楊雪峰

(上海軌道交通維護(hù)保障中心通號(hào)公司,200010,上海∥工程師)

根據(jù)目前上海地鐵運(yùn)營(yíng)線路的能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析,列車(chē)運(yùn)行時(shí)的牽引用電約為總用電量的50%～60%,輔助系統(tǒng)的能耗約占牽引能耗的50%。隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,總的運(yùn)營(yíng)能耗量呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì),能耗問(wèn)題越來(lái)越突出。因此,如何挖潛降耗,突破關(guān)鍵技術(shù),對(duì)降低城市軌道交通運(yùn)營(yíng)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益有著越來(lái)越重要的現(xiàn)實(shí)意義。

到目前為止,由于運(yùn)行環(huán)境和實(shí)際客流量狀況的復(fù)雜性,對(duì)列車(chē)行駛過(guò)程中能量消耗的計(jì)算仍然是一件較為困難的工作。影響列車(chē)能耗的因素主要包括列車(chē)的牽引制動(dòng)性能、列車(chē)重、運(yùn)行速度、線路條件、信號(hào)閉塞方式以及列車(chē)的操縱方式等。針對(duì)上述因素采取相應(yīng)措施,可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。例如,城市軌道交通的電動(dòng)列車(chē)一般采用電力無(wú)級(jí)牽引,在設(shè)計(jì)階段可采用鋁合金或鎂合金等最新材料來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的輕量化,以節(jié)省牽引動(dòng)能、降低列車(chē)的運(yùn)行費(fèi)用。

國(guó)內(nèi)外對(duì)于列車(chē)運(yùn)行的節(jié)能問(wèn)題已經(jīng)有了較多的研究[1-5]。20世紀(jì)80年代初,新加坡地鐵1號(hào)線設(shè)計(jì)中就引進(jìn)了車(chē)輛再生制動(dòng)能逆變器技術(shù)?，F(xiàn)在新加坡的東北線和環(huán)線廣泛采用了該技術(shù)。實(shí)測(cè)能耗顯示,新加坡東北線變電站總能耗中的4%是由再生制動(dòng)能供給的。有的學(xué)者開(kāi)展了線路節(jié)能坡的研究和列車(chē)節(jié)能運(yùn)行圖的研究,提出了最佳的列車(chē)節(jié)能運(yùn)行方式。如香港地鐵線路采用節(jié)能運(yùn)行方式安排日常運(yùn)行,據(jù)實(shí)際運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)資料表明,列車(chē)的牽引能耗費(fèi)用每年大約節(jié)約290萬(wàn)港元。澳大利亞、德國(guó)、日本、美國(guó)等許多國(guó)家在列車(chē)節(jié)能操縱方面進(jìn)行了研究和試驗(yàn),總結(jié)節(jié)能的列車(chē)操縱方式,并應(yīng)用微機(jī)技術(shù)研制開(kāi)發(fā)列車(chē)優(yōu)化操縱的微機(jī)指導(dǎo)系統(tǒng)、微機(jī)模擬系統(tǒng)等。國(guó)內(nèi)在這方面的研究基本上采用離線優(yōu)化和在線控制相結(jié)合的方法[6-8]。從實(shí)際運(yùn)用情況來(lái)看,國(guó)外列車(chē)優(yōu)化的節(jié)能效果一般為5%～15%。本文著重討論節(jié)能操縱算法以及在基于移動(dòng)閉塞技術(shù)的現(xiàn)代信號(hào)系統(tǒng)基礎(chǔ)上的列車(chē)節(jié)能運(yùn)行模式的研究和仿真。

1 列車(chē)運(yùn)行的節(jié)能操縱算法

1.1 列車(chē)運(yùn)行受力分析

在提出節(jié)能操縱算法之前,首先對(duì)列車(chē)在行駛過(guò)程中的受力情況進(jìn)行分析。列車(chē)在運(yùn)行中要受到牽引力、運(yùn)行阻力、制動(dòng)力等共同作用。以下的地鐵車(chē)輛性能特性均基于車(chē)輪在半磨耗狀態(tài),運(yùn)行于干燥、清潔的平直軌道和額定電壓(DC 1 500 V)之下。

1)列車(chē)牽引力特性：列車(chē)牽引力是列車(chē)實(shí)際速度的函數(shù)。列車(chē)牽引力可以按列車(chē)牽引特性曲線(見(jiàn)圖1)取值。

