試論列車控制與行車調(diào)度一體化節(jié)能方法

吳文艾 杜巧玲 王月太

摘 要：隨著城市化進程的不斷加快，當前城市軌道交通項目建設(shè)與發(fā)展速度也越來越快，同時在軌道交通中，人們也更加關(guān)注的節(jié)能。本文主要分析了列車控制與行車調(diào)度同節(jié)能的關(guān)聯(lián)，然后探討了列車控制與行車調(diào)度一體化的節(jié)能策略，希望給相關(guān)人員提供一些有價值的參考。

關(guān)鍵詞：列車控制；行車調(diào)度；一體化節(jié)能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.201

0 引言

城市軌道交通運營歷程增加、客運量升高及地鐵剛性能耗增長等使得節(jié)能降耗成為地鐵營運部門關(guān)注的焦點。當前，國內(nèi)對于列車節(jié)能的研究，主要強調(diào)列車節(jié)能駕駛及再生制動能方面，而隨著節(jié)能需求的不斷深化，國內(nèi)外逐漸開展節(jié)能時刻表的制定。本次研究主要研究了對列車控制與行車調(diào)度協(xié)同的一體化節(jié)能策略，希望以此降低能源損耗。

1 列車控制與行車調(diào)度同節(jié)能的關(guān)系

約定列車在規(guī)定時間完成運輸任務(wù)，實際中有多種可行的速度曲線選擇，但是每種選擇搜對應(yīng)的能耗存在很大的差異[1]。在保證列車安全平穩(wěn)前提下，需要選擇出一條合理的速度曲線來指導列車運行，以達到最佳的節(jié)能效果。

列車運行同能耗的聯(lián)系為：

（1）列車牽引力做功消耗電能轉(zhuǎn)變成列車的動能；

（2）克服阻力做功將動能以熱量形式消耗；

（3）借助再生制動將列車的動能轉(zhuǎn)變成再生制動能。對列車的運行工況進行分析，并且結(jié)合單站間的節(jié)能速度曲線，列車技能的控制策略如下：充分利用惰行技能及合理選擇牽引及制動時間。

2 列車控制與行車調(diào)度一體化節(jié)能

2.1 多車間再生制動能利用

現(xiàn)有城市軌道交通中，線路站間的長度分布在幾百到幾千米，以及間距劃分為短站間距及長站間距類型類型。針對行車調(diào)度節(jié)能，針對短站采取一次牽引的列車控制策略，長站則采取二次牽引的控制策略[2]。同時將再生能的利用范圍推廣到整個區(qū)間，不單單局限在進出站的階段，這樣主要使是再生能量得到有效的利用。

（1）短站間距再生制動能利用策略。對于短站間距，列車最佳的控制策略主要采用的是一次牽引的控制策略。也就是列車以最大的牽引力加速到一定的速度后惰行形式，在將要進站的時候以最大的制動減速停車。

一次牽引過程中，再生制動能利用上，利用條件應(yīng)該是同一變電所內(nèi)的列車。在運行階段中，列車制動準備進入到車站，制動并產(chǎn)生再生制動能；列車加速離開車站，牽引力需要消耗掉電能，然后列車在到達下一站時進行惰行形式，這樣既不會消耗電能也不會產(chǎn)生再生制動能，這一時候列車產(chǎn)生的再生制動能可以被下一行駛列車應(yīng)用利用，到達下一個車站完成能量的一次利用。

（2）長站間距再生制動能利用策略。對于長站車距，采取一次制動的方式并不能完全行駛完全程，所以可以疊加牽引，采取二次牽引的控制策略。長距離的站間行駛過程，列車先以最大的牽引力加速到最大的速度，然后惰行一段距離，等到同一變電所內(nèi)存在列車制動的時候再次進行牽引，完成二次牽引[3]。在此期間，列車的速度如果降至速度下限依舊無列車制定的情況，列車要進行主動牽引，同時限速如果發(fā)生變化并且列車惰行不能將速度減速到速度上限下，可采取主動制動的方式，這樣可以使得列車不僅僅在進出站的時候能夠利用再生制動能，在實際運行中同樣可以利用，這樣可以減少再生制動能的浪費。

