地鐵列車(chē)節(jié)能優(yōu)化及行車(chē)調(diào)度綜合控制方法

王永杰

摘? ?要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，目前節(jié)能環(huán)保逐漸成為時(shí)代的主色調(diào)。地鐵是當(dāng)前人們出行時(shí)的便捷工具，一般來(lái)說(shuō)，地鐵列車(chē)的運(yùn)營(yíng)時(shí)間越長(zhǎng)，消耗的能量則會(huì)隨之增多，因此，如何有效減少地鐵列車(chē)的能耗，促使其達(dá)成綜合控制的目標(biāo)也就轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)階段的重點(diǎn)研究項(xiàng)目。文章從地鐵列車(chē)的調(diào)度控制角度，對(duì)其節(jié)能優(yōu)化進(jìn)行相關(guān)討論。

關(guān)鍵詞：地鐵列車(chē);節(jié)能優(yōu)化;列車(chē)調(diào)度;時(shí)刻表

地鐵作為人們?nèi)粘３鲂械闹匾ぞ?，其客運(yùn)量的多少以及運(yùn)營(yíng)時(shí)間的長(zhǎng)短直接決定了列車(chē)的耗能。為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，促進(jìn)軌道交通的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)及時(shí)解決列車(chē)的能耗問(wèn)題。現(xiàn)階段對(duì)列車(chē)節(jié)能控制策略的研究較多，像很多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)列車(chē)的停站時(shí)間和惰性時(shí)間進(jìn)行合理安排，從而設(shè)計(jì)出具備節(jié)能作用的時(shí)刻表等[1]?？傊?，縱觀當(dāng)前的各項(xiàng)研究成果，要實(shí)現(xiàn)地鐵列車(chē)的能源節(jié)約，最直接可行的方式就是對(duì)行車(chē)調(diào)度方案作出相應(yīng)改變。本文就將列車(chē)整個(gè)線路的總能耗作為著手點(diǎn)，探討了單車(chē)節(jié)能與多車(chē)協(xié)同制動(dòng)節(jié)能的策略，用以降低地鐵列車(chē)的總能耗。

1? ? 地鐵列車(chē)的節(jié)能控制分析

進(jìn)入21世紀(jì)之后，人們對(duì)城市軌道交通的關(guān)注度居高不下，而相關(guān)的研究也不斷深入，目前研究成果豐碩。關(guān)于城市軌道交通節(jié)能控制方面，人們更加重視單車(chē)的節(jié)能技術(shù)和多車(chē)協(xié)同控制時(shí)再生制動(dòng)能的利用。就單車(chē)節(jié)能而言，主要是通過(guò)將現(xiàn)有的列車(chē)駕駛策略進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能，比如合理控制列車(chē)到站的加速、巡航和惰性運(yùn)行等。研究結(jié)果顯示：當(dāng)運(yùn)行時(shí)間確定時(shí)，列車(chē)借助均勻牽引的方式需要克服阻力所做的功最小，而使用最大加速度完成加速也可以減少一部分阻力。因此，列車(chē)可以采用最大功率制動(dòng)，下坡時(shí)應(yīng)避免制動(dòng)，盡量充分利用列車(chē)自身的重力勢(shì)能。就再生制動(dòng)節(jié)能而言，目前在各個(gè)國(guó)家已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。其機(jī)制主要體現(xiàn)在列車(chē)的制動(dòng)過(guò)程中，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速很容易反超電機(jī)定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，而二者的旋轉(zhuǎn)方向不統(tǒng)一時(shí)，會(huì)使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)原本的性質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，從而將所產(chǎn)生的電能回收。一般而言，城市軌道交通運(yùn)輸?shù)恼军c(diǎn)間距較短，因而列車(chē)會(huì)經(jīng)常性處于制動(dòng)狀態(tài)，如果制動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的能力能夠被回收再利用，能大大增加能量的使用效率[2]。

2? ? 地鐵列車(chē)的行車(chē)調(diào)度理論分析

2.1? 行車(chē)調(diào)度時(shí)刻表

列車(chē)的行車(chē)調(diào)度時(shí)刻表是明確標(biāo)明列車(chē)出發(fā)時(shí)刻、通過(guò)時(shí)長(zhǎng)、到站時(shí)刻以及停站時(shí)長(zhǎng)的表格，它能直接指導(dǎo)列車(chē)有條不紊地運(yùn)行。由于人們時(shí)間觀念的不斷增強(qiáng)，地鐵上的乘客更加希望列車(chē)能為自己節(jié)省路途上奔波的時(shí)間，因此，列車(chē)時(shí)刻表的重要意義不言而喻。行車(chē)調(diào)度時(shí)刻表有基本時(shí)刻表和計(jì)劃時(shí)刻表之分。基本時(shí)刻表就是嚴(yán)格設(shè)置的車(chē)次號(hào)和各種時(shí)間的表格，而計(jì)劃時(shí)刻表能反映列車(chē)當(dāng)天的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，例如列車(chē)的到站時(shí)刻、停站時(shí)長(zhǎng)等都是經(jīng)由監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)后的真實(shí)數(shù)據(jù)，是結(jié)合列車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)生成的。