圖1 列車(chē)牽引力特性曲線

2)列車(chē)運(yùn)行阻力：在牽引計(jì)算中,列車(chē)運(yùn)行阻力是按單位質(zhì)量所遇到的阻力來(lái)計(jì)算的,與車(chē)輛的阻力模型和線路條件有很大的關(guān)系。列車(chē)阻力一般可以通過(guò)列車(chē)速度的二次函數(shù)來(lái)描述。例如,上海軌道交通1號(hào)線的車(chē)輛單位質(zhì)量阻力公式為：

式中：

Fw——車(chē)輛阻力,N;

M——列車(chē)質(zhì)量(包括負(fù)載),kg;

v——列車(chē)行駛速度,m/s。

3)制動(dòng)力特性：若電制動(dòng)正常,則僅使用電制動(dòng),如圖2所示。

圖2 列車(chē)制動(dòng)力特性曲線

1.2 優(yōu)化操縱目標(biāo)[9]

列車(chē)的運(yùn)行條件非常復(fù)雜,受到諸多因素的制約和影響。優(yōu)化操縱的目標(biāo)就是找到在既定條件下滿(mǎn)足安全、正點(diǎn)等約束的最優(yōu)操作序列。

列車(chē)從一個(gè)車(chē)站運(yùn)行到下一車(chē)站,其狀態(tài)方程為：

式中：

v——列車(chē)的運(yùn)行速度;

F——與列車(chē)操縱有關(guān)的合力;

Fv——列車(chē)運(yùn)行的基本阻力;

g(x)——兩站之間線路坡度阻力的分段函數(shù);

M——列車(chē)質(zhì)量。

其性能指標(biāo)為：

式中：

T——規(guī)定的運(yùn)行時(shí)分;

u(t)——與列車(chē)工況及速度有關(guān)的能耗函數(shù);

此為有約束條件的非線性尋優(yōu)問(wèn)題,無(wú)法直接求解狀態(tài)方程,只能根據(jù)列車(chē)操縱的合理性要求和節(jié)能原則,利用滿(mǎn)意優(yōu)化的方法尋優(yōu),以確定最終的操縱方案。

1.3 合理節(jié)能的操縱

列車(chē)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),從起點(diǎn)加速運(yùn)行至終點(diǎn)停車(chē),整個(gè)運(yùn)行過(guò)程可分為：起動(dòng)加速過(guò)程,途中運(yùn)行過(guò)程和制動(dòng)停車(chē)過(guò)程。在此過(guò)程中,產(chǎn)生的能耗(即式(3)中的u(t))主要由以下三個(gè)方面構(gòu)成[10]：①提高列車(chē)的動(dòng)能;②克服列車(chē)運(yùn)行時(shí)的基本阻力和加算坡道阻力;③列車(chē)運(yùn)行時(shí)的自身能耗。

列車(chē)正常運(yùn)行時(shí)的自身能耗變化不大,可以忽略,因而節(jié)能操縱的主要方法是避免不必要的制動(dòng)以減少列車(chē)動(dòng)能的損失;并充分利用勢(shì)能來(lái)保持或增加列車(chē)的動(dòng)能,以及在列車(chē)運(yùn)行中減少基本阻力所做的功。文獻(xiàn)[11]總結(jié)了一些有利于節(jié)能的列車(chē)運(yùn)行工況：運(yùn)行時(shí)間一定時(shí),列車(chē)勻速牽引運(yùn)行克服的阻力功最少;列車(chē)以最大加速度加速可減少加速過(guò)程中的基本阻力功;列車(chē)以最大制動(dòng)能力制動(dòng)有利于節(jié)能;列車(chē)制動(dòng)前惰行以降低制動(dòng)前的運(yùn)行速度,有利于減少列車(chē)動(dòng)能的損失;下坡時(shí)盡可能利用列車(chē)的勢(shì)能,盡量避免或減少下坡道調(diào)速制動(dòng)。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究成果,在設(shè)計(jì)列車(chē)節(jié)能運(yùn)行算法時(shí),可以遵循以下的算法原則[12-13]：

1)加速過(guò)程按最大牽引力計(jì)算;2)停車(chē)制動(dòng)按最大制動(dòng)力計(jì)算;

3)除停車(chē)制動(dòng)外,避免采用空氣制動(dòng);

