劉彥峰

摘要：系統(tǒng)為實現(xiàn)電力機車能耗精細化能耗數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用目標(biāo)而設(shè)計，基于LAIS信息平臺，采用數(shù)據(jù)疊加技術(shù)整合能耗精細化數(shù)據(jù)，為節(jié)能操縱分析提供有力的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】LAIS技術(shù) ； 電力機車能耗數(shù)據(jù)

1.研發(fā)背景

能源是社會經(jīng)濟發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在建設(shè)資源節(jié)約型社會的今天，節(jié)能降耗已成為解決能源危機的重要舉措，保證經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

神朔鐵路電氣化機車能耗是運營的重大成本支出，能源單耗是反映機務(wù)段運輸生產(chǎn)過程的一個重要經(jīng)濟指標(biāo)。分析能耗增減變化的成因，對領(lǐng)導(dǎo)制定節(jié)能降耗措施、完成節(jié)能目標(biāo)、降低成本支出、提高經(jīng)濟效益都具有非常重大的現(xiàn)實意義。目前神朔鐵路電力機車使用機械式電表進行能耗計量，采用乘務(wù)員交接班時手工抄表的數(shù)據(jù)采集方式，存在數(shù)據(jù)實時性差、機械表計量精度低、數(shù)據(jù)精細化程度低、統(tǒng)計結(jié)果誤差大等問題。

2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

為解決上述問題，國內(nèi)不少學(xué)者提出解決方案，大致包括以下兩種：

人員添乘、手工抄表：在一定程度上解決了數(shù)據(jù)精細化程度低的問題。但由于人力資源有限，不能做到每臺車、每趟車都采用此方法，導(dǎo)致數(shù)據(jù)量少，且手工記錄難免產(chǎn)生誤差，達不到通過大量真實數(shù)據(jù)進行能耗分析的目的。

在電力機車上加裝具備IC卡的新型電表：可分時記錄能耗數(shù)據(jù)，通過人工將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲到地面系統(tǒng)，由系統(tǒng)將能耗數(shù)據(jù)與機車運行信息結(jié)合，實現(xiàn)精細化統(tǒng)計分析。該方案仍需人力投入，且鐵路部門對機車車載裝置的質(zhì)量要求較高，目前還沒有真正能夠大批量生產(chǎn)并投入使用的該類新型電表。

3.解決方案

神朔機務(wù)段目前在電力機車上使用的是通過北京鐵路局科委評審的車載無線傳輸設(shè)備（LAIS車載設(shè)備）和能耗監(jiān)測裝置（能耗裝置），并建立通信服務(wù)系統(tǒng)（LAIS信息平臺），可實現(xiàn)機車運行信息和能耗數(shù)據(jù)的遠程無線傳輸與存儲，只需在此基礎(chǔ)上開發(fā)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件，即可實現(xiàn)研發(fā)目標(biāo)。

4.系統(tǒng)方案

系統(tǒng)通過同步疊加能耗裝置采集的能耗信息和LAIS車載設(shè)備采集的機車運行信息，將數(shù)據(jù)自動匯總出不同供電段、機型、運別、區(qū)段等精細化能耗數(shù)據(jù)，并提供相關(guān)統(tǒng)計分析報表，反應(yīng)用電量在線路上使用情況，體現(xiàn)司機操縱水平。通過對比多趟車的單耗、用電量和噸公里，分析機車運行狀態(tài)。

能耗數(shù)據(jù)和機車運行數(shù)據(jù)的精細化整合是本系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本文主要圍繞神朔機務(wù)段現(xiàn)有SS4＼SS4B型雙節(jié)電力機車開展，擔(dān)當(dāng)貨運任務(wù)時，采用多機重聯(lián)的方式牽引貨物。根據(jù)上述情況的需要，精細化數(shù)據(jù)整合包括如下三個步驟：

4.1.雙節(jié)機車能耗數(shù)據(jù)整合

雙節(jié)機車每節(jié)配屬獨立的LKJ監(jiān)控記錄器（LKJ），安裝能耗裝置及LAIS車載設(shè)備，分別讀取機車能耗數(shù)據(jù)和運行數(shù)據(jù)，機車工作時，只有一端LKJ開機，擔(dān)當(dāng)牽引任務(wù)，能耗裝置以LKJ時間為基準(zhǔn)記錄能耗信息，另一端LKJ不開機，能耗裝置以自身時鐘為基準(zhǔn)記錄電量信息。

機車雙節(jié)能耗數(shù)據(jù)到達地面后，地面系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)庫中記錄的能耗裝置與機車對應(yīng)關(guān)系，判斷哪兩組能耗數(shù)據(jù)屬于一臺機車，并以時間為依據(jù)進行同步疊加。

4.2單臺機車（雙節(jié)）能耗數(shù)據(jù)與運行信息數(shù)據(jù)整合

機車能耗數(shù)據(jù)與運行信息數(shù)據(jù)在到達地面時處于彼此獨立的狀態(tài)，需要將兩種數(shù)據(jù)有機結(jié)合，才能夠形成精細化的能耗數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)以時間為依據(jù)，如機車運行信息傳輸率為S秒一次，能耗信息傳輸率為S1秒一次，S1>=S，地面系統(tǒng)在接收數(shù)據(jù)時，將時間誤差范圍在S秒內(nèi)的同一機車能耗數(shù)據(jù)及運行信息數(shù)據(jù)進行整合，形成一條完整的單臺機車精細化能耗數(shù)據(jù)（包括：時間、速度、司機手柄級位、列車位置、正/反向有功電能、電流等等）。