2.2? 行車(chē)調(diào)度表的綜合控制策略

2.2.1? 單車(chē)優(yōu)化操作節(jié)能

地鐵單節(jié)列車(chē)的節(jié)能優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)列車(chē)調(diào)度綜合控制的基礎(chǔ)。因此，在進(jìn)行單車(chē)優(yōu)化操作時(shí)，必須綜合考慮列車(chē)在線路中遇到的坡道、彎道等，同時(shí)關(guān)注列車(chē)能量的損耗以及再生制動(dòng)能量的有效利用，率先確保單節(jié)列車(chē)在各站點(diǎn)的運(yùn)行中減少能耗，進(jìn)而設(shè)置最節(jié)能的運(yùn)行方法，為節(jié)能作出貢獻(xiàn)。

2.2.2? 多車(chē)協(xié)同制動(dòng)節(jié)能

眾所周知，列車(chē)運(yùn)行中會(huì)受到各種力的作用，而力的互相作用又分做有用功和無(wú)用功的情況。首先對(duì)“4動(dòng)2拖”列車(chē)運(yùn)行時(shí)的某一時(shí)刻進(jìn)行受力分析?？梢钥闯?，列車(chē)加速度與其自身勢(shì)能之間存在一定關(guān)系。為了有效增強(qiáng)有用功的作用效果，就要求在單車(chē)完成優(yōu)化的基礎(chǔ)之上充分考慮，盡可能減少多車(chē)協(xié)同制動(dòng)時(shí)的無(wú)用功。例如，列車(chē)進(jìn)站與遇到彎道時(shí)的制動(dòng)減速就會(huì)讓列車(chē)消耗部分能量。因此，應(yīng)將此時(shí)的再生制動(dòng)能量完全激發(fā)出來(lái)，充分提高協(xié)同制動(dòng)能量的再生效率，可以采取的措施有增加同一時(shí)段內(nèi)發(fā)生牽引或制動(dòng)作用的列車(chē)數(shù)量。

2.2.3? 考量列車(chē)的運(yùn)行環(huán)境

地鐵列車(chē)時(shí)刻表的設(shè)定與多個(gè)因素有關(guān)，應(yīng)充分考量列車(chē)的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，合理設(shè)置列車(chē)的發(fā)車(chē)密度以及某個(gè)線路上運(yùn)行列車(chē)的數(shù)量。以發(fā)車(chē)密度為例，加大發(fā)車(chē)密度能承載更多的乘客，但過(guò)大的發(fā)車(chē)密度會(huì)造成運(yùn)行列車(chē)的能源消耗，容易造成不必要的資源浪費(fèi)。如果減小發(fā)車(chē)密度，能源得以保障，但也意味著人們需要等待更久才能乘坐目標(biāo)列車(chē)，無(wú)法滿足當(dāng)前人們的出行需求[3]。

3? ? 基于矩陣離散法的地鐵列車(chē)節(jié)能優(yōu)化及行車(chē)調(diào)度綜合控制系統(tǒng)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，地鐵列車(chē)的運(yùn)行正在向智能化發(fā)展。地鐵列車(chē)優(yōu)化操縱指導(dǎo)系統(tǒng)就是利用信息技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)地鐵列車(chē)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能有效解決列車(chē)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)繁多的問(wèn)題，同時(shí)，處理速度比傳統(tǒng)方式更加簡(jiǎn)單、高效。也就是說(shuō)，借助此系統(tǒng)能讓地鐵列車(chē)的運(yùn)行逐漸走向智能與節(jié)能的道路，也讓列車(chē)的自動(dòng)駕駛變得安全、可靠。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

地鐵列車(chē)的節(jié)能優(yōu)化以及行車(chē)調(diào)度綜合控制，原本就是非常復(fù)雜的過(guò)程，不論是建立相關(guān)模型還是求解都十分繁瑣。但是針對(duì)當(dāng)前地鐵列車(chē)浩大的節(jié)能工程，技術(shù)人員應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)模型的研究和相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)。本文主要對(duì)單車(chē)優(yōu)化操作節(jié)能和多車(chē)協(xié)同制動(dòng)節(jié)能作出了一些討論，可以看出地鐵列車(chē)的節(jié)能與行車(chē)調(diào)度時(shí)刻表息息相關(guān)，因此，需要合理調(diào)整列車(chē)的運(yùn)行時(shí)間和停站時(shí)間等。

[參考文獻(xiàn)]

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