4)在約束條件下協(xié)調(diào)采用均速及惰行模式。

結(jié)合上述算法原則,以列車(chē)運(yùn)行的平均速度作為目標(biāo)速度,并圍繞目標(biāo)速度按牽引-惰行的模式運(yùn)行,利用最優(yōu)化理論在滿(mǎn)足約束條件的前提下,進(jìn)行運(yùn)行過(guò)程能耗的優(yōu)化計(jì)算,以達(dá)到節(jié)能的目的。

2 現(xiàn)代地鐵列車(chē)所應(yīng)用的節(jié)能方法

現(xiàn)代地鐵的自動(dòng)控制系統(tǒng)要求能夠以多種方式節(jié)約電能成本,包括車(chē)輛的動(dòng)力消耗、起動(dòng)時(shí)的動(dòng)力需求和制動(dòng)時(shí)的動(dòng)力損失。根據(jù)上海地鐵公司提供的資料文檔,地鐵列車(chē)共有4個(gè)運(yùn)行等級(jí)：等級(jí)1是全速行駛方式,一般在高峰時(shí)采取;等級(jí)2是惰行的運(yùn)行方式;等級(jí)3和等級(jí)4分別是以最高速度的75%和60%限速行駛。直觀上看,以等級(jí)2的惰行運(yùn)行是最節(jié)能的理想運(yùn)行方式。但在實(shí)際的運(yùn)行中,地鐵的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)要根據(jù)時(shí)刻表和實(shí)際的客流量大小來(lái)調(diào)整其運(yùn)行速度,不可能一直行駛在等級(jí)2的狀態(tài)下。因此,要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)實(shí)施運(yùn)行策略。實(shí)際中,地鐵列車(chē)所應(yīng)用的節(jié)能方法主要有調(diào)整時(shí)刻表和調(diào)整列車(chē)運(yùn)營(yíng)等級(jí)曲線;另外,車(chē)輛的再生制動(dòng)技術(shù)也被廣泛使用,同樣顯示出較好的節(jié)能效果。

2.1 調(diào)整時(shí)刻表

調(diào)整時(shí)刻表是地鐵自動(dòng)控制系統(tǒng)所采用的一種可同時(shí)滿(mǎn)足高峰和非高峰時(shí)段列車(chē)動(dòng)力需求的方法。中央控制系統(tǒng)需確定系統(tǒng)中每一列車(chē)的位置,負(fù)責(zé)保證所有列車(chē)按時(shí)刻表進(jìn)出車(chē)站。通過(guò)執(zhí)行時(shí)刻表,在高峰時(shí)增加運(yùn)行的列車(chē)數(shù)量以滿(mǎn)足高峰時(shí)段運(yùn)力的需求,而在非高峰時(shí)段減少列車(chē)的數(shù)量,以此達(dá)到節(jié)能的目的。這樣,在需求得到保證時(shí),在高等級(jí)下運(yùn)行適當(dāng)數(shù)量的列車(chē),降低了維護(hù)的成本。

2.2 調(diào)整列車(chē)運(yùn)行等級(jí)曲線

運(yùn)營(yíng)等級(jí)曲線旨在通過(guò)減少列車(chē)牽引系統(tǒng)的請(qǐng)求,降低牽引的能源消耗。運(yùn)用列車(chē)運(yùn)行等級(jí)曲線能夠降低單一列車(chē)的動(dòng)力消耗。采用的技術(shù)包括：

1)減少加速時(shí)間以降低高峰時(shí)速。列車(chē)降低了其加速度的總時(shí)間,從而減少了牽引請(qǐng)求,也就減少了列車(chē)的能源需求。

2)降低加速度來(lái)降低線路運(yùn)行時(shí)速。列車(chē)采用了較小的加速度,減少了牽引所需的動(dòng)力,最終也就減少了列車(chē)的能源需求。

3)惰行。列車(chē)出站先加速,然后惰行,再減速,最后停在下一車(chē)站。如圖3所示的曲線,列車(chē)達(dá)到最大線路速度后惰行,這樣會(huì)造成運(yùn)行時(shí)間將按特定比例有所增加(圖中虛線所示);與正常規(guī)定速度相比,列車(chē)減少了加速請(qǐng)求和牽引所需動(dòng)力,從而減少了能耗。

