Diseño eficiente de servicios ferroviarios y control de la conducción en alta velocidad

Resumen

En la actualidad existen numerosas líneas de investigación relacionadas con el ahorro energético de servicios ferroviarios de alta velocidad. El objetivo fundamental de esta tesis es la eficiencia energética de estos servicios en el ámbito de la operación, que a su vez se divide en tres objetivos principales; el diseño eficiente de conducciones manuales, la optimización de horarios y la regulación de la conducción: Diseño eficiente de conducciones manuales (ecodriving) En esta tesis se propone un método para el diseño de conducciones manuales eficientes en líneas de alta velocidad que cumplan con un tiempo de recorrido concreto. Las contribuciones relativas a este objetivo han sido el desarrollo de un modelo de simulación con más del 99% de precisión en el cálculo de tiempos de recorrido y consumos energéticos, un modelo de conducción manual fácil de implementar, especialmente apropiado para líneas de alta velocidad y definido por un conjunto de consignas de alto nivel basadas en estrategias de regulación de velocidad sin freno seguidas por una deriva final, y un modelo de optimización eficiente basado en un algoritmo evolutivo. El método propuesto se ha verificado con medidas reales en servicios de alta velocidad con el tren Talgo-Bombardier S-102, obteniendo un ahorro medio del 22,80% para el servicio Madrid-Guadalajara-Calatayud-Zaragoza, y un 19,13% para el servicio Zaragoza-Calatayud-Guadalajara-Madrid. Optimización de horarios En esta tesis se propone un modelo para distribuir el tiempo total holgura de un servicio comercial entre todos los trayectos del mismo, asignando mayores holguras a aquellos trayectos con mayor potencial de ahorro energético. El modelo tiene en cuenta la incertidumbre asociada a los retrasos, modelada con teoría borrosa, y también se consideraron requisitos de puntualidad borrosos. Las aportaciones relacionadas con este objetivo son la formulación y resolución del problema de optimización con un modelo de programación matemática borrosa que considera los tiempos de retraso originados a la salida de cada estación como números borrosos, y que expresa los requisitos de puntualidad mediante mediciones de necesidad de la llegada puntual a cada estación del servicio. Además, también se tiene en cuenta la respuesta del maquinista ante un escenario con retraso, modelándola también con naturaleza difusa. Este modelo es analizado con un caso ejemplo de un servicio en operación, el 3113 entre Madrid y Barcelona, con paradas en Calatayud, Zaragoza, Lérida y Tarragona. Manteniendo constante el tiempo de recorrido total y los tiempos de parada se obtiene un ahorro energético total de 6,67%. Regulación de la conducción manual Finalmente se propone un algoritmo que regula la conducción en tiempo real de tal forma que, cuando es necesario, se calcule una conducción eficiente alternativa que recupere el retraso acumulado, adaptándose a las condiciones instantáneas del servicio y teniendo en cuenta la incertidumbre asociada a la aplicación manual de las consignas de conducción. La contribución principal es el modelo propuesto, basado en un algoritmo evolutivo con parámetros borrosos que tiene en cuenta la incertidumbre asociada a la ejecución manual de las consignas. El método propuesto es analizado con un caso ejemplo en el que se compara la típica estrategia de recuperación inmediata de retraso en líneas de alta velocidad con la propuesta en esta tesis, consiguiendo un ahorro energético del 7%. En resumen, esta tesis propone un método global para reducir el consumo de energía de los servicios comerciales de alta velocidad a través de tres modelos diferentes: un modelo de diseño eficiente de conducciones manuales, un modelo de optimización de horarios con restricciones de puntualidad y un modelo de regulación de la conducción manual. Cada uno de los tres modelos, utilizado de manera independiente, consigue ahorros energéticos significativos, pero la principal ventaja es que se pueden combinar, formando un método global para mejorar la eficiencia de los servicios comerciales de alta velocidad.