文：黃裕鋒，林鴻全，康華玲，林躍明丨比亞迪建設(shè)工程有限公司深圳分公司

近年來，新能源技術(shù)飛速發(fā)展，蓄電池性能水平不斷提高，采用儲能式供電方式的軌道交通系統(tǒng)成為研究熱點，在低運能軌道交通制式中已投入使用。傳統(tǒng)軌道交通運用列車數(shù)計算方式對儲能式供電的軌道交通制式并不完全適用，本文通過研究分析電池續(xù)航能力與運用車輪換的關(guān)系，提出了一種適用于儲能式供電低運能軌道交通制式的運用列車計算模型，并通過運行圖仿真系統(tǒng)驗證了該模型的有效性。

傳統(tǒng)軌道交通主要的供電方式可分為車載儲能供電、第三軌供電、接觸網(wǎng)供電。接觸網(wǎng)供電技術(shù)運用時間長，技術(shù)相對成熟，但需沿線路鋪設(shè)接觸網(wǎng)，影響城市景觀，建設(shè)和維護成本高。第三軌供電一般設(shè)置于鐵軌之間或鐵軌的外側(cè)，其維護成本較接觸網(wǎng)供電低，但安全性較差，噪聲大。車載儲能供電方式相較于其他供電方式有以下幾個優(yōu)點：電網(wǎng)友好度高，可充分利用夜間充電，減少白天電網(wǎng)壓力；充電系統(tǒng)彈性足，極端天氣、自然災(zāi)害等因素影響較?。豢梢虻刂埔送ㄟ^搭建光伏、風(fēng)能綠色發(fā)電等方式進行供電，減少碳排放；正線乘客疏散或維護作業(yè)時，安全性高。

但采用車載儲能供電，列車受限于電池續(xù)航里程問題，無法實現(xiàn)全天在線運營，需運營期間下線充電。電池續(xù)航能力、充電時長和用車數(shù)量之間相互影響，例如電池續(xù)航越久，電池充電時間越長，用車數(shù)量可能需要增加。因此需研究儲能式供電軌道交通制式續(xù)航能力與用車數(shù)量關(guān)系，通過合理配置資源在滿足運營需求下優(yōu)化運用車配置。

一、傳統(tǒng)軌道交通運用列車計算公式

傳統(tǒng)軌道交通運用列車上線后可實現(xiàn)不間斷運行，用車數(shù)量只需滿足高峰時段需求。計算公式為（1）：

式中：M運用為運用列車數(shù)（輛）；L為線路里程（公里）；V旅行為線路平均旅行速度（公里/小時）；T折返為總折返時間（分鐘，包括始發(fā)站和終點站折返時間）；T間隔為高峰時段列車發(fā)車間隔（分鐘），n為列車編組輛數(shù)（輛）。

通過分析公式可知，傳統(tǒng)列車運用車數(shù)計算方式計算結(jié)果與線路長度、旅行速度、高峰時段發(fā)車間隔及折返時間有關(guān)，未考慮列車充電時間和續(xù)航能力的影響，不完全適用蓄電池供電方式的列車運用車數(shù)計算，需重新分析計算。

二、影響因素分析

儲能式供電軌道交通運用列車數(shù)計算影響因素分析：

一是電池續(xù)航能力及充電時間。根據(jù)國內(nèi)已運營線路經(jīng)驗，低運量列車滿電情況下續(xù)航里程約為150公里，續(xù)航里程主要受溫度影響，列車在運營期間在電量不足情況下需到充電列位充電后方可重新投入服務(wù)。列車充滿電所需時間為1小時，還需增加列車回庫時間及充電作業(yè)時間，大約1小時30分鐘。

二是線路長度及線型布置。在線路過長情況下，為了避免列車剩余電量不足回庫，需在電量存有一定余量時回庫充電，實際可用續(xù)航里程減少。如車輛段設(shè)置于線路中間，列車需空跑一定里程到達始發(fā)站，同樣也會減少實際可用續(xù)航里程。