4)有效利用重力來(lái)降低牽引系統(tǒng)所要求的加速度。節(jié)能線路設(shè)計(jì)也是節(jié)能措施的一個(gè)重要方面。其中節(jié)能坡的設(shè)置是一個(gè)十分必要的手段。節(jié)能坡應(yīng)滿(mǎn)足地形、地質(zhì)及行車(chē)安全條件的要求,創(chuàng)造良好的運(yùn)營(yíng)條件。在地鐵列車(chē)運(yùn)行的過(guò)程中,有效利用坡道,可降低所需加速度的等級(jí)(利用重力完成),以降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用,達(dá)到降低能耗的目的。

圖3 惰行的速度距離曲線

2.3 列車(chē)再生制動(dòng)的節(jié)能技術(shù)[15]

正常情況下,列車(chē)由牽引系統(tǒng)來(lái)牽引和制動(dòng)。每一個(gè)動(dòng)車(chē)安裝有1個(gè)三相VVVF(變壓-變頻)逆變器和一個(gè)制動(dòng)電阻。在列車(chē)再生制動(dòng)時(shí),制動(dòng)能量反饋回電網(wǎng),如果電網(wǎng)電壓高于1 800 V,則制動(dòng)電阻將消耗再生制動(dòng)所產(chǎn)生的能量;若電網(wǎng)電壓低于1 800 V,列車(chē)再生制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的能量,反饋到接觸網(wǎng)牽引電力系統(tǒng),就可以對(duì)這種能量進(jìn)行再利用。再生制動(dòng)能量的反饋利用率越高,意味著有越高比例的再生制動(dòng)能量供其他列車(chē)使用。根據(jù)香港地鐵列車(chē)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),在正常情況下,列車(chē)再生制動(dòng)能量反饋利用率在高峰期一般可以達(dá)到80%。

為了提高列車(chē)再生能量的利用率,在編制運(yùn)行圖時(shí)應(yīng)采取以下措施：

1)同一牽引區(qū)段的制動(dòng)列車(chē)與出站列車(chē)的重疊時(shí)間應(yīng)盡量大,使列車(chē)在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生再生能反饋到電網(wǎng)后被同一牽引區(qū)段的其他處在起動(dòng)階段的列車(chē)所吸收,以此來(lái)有效地節(jié)約牽引能耗。

2)同一牽引區(qū)段應(yīng)盡量避免列車(chē)同時(shí)制動(dòng)。因?yàn)橥瑫r(shí)制動(dòng)會(huì)將再生能量反饋到電網(wǎng)使電網(wǎng)電壓增高,迫使列車(chē)采用電阻制動(dòng);大量的電能將轉(zhuǎn)化為熱能擴(kuò)散到周?chē)h(huán)境中,這樣會(huì)浪費(fèi)許多能量。

3 采用移動(dòng)閉塞的列車(chē)控制系統(tǒng)是節(jié)能的有效途徑

3.1 基于移動(dòng)閉塞技術(shù)的列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)[16-17]

3.1.1 移動(dòng)閉塞的工作原理

移動(dòng)閉塞技術(shù)是近年來(lái)廣泛使用的列車(chē)信號(hào)控制技術(shù),越來(lái)越受到人們的關(guān)注。在以往傳統(tǒng)的固定閉塞方式下,每個(gè)閉塞分區(qū)的長(zhǎng)度都是固定的。而對(duì)于先進(jìn)的移動(dòng)閉塞來(lái)說(shuō),列車(chē)間的最小運(yùn)行間隔距離由列車(chē)在線路上的實(shí)際運(yùn)行位置和運(yùn)行狀態(tài)確定,閉塞區(qū)間的間隔隨著列車(chē)的行駛不斷地向前移動(dòng)和調(diào)整。控制中心通過(guò)車(chē)載設(shè)備和軌旁設(shè)備不間斷地雙向通信,根據(jù)列車(chē)實(shí)時(shí)的速度和位置動(dòng)態(tài)計(jì)算出列車(chē)的最大制動(dòng)距離。列車(chē)的長(zhǎng)度加上這一最大制動(dòng)距離,并在列車(chē)后方加上一定的防護(hù)距離,便組成了一個(gè)與列車(chē)同步移動(dòng)的虛擬分區(qū)。由于保證了列車(chē)前后的安全距離,兩個(gè)相鄰的移動(dòng)閉塞分區(qū)就能以很小的間隔同時(shí)前進(jìn),使列車(chē)能以較高的速度和較小的間隔運(yùn)行,從而提高了運(yùn)營(yíng)效率。