二次牽引再生制動能利用上，第一次牽引過程，列車制動準備進到車站，制動后產(chǎn)生再生制動能，下一列車在遷移車站完成二次牽引并消耗電能，完成第一次牽引的列車惰行到進行第二次牽引時，減速并且再次制動，而此時下一列車已經(jīng)進行制動，完成一個制動循環(huán)。列車二次制動重復上述的制動階段，完成制動能的利用。

2.2 列車控制與行車調(diào)度一體化節(jié)能模型

（1）模型建立?；趯诬嚬?jié)能駕駛及多車協(xié)同控制，對再生制動能進行分析，對于全線總能耗最低目標，選取列車區(qū)間的牽引時間、巡航時間、惰行時間、制動時間、停站時間及列車發(fā)車間隔作為變量構(gòu)架出行車模型[4]。

（2）單車節(jié)能分析。單車節(jié)能優(yōu)化策略如下：1）出現(xiàn)限速區(qū)域，先以最大的加速度加速，然后巡航；2）永久限速的區(qū)域，以最大的加速度加速后進行惰行，之后以最大減速度進行制動；3）臨時限速的區(qū)段，采取巡航的駕駛模式；4）進站限速的區(qū)域采取巡航駕駛模式，最后以最大的速度進行制動。

列車采取牽引-巡航-惰行-制動的行駛模式可實現(xiàn)區(qū)間的節(jié)能運行。

（3）列車調(diào)整措施。城市軌道交通調(diào)整方法的設(shè)計上，需要盡量遵循如下原則：第一，滿足實時性需求，調(diào)整時間需盡可能短；第二，調(diào)整目標在于避免運行紊亂，使得列車有序運行；第三，調(diào)整需從乘客效益及運營公司效益方面考量，保證乘客服務(wù)質(zhì)量及滿意度，避免乘客等車時間長使得客流量集中。

列車調(diào)整上，調(diào)整策略如下：1）調(diào)整站間的運行時間。列車出現(xiàn)進展或發(fā)車晚點的情況，在不超過列車最大運行速度前提下可提高列車的運行速度，調(diào)整站間運行時間，縮短晚點時間；2）調(diào)整停站時間。確保車門正常作業(yè)及乘客上下車前提下，可調(diào)整停站時間，縮短整體晚點時間，提高再生制動能的利用率；3）系統(tǒng)運行出現(xiàn)紊亂情況，可適當采取越行站、會讓站修改列車的到發(fā)順序，增加后者取消列車，實現(xiàn)運營系統(tǒng)正常接發(fā)車，以恢復運營的秩序。

3 結(jié)語

本文基于針對列車節(jié)能策略進行了探究，主要通過長短站間的列車控制策略，實現(xiàn)再生制動能的有效利用。同時通過構(gòu)建列車控制與行車調(diào)度一體化節(jié)能模型，通過調(diào)整站間運行時間、停站時間以及列車到發(fā)順序等方法，降低全線總能耗，提高再生制動能力的利用率，進而達到節(jié)能的目的。

參考文獻：

[1]周繼續(xù).地鐵列車節(jié)能優(yōu)化及行車調(diào)度綜合控制方法研究[D]. 廣西大學，2016.

[2]周繼續(xù)，賀德強，王合良等.地鐵列車優(yōu)化操縱與行車調(diào)度綜合節(jié)能控制方法研究[C]//中國科協(xié)年會，2015.

[3]宿帥.城軌列車運行圖和速度曲線一體化節(jié)能方法[D].北京交通大學，2016.

[4]周妍，周磊山.高速鐵路行車調(diào)度指揮一體化仿真實驗平臺設(shè)計與研究[J].鐵道學報，2012，34（06）：1-7.

作者簡介：吳文艾（1990-），女，甘肅天水人，本科，助教，研究方向：專業(yè)自動化（自動控制）。