虑再生能利用和追踪间隔要求的地铁多列车协同控制节能优化问题。首先结合快慢车运营组织模式的特点,提出了一种允许途中二次牵引以配合其他列车制动过程的列车定时节能优化操纵策略。随后基于滚动优化思想将列车协同操纵全局优化问题分解为一系列的子问题,并以列车净能耗最小为目标建立了多列车运行控制节能优化模型。最后,设计了一种混合遗传算法用于模型的求解。论文主要内容包括:(1)结合地铁快慢车运营组织模式的特点,提出了一种充分利用再生能的列车优化操纵策略,使列车运行净能耗最小。优化操纵策略包括牵引、巡航、惰行和制动四种工况,且允许列车在运行途中进行二次牵引和使用部分牵引/制动力。在列车的途中运行阶段引入二次牵引过程可以提高牵引列车和制动列车的重叠几率,而在列车牵引阶段和制动阶段分别采用部分牵引、部分制动则有助于增加列车间牵引、制动工况的重叠时间,提升再生制动能的利用量。算例分析表明,相较于传统的四阶段操纵策略,优化操纵策略的节能效果提升了3.55%。(2)本文提出了一种滚动优化机制将列车协同操纵全局优化问题分解为一系列的子问题,即每一列车进入下一区间前由中央控制器根据供电分区内其他列车的操纵方案和列车重量等实时运营信息,计算出站列车在下一区间的操纵方案。在此基础上,以列车净能耗最小为优化目标,建立了快慢车运营组织模式下的多列车运行控制节能优化模型,并设计了求解算法。算例分析表明,相较于单列车个体最优控制方法,基于本文优化操纵策略的多列车协同控制方法在节能效果上提升了3.81%。(3)为保证本文多列车运行控制节能优化模型计算得到的列车操纵方案能够满足列车间的动态追踪间隔约束,本文设计了一套列车安全追踪运行保障规则。案例结果表明了本文模型求解得到的列车运行操纵方案总是能保证列车与其追踪对象间满足动态最小追踪间隔约束。(4)为验证多列车协同控制模型在实际时刻表下也能取得较好的节能效果,基于实际快慢车线路的时刻表和相关参数设置了验证案例。案例结果显示,“基于优化操纵策略的协同控制方法”比“基于四阶段操纵策略的个体最优方法”节能6.65%,且本文提出的滚动优化机制和设计的混合遗传算法使求解效率能够满足实时计算要求。