3.1.2 列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)

列車(chē)自動(dòng)控制(ATC)系統(tǒng)包括三個(gè)子系統(tǒng)：列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控(ATS)子系統(tǒng)、列車(chē)自動(dòng)防護(hù)(ATP)子系統(tǒng)和列車(chē)自動(dòng)駕駛(ATO)子系統(tǒng)。ATS子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)運(yùn)行的監(jiān)督和控制,輔助行車(chē)調(diào)度人員對(duì)全線列車(chē)運(yùn)行進(jìn)行管理;ATP子系統(tǒng)主要對(duì)列車(chē)駕駛進(jìn)行防護(hù),實(shí)現(xiàn)列車(chē)間隔保護(hù)、超速防護(hù)等功能;ATO子系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)“地對(duì)車(chē)控制”,即用地面信息實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)的控制,可以使列車(chē)經(jīng)常處于最佳運(yùn)行狀態(tài),避免了不必要的加速和減速,提高了旅客的舒適度、列車(chē)準(zhǔn)點(diǎn)率,并減少輪軌磨損,同時(shí)還可節(jié)省能源消耗。

移動(dòng)閉塞、基于通信的列車(chē)控制(CBTC)和ATC系統(tǒng)能通過(guò)車(chē)地間的雙向、連續(xù)、高效的信息通信,使車(chē)載信號(hào)設(shè)備的信息能夠和地面軌旁信號(hào)設(shè)備的信息即時(shí)地進(jìn)行交換,從而有效地確定列車(chē)位置,并計(jì)算前后列車(chē)間的相對(duì)距離,以確保行車(chē)的安全。

3.2 采用移動(dòng)閉塞的CBTC系統(tǒng)的節(jié)能功能[19]

移動(dòng)閉塞系統(tǒng)的節(jié)能是其短發(fā)車(chē)間隔性能的良好體現(xiàn)?？傮w來(lái)講,移動(dòng)閉塞技術(shù)的“小編組、高密度”運(yùn)營(yíng),使軌道交通系統(tǒng)的實(shí)際列車(chē)通過(guò)能力大大提高。移動(dòng)閉塞的列車(chē)通過(guò)能力通?？杀裙潭ㄩ]塞系統(tǒng)高出40%。這增加的40%的通過(guò)能力,使CBTC系統(tǒng)可通過(guò)對(duì)列車(chē)運(yùn)行參數(shù)以及曲線的調(diào)整和控制,達(dá)到最大限度地減少不必要的制動(dòng)和頻繁的加減速,平衡全線允許速度、停站時(shí)間等來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

3.2.1 高峰時(shí)段的運(yùn)行節(jié)能

在固定閉塞系統(tǒng)中,列車(chē)的分區(qū)間隔較長(zhǎng)且一個(gè)分區(qū)只能被一列車(chē)占用,不利于縮短列車(chē)的運(yùn)行間隔,從而增加了能耗。而移動(dòng)閉塞系統(tǒng)靈活的列車(chē)運(yùn)行間隔的特性使其在高峰時(shí)段的節(jié)能效果顯著。通常在高峰時(shí)段運(yùn)行時(shí),發(fā)車(chē)密度大,乘客流動(dòng)性快,前方列車(chē)的延誤會(huì)造成后續(xù)列車(chē)頻繁制動(dòng)的可能性。這種制動(dòng)的頻率和持續(xù)時(shí)間在移動(dòng)閉塞系統(tǒng)中由于更短和均勻的列車(chē)最小間隔而大大降低,均勻的最小列車(chē)間隔使后面列車(chē)可以更加靠近前車(chē),提高了運(yùn)營(yíng)的效率。

3.2.2 非高峰時(shí)段的運(yùn)行節(jié)能

在非高峰時(shí)段,移動(dòng)閉塞系統(tǒng)能通過(guò)降低站間列車(chē)平均速度來(lái)達(dá)到節(jié)能。在這種情況下,可根據(jù)需要減少停站時(shí)間以保證列車(chē)全線運(yùn)行時(shí)間。一般來(lái)說(shuō),非高峰時(shí)段的乘客較少,減少停站時(shí)間不會(huì)造成太多的不便。

