王永杰

摘? ?要：隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，目前節(jié)能環(huán)保逐漸成為時代的主色調。地鐵是當前人們出行時的便捷工具，一般來說，地鐵列車的運營時間越長，消耗的能量則會隨之增多，因此，如何有效減少地鐵列車的能耗，促使其達成綜合控制的目標也就轉變?yōu)楝F(xiàn)階段的重點研究項目。文章從地鐵列車的調度控制角度，對其節(jié)能優(yōu)化進行相關討論。

關鍵詞：地鐵列車;節(jié)能優(yōu)化;列車調度;時刻表

地鐵作為人們日常出行的重要工具，其客運量的多少以及運營時間的長短直接決定了列車的耗能。為了響應國家節(jié)能減排的號召，促進軌道交通的可持續(xù)發(fā)展，應及時解決列車的能耗問題?，F(xiàn)階段對列車節(jié)能控制策略的研究較多，像很多專家學者對列車的停站時間和惰性時間進行合理安排，從而設計出具備節(jié)能作用的時刻表等[1]。總之，縱觀當前的各項研究成果，要實現(xiàn)地鐵列車的能源節(jié)約，最直接可行的方式就是對行車調度方案作出相應改變。本文就將列車整個線路的總能耗作為著手點，探討了單車節(jié)能與多車協(xié)同制動節(jié)能的策略，用以降低地鐵列車的總能耗。

1? ? 地鐵列車的節(jié)能控制分析

進入21世紀之后，人們對城市軌道交通的關注度居高不下，而相關的研究也不斷深入，目前研究成果豐碩。關于城市軌道交通節(jié)能控制方面，人們更加重視單車的節(jié)能技術和多車協(xié)同控制時再生制動能的利用。就單車節(jié)能而言，主要是通過將現(xiàn)有的列車駕駛策略進行調整與優(yōu)化來實現(xiàn)節(jié)能，比如合理控制列車到站的加速、巡航和惰性運行等。研究結果顯示：當運行時間確定時，列車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，列車可以采用最大功率制動，下坡時應避免制動，盡量充分利用列車自身的重力勢能。就再生制動節(jié)能而言，目前在各個國家已經(jīng)有了廣泛的應用。其機制主要體現(xiàn)在列車的制動過程中，此時電機轉子的轉速很容易反超電機定子產(chǎn)生的旋轉磁場轉速，而二者的旋轉方向不統(tǒng)一時，會使牽引電動機原本的性質轉變?yōu)榘l(fā)電機，從而將所產(chǎn)生的電能回收。一般而言，城市軌道交通運輸?shù)恼军c間距較短，因而列車會經(jīng)常性處于制動狀態(tài)，如果制動過程中所產(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? ? 地鐵列車的行車調度理論分析

2.1? 行車調度時刻表

列車的行車調度時刻表是明確標明列車出發(fā)時刻、通過時長、到站時刻以及停站時長的表格，它能直接指導列車有條不紊地運行。由于人們時間觀念的不斷增強，地鐵上的乘客更加希望列車能為自己節(jié)省路途上奔波的時間，因此，列車時刻表的重要意義不言而喻。行車調度時刻表有基本時刻表和計劃時刻表之分。基本時刻表就是嚴格設置的車次號和各種時間的表格，而計劃時刻表能反映列車當天的實際運營情況，例如列車的到站時刻、停站時長等都是經(jīng)由監(jiān)控系統(tǒng)檢測后的真實數(shù)據(jù)，是結合列車的運行狀態(tài)生成的。

2.2? 行車調度表的綜合控制策略

2.2.1? 單車優(yōu)化操作節(jié)能

地鐵單節(jié)列車的節(jié)能優(yōu)化是實現(xiàn)列車調度綜合控制的基礎。因此，在進行單車優(yōu)化操作時，必須綜合考慮列車在線路中遇到的坡道、彎道等，同時關注列車能量的損耗以及再生制動能量的有效利用，率先確保單節(jié)列車在各站點的運行中減少能耗，進而設置最節(jié)能的運行方法，為節(jié)能作出貢獻。

2.2.2? 多車協(xié)同制動節(jié)能

眾所周知，列車運行中會受到各種力的作用，而力的互相作用又分做有用功和無用功的情況。首先對“4動2拖”列車運行時的某一時刻進行受力分析?？梢钥闯?，列車加速度與其自身勢能之間存在一定關系。為了有效增強有用功的作用效果，就要求在單車完成優(yōu)化的基礎之上充分考慮，盡可能減少多車協(xié)同制動時的無用功。例如，列車進站與遇到彎道時的制動減速就會讓列車消耗部分能量。因此，應將此時的再生制動能量完全激發(fā)出來，充分提高協(xié)同制動能量的再生效率，可以采取的措施有增加同一時段內發(fā)生牽引或制動作用的列車數(shù)量。

2.2.3? 考量列車的運行環(huán)境

地鐵列車時刻表的設定與多個因素有關，應充分考量列車的實際運行環(huán)境，合理設置列車的發(fā)車密度以及某個線路上運行列車的數(shù)量。以發(fā)車密度為例，加大發(fā)車密度能承載更多的乘客，但過大的發(fā)車密度會造成運行列車的能源消耗，容易造成不必要的資源浪費。如果減小發(fā)車密度，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列車，無法滿足當前人們的出行需求[3]。

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

隨著科學技術的不斷進步，地鐵列車的運行正在向智能化發(fā)展。地鐵列車優(yōu)化操縱指導系統(tǒng)就是利用信息技術從而實現(xiàn)地鐵列車的自動化控制系統(tǒng)，能有效解決列車操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)繁多的問題，同時，處理速度比傳統(tǒng)方式更加簡單、高效。也就是說，借助此系統(tǒng)能讓地鐵列車的運行逐漸走向智能與節(jié)能的道路，也讓列車的自動駕駛變得安全、可靠。

4? ? 結語

地鐵列車的節(jié)能優(yōu)化以及行車調度綜合控制，原本就是非常復雜的過程，不論是建立相關模型還是求解都十分繁瑣。但是針對當前地鐵列車浩大的節(jié)能工程，技術人員應繼續(xù)加強模型的研究和相關技術的開發(fā)。本文主要對單車優(yōu)化操作節(jié)能和多車協(xié)同制動節(jié)能作出了一些討論，可以看出地鐵列車的節(jié)能與行車調度時刻表息息相關，因此，需要合理調整列車的運行時間和停站時間等。

[參考文獻]

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

[2]陸源源.考慮列車混行的運行—調度一體化優(yōu)化方法[D].杭州：浙江大學，2018.

[3]徐小林.基于多車協(xié)同操縱的地鐵再生制動能優(yōu)化利用研究[D].石家莊：石家莊鐵道大學，2017.