三是充電列位個數(shù)及布置。軌道交通運營存在早晚高峰，需保證充電列位可以滿足所有回庫列車充電，如充電列位過少，列車排隊充電，部分列車無法及時充電導(dǎo)致列車運用車數(shù)增加。在線路較長區(qū)段，在正線設(shè)置充電列位，可減少部分列車回庫充電的空駛里程及運行時間，減少回庫充電時間。

在以上影響因素中，線路長度及線型布置可通過在正線多設(shè)置充電列位解決，而列車電池續(xù)航能力及充電時間是影響儲能式供電軌道交通列車運用車配屬的最大影響因素，雖然電池性能水平不斷提高，電池的容量相應(yīng)提高，但也未能滿足列車運營期間無需下線充電而統(tǒng)一在夜間進行的需求，故本文重點對影響因素中的線路長度及線型布置進行分析。

三、儲能式供電軌道交通運用列車計算

（一）基本參數(shù)分析

儲能式供電軌道交通列車滿電續(xù)航里程為150公里，列車電量由10%充至100%約1小時10分鐘，實際情況下需考慮列車回庫時間及列車充電準備工作時間，列車回庫距離約1公里左右，平均回庫速度約為10公里/小時，耗時約6分鐘。充電準備工作時間約1～2分鐘。為了保證冗余，在計算T充電時，充電時間（含列車出入庫及充電準備時間）設(shè)置為1小時30分鐘。

通過編制運行圖經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，運行圖所需列車數(shù)與列車電池續(xù)航時間和充電時間比例有關(guān)系，此處需將列車滿電續(xù)航里程轉(zhuǎn)換為續(xù)航時間，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)儲能式供電軌道交通旅速為25公里/小時左右，續(xù)航時間通過轉(zhuǎn)換約為6小時。

傳統(tǒng)軌道交通計算運用列車數(shù)基本采用工作日高峰最大斷面客流數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)進行運能匹配。

（二）考慮列車電池續(xù)航的運用列車數(shù)計算模型

在傳統(tǒng)的軌道交通中，工作日的運營高峰期可分為早上2小時和晚上2小時，共4小時，即T早高峰=T晚高峰=2小時。編制運行圖發(fā)現(xiàn)，列車續(xù)航里程最大制約點在列車晚高峰，一方面列車需滿足晚高峰前線上的平峰客流需求，列車電量能滿足晚高峰后下線，另一方面晚高峰列車上線后，電量可支撐到晚高峰下線列車充滿電后進行輪換。而在平峰期間，列車可通過提前下線，保持列車電量始終處于充裕狀態(tài)，即平峰期間部分列車運行1.5小時至2.5小時后，即可回庫充電，保證列車始終處于電量充足情況，確保高峰列車電量滿足運營需要。

在高峰列車下線時，應(yīng)盡量保證電量少的列車優(yōu)先下線充電，電量充裕列車盡量維持運營。也就是說，在高峰列車上線前的平峰列車在高峰結(jié)束優(yōu)先下線回車輛段充電，高峰上線列車需等待回段充滿電的列車上線后再進行輪換。

式中：T周期為列車運行線路一圈所用時間；T續(xù)航為列車續(xù)航時間；S續(xù)航為列車續(xù)航里程。

列車早晚高峰列車上下線時間：

式中：T高峰上線為列車從第一列早（晚）高峰列車到最后一列早（晚）高峰列車上線完畢所耗費的時間。

若列車最小續(xù)航滿足：T續(xù)航、T充電需滿足以下條件，列車無需增配運用車。

如，T續(xù)航≥T高峰+T高峰上線+T充電，則列車運用車計算公式為：

如不滿足此條件，列車需增配運用車數(shù)為：

此處假設(shè)一條線路長度為15公里，旅行速度為25公里/小時，運行周期為75分鐘，首站設(shè)置車輛段，列車充電時間1小時30分鐘，高峰發(fā)車間隔按5分鐘、平峰發(fā)車間隔按10分鐘，列車編組輛數(shù)為2輛，進行計算。

經(jīng)計算T=5*30/25=6小時＞2+1.5+1.25小時

列車計算公式采用進行計算列車所需運用車為30輛（15列車）。通過現(xiàn)場鋪畫運行圖，計算結(jié)果滿足要求，驗證了此模型的可行性。