4 節(jié)能算法流程及仿真運(yùn)行分析

4.1 算法流程

基于以上的系統(tǒng)分析,建立了城市軌道交通列車(chē)能耗統(tǒng)計(jì)的數(shù)學(xué)模型,總結(jié)出了可實(shí)施的列車(chē)節(jié)能運(yùn)行算法;并在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的平臺(tái)上,利用最優(yōu)化理論的求解方法,進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。提出的節(jié)能策略是在地鐵運(yùn)行過(guò)程中保證一種能耗較低的牽引策略,設(shè)計(jì)的思想是盡量以經(jīng)濟(jì)速度運(yùn)行,較大程度地利用惰行。

仿真系統(tǒng)主要包括三個(gè)子模塊：數(shù)據(jù)輸入子模塊,優(yōu)化操縱計(jì)算子模塊,結(jié)果輸出子模塊。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù),來(lái)源于地鐵試車(chē)運(yùn)行時(shí)測(cè)試的結(jié)果以及在實(shí)際運(yùn)行中記錄的表格內(nèi)容。它包括：ATP速度,ATS限速,牽引量,惰行狀態(tài),運(yùn)行時(shí)間,運(yùn)行等級(jí),走行距離等。在算法開(kāi)始之前,可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出已有的表格內(nèi)容,也可以根據(jù)新的實(shí)際情況在對(duì)話框中手動(dòng)輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)。開(kāi)始運(yùn)行后,在給定的條件下進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算,根據(jù)已有的優(yōu)化操縱策略進(jìn)行尋優(yōu),并滿(mǎn)足運(yùn)行時(shí)分和駕駛的準(zhǔn)確性和安全性;最后進(jìn)行運(yùn)行中能量消耗的計(jì)算統(tǒng)計(jì)并比較節(jié)能效果,輸出節(jié)能速度運(yùn)行曲線圖。圖4所示為列車(chē)節(jié)能運(yùn)行計(jì)算的具體算法流程。

4.2 仿真

在地鐵的試車(chē)線路上進(jìn)行仿真試驗(yàn)。線路長(zhǎng)約1 km,列車(chē)行駛1 min左右,進(jìn)行仿真運(yùn)行。選擇采用移動(dòng)閉塞的CBTC系統(tǒng)的信號(hào)控制方式,在ATC平臺(tái)的操縱下,利用ATS的自動(dòng)調(diào)度和統(tǒng)計(jì)功能以及ATO的自動(dòng)駕駛功能,根據(jù)所得的數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行模式的試車(chē)分析。經(jīng)過(guò)多次的不同駕駛模式的能耗數(shù)據(jù)比較,最終得出了較為理想的節(jié)能運(yùn)行模式。在某次仿真中得出的列車(chē)運(yùn)行速度曲線圖如圖5所示。

圖4 節(jié)能優(yōu)化算法流程

圖5 輸出的列車(chē)運(yùn)行速度曲線

從圖5可明顯看出,節(jié)能的運(yùn)行曲線在行駛過(guò)程中的速度變化率較小,運(yùn)行過(guò)程平緩。計(jì)算結(jié)果顯示,采用此節(jié)能算法的能耗比原來(lái)正常行駛下大約節(jié)省了23%左右。

5 結(jié)語(yǔ)

在保證列車(chē)運(yùn)行安全、準(zhǔn)時(shí)的前提下,本文總結(jié)并分析了當(dāng)今城市軌道交通系統(tǒng)中的節(jié)能措施,并在列車(chē)操縱方式和運(yùn)行算法的軟件方面進(jìn)行了相關(guān)的研究。采用基于移動(dòng)閉塞技術(shù)的CBTC和ATC系統(tǒng)是當(dāng)前軌道交通發(fā)展的主要方向。在已采用此技術(shù)的國(guó)內(nèi)外運(yùn)營(yíng)線路上的實(shí)踐表明,其節(jié)能效果良好。但是,由于地鐵運(yùn)行狀態(tài)的復(fù)雜性,還沒(méi)有一個(gè)完全有效的方法來(lái)衡量牽引力和耗電量之間的定量關(guān)系。因此,對(duì)列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的耗電量統(tǒng)計(jì)還不是很精確,只能得出一種模擬駕駛的、近似節(jié)能的策略。另外,本文所提出的節(jié)能優(yōu)化算法還只是停留在計(jì)算機(jī)仿真階段,很多操作中的問(wèn)題還需要向有經(jīng)驗(yàn)的駕駛?cè)藛T和技術(shù)人員學(xué)習(xí),才能符合實(shí)際運(yùn)行情況。

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