4.3本務(wù)、重聯(lián)機車能耗數(shù)據(jù)整合

以雙機四節(jié)機車牽引重車情況為例，只有本務(wù)機車參與主控操縱，因而重聯(lián)機車工作情況對分析乘務(wù)員節(jié)能操縱沒有分析價值，根據(jù)神朔機務(wù)段需求調(diào)研結(jié)果，以整列機車耗電量為基準(zhǔn)進行能耗統(tǒng)計，即可避免總重噸公里分劈計算，又可以更加直觀地體現(xiàn)機車運行過程中的耗電情況。因此，本系統(tǒng)采用將本務(wù)、重聯(lián)機車所有能耗數(shù)據(jù)累加后，以本務(wù)機車為主體進行能耗統(tǒng)計的方案。

為實現(xiàn)上述要求，在（1）（2）步驟中已實現(xiàn)本務(wù)、重聯(lián)機車各自精細化數(shù)據(jù)的整合，下面再根據(jù)本務(wù)、重聯(lián)機車擔(dān)當(dāng)車次相同這一特性，地面系統(tǒng)以機車擔(dān)當(dāng)車次及時間為依據(jù)，將同車次且時間誤差小于等于S秒的本務(wù)、重聯(lián)機車精細化能耗數(shù)據(jù)進行同步整合，并存入數(shù)據(jù)庫，為后期能耗統(tǒng)計及分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

5. 軟件設(shè)計

系統(tǒng)功能模塊劃分為五大類：LAIS信息平臺、電力機車能耗統(tǒng)計、能耗分析、節(jié)能操縱模型及系統(tǒng)維護。

下面僅對本系統(tǒng)主要功能模塊進行介紹。

5.1. 整列機車能耗數(shù)據(jù)累加

整列機車能耗數(shù)據(jù)累加模塊負(fù)責(zé)將整列機車（包括本務(wù)、重聯(lián)機）的所有機車能耗數(shù)據(jù)進行同步疊加，并分別按照區(qū)間及擔(dān)當(dāng)車次劃分?jǐn)?shù)據(jù)，進行存儲，為后期的能耗統(tǒng)計提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

5.2. 能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

該模塊實現(xiàn)精細化能耗統(tǒng)計，根據(jù)不同的查詢條件，分車型、分日期統(tǒng)計、分值乘司機統(tǒng)計機車能耗情況，包括：總重噸、萬噸公里單耗、總走行、起始時間、起始地點、機車基本信息、乘務(wù)員信息等等，可根據(jù)要求進行排序。

5.3. 能耗精細化統(tǒng)計

該模塊實現(xiàn)按任意運行區(qū)段進行能耗統(tǒng)計，包括：總重噸、萬噸公里單耗、總走行、起始時間、起始地點、機車基本信息、乘務(wù)員信息等等，可根據(jù)要求進行排序。

為了能更好體現(xiàn)電力機車能耗數(shù)據(jù)的應(yīng)用，通過數(shù)據(jù)二次疊加后，還需要根據(jù)實際數(shù)據(jù)進行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)整合，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)展現(xiàn)符合業(yè)務(wù)需求的應(yīng)用，特別是神朔鐵路現(xiàn)有的運輸體質(zhì)，編組方式，數(shù)據(jù)組織形式為：以同一車次為索引，組織同一牽引任務(wù)多車參與數(shù)據(jù)組合與運算，并通過數(shù)據(jù)運算體現(xiàn)相應(yīng)的機車運用指標(biāo)及能耗使用指標(biāo)

5.4. 能耗數(shù)據(jù)分析

能耗數(shù)據(jù)經(jīng)過系統(tǒng)整合后，統(tǒng)計機車值乘及電能消耗情況，為分析機車值乘操縱與電能消耗關(guān)系提供數(shù)據(jù)依據(jù)。可根據(jù)查詢條件進行設(shè)置，可設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)單耗值，以此值作為評價標(biāo)準(zhǔn)，對于超出此單耗值的值乘車次進行高亮顯示：

能耗曲線分析圖主要展現(xiàn)本務(wù)機車以位置（公里標(biāo)）為X軸，展現(xiàn)限速曲線、速度曲線、網(wǎng)壓曲線、電流曲線、有功電能（耗電）曲線，直觀展示機車值乘的情況。

5.5 系統(tǒng)維護

對系統(tǒng)字典表數(shù)據(jù)及配屬、機車、LAIS車載設(shè)備、能耗裝置情況的維護。

6.結(jié)束語

電力機車能耗統(tǒng)計與分析系統(tǒng)的研發(fā)，建立在神朔機務(wù)段LAIS信息平臺基礎(chǔ)上，采用電力機車能耗、網(wǎng)壓數(shù)據(jù)與列車運行數(shù)據(jù)信息的同步疊加技術(shù)，實現(xiàn)電力機車能耗精細化數(shù)據(jù)的整合、統(tǒng)計和應(yīng)用，為機車能耗分析提供有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，有效提高信息獲取機制和高效的決策手段，從而進一步提高公司能耗現(xiàn)代化管理水平。

作為智能化的應(yīng)用平臺，系統(tǒng)還可不斷增加和完善功能，如增加局間電費核算功能，為局間用電量結(jié)算提供有力的數(shù)據(jù)依據(jù)，并集成神朔鐵路車機工電輛等相關(guān)專業(yè)，開發(fā)更多應(yīng)用功能，促進鐵路信息化的加快實施。

【參考文獻】

[1] 張崇陽，論電力機車能耗問題[J].科研，2017（03）：164.

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