試論列車控制與行車調度一體化節能方法

吳文艾 杜巧玲 王月太

摘 要：隨著城市化進程的不斷加快，當前城市軌道交通項目建設與發展速度也越來越快，同時在軌道交通中，人們也更加關注的節能。本文主要分析了列車控制與行車調度同節能的關聯，然后探討了列車控制與行車調度一體化的節能策略，希望給相關人員提供一些有價值的參考。

關鍵詞：列車控制；行車調度；一體化節能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.201

0 引言

城市軌道交通運營歷程增加、客運量升高及地鐵剛性能耗增長等使得節能降耗成為地鐵營運部門關注的焦點。當前，國內對于列車節能的研究，主要強調列車節能駕駛及再生制動能方面，而隨著節能需求的不斷深化，國內外逐漸開展節能時刻表的制定。本次研究主要研究了對列車控制與行車調度協同的一體化節能策略，希望以此降低能源損耗。

1 列車控制與行車調度同節能的關系

約定列車在規定時間完成運輸任務，實際中有多種可行的速度曲線選擇，但是每種選擇搜對應的能耗存在很大的差異[1]。在保證列車安全平穩前提下，需要選擇出一條合理的速度曲線來指導列車運行，以達到最佳的節能效果。

列車運行同能耗的聯系為：

（1）列車牽引力做功消耗電能轉變成列車的動能；

（2）克服阻力做功將動能以熱量形式消耗；

（3）借助再生制動將列車的動能轉變成再生制動能。對列車的運行工況進行分析，并且結合單站間的節能速度曲線，列車技能的控制策略如下：充分利用惰行技能及合理選擇牽引及制動時間。

2 列車控制與行車調度一體化節能

2.1 多車間再生制動能利用

現有城市軌道交通中，線路站間的長度分布在幾百到幾千米，以及間距劃分為短站間距及長站間距類型類型。針對行車調度節能，針對短站采取一次牽引的列車控制策略，長站則采取二次牽引的控制策略[2]。同時將再生能的利用范圍推廣到整個區間，不單單局限在進出站的階段，這樣主要使是再生能量得到有效的利用。

（1）短站間距再生制動能利用策略。對于短站間距，列車最佳的控制策略主要采用的是一次牽引的控制策略。也就是列車以最大的牽引力加速到一定的速度后惰行形式，在將要進站的時候以最大的制動減速停車。

一次牽引過程中，再生制動能利用上，利用條件應該是同一變電所內的列車。在運行階段中，列車制動準備進入到車站，制動并產生再生制動能；列車加速離開車站，牽引力需要消耗掉電能，然后列車在到達下一站時進行惰行形式，這樣既不會消耗電能也不會產生再生制動能，這一時候列車產生的再生制動能可以被下一行駛列車應用利用，到達下一個車站完成能量的一次利用。

（2）長站間距再生制動能利用策略。對于長站車距，采取一次制動的方式并不能完全行駛完全程，所以可以疊加牽引，采取二次牽引的控制策略。長距離的站間行駛過程，列車先以最大的牽引力加速到最大的速度，然后惰行一段距離，等到同一變電所內存在列車制動的時候再次進行牽引，完成二次牽引[3]。在此期間，列車的速度如果降至速度下限依舊無列車制定的情況，列車要進行主動牽引，同時限速如果發生變化并且列車惰行不能將速度減速到速度上限下，可采取主動制動的方式，這樣可以使得列車不僅僅在進出站的時候能夠利用再生制動能，在實際運行中同樣可以利用，這樣可以減少再生制動能的浪費。

二次牽引再生制動能利用上，第一次牽引過程，列車制動準備進到車站，制動后產生再生制動能，下一列車在遷移車站完成二次牽引并消耗電能，完成第一次牽引的列車惰行到進行第二次牽引時，減速并且再次制動，而此時下一列車已經進行制動，完成一個制動循環。列車二次制動重復上述的制動階段，完成制動能的利用。

2.2 列車控制與行車調度一體化節能模型

（1）模型建立。基于對單車節能駕駛及多車協同控制，對再生制動能進行分析，對于全線總能耗最低目標，選取列車區間的牽引時間、巡航時間、惰行時間、制動時間、停站時間及列車發車間隔作為變量構架出行車模型[4]。

（2）單車節能分析。單車節能優化策略如下：1）出現限速區域，先以最大的加速度加速，然后巡航；2）永久限速的區域，以最大的加速度加速后進行惰行，之后以最大減速度進行制動；3）臨時限速的區段，采取巡航的駕駛模式；4）進站限速的區域采取巡航駕駛模式，最后以最大的速度進行制動。

列車采取牽引-巡航-惰行-制動的行駛模式可實現區間的節能運行。

（3）列車調整措施。城市軌道交通調整方法的設計上，需要盡量遵循如下原則：第一，滿足實時性需求，調整時間需盡可能短；第二，調整目標在于避免運行紊亂，使得列車有序運行；第三，調整需從乘客效益及運營公司效益方面考量，保證乘客服務質量及滿意度，避免乘客等車時間長使得客流量集中。

列車調整上，調整策略如下：1）調整站間的運行時間。列車出現進展或發車晚點的情況，在不超過列車最大運行速度前提下可提高列車的運行速度，調整站間運行時間，縮短晚點時間；2）調整停站時間。確保車門正常作業及乘客上下車前提下，可調整停站時間，縮短整體晚點時間，提高再生制動能的利用率；3）系統運行出現紊亂情況，可適當采取越行站、會讓站修改列車的到發順序，增加后者取消列車，實現運營系統正常接發車，以恢復運營的秩序。

3 結語

本文基于針對列車節能策略進行了探究，主要通過長短站間的列車控制策略，實現再生制動能的有效利用。同時通過構建列車控制與行車調度一體化節能模型，通過調整站間運行時間、停站時間以及列車到發順序等方法，降低全線總能耗，提高再生制動能力的利用率，進而達到節能的目的。

參考文獻：

[1]周繼續.地鐵列車節能優化及行車調度綜合控制方法研究[D]. 廣西大學，2016.

[2]周繼續，賀德強，王合良等.地鐵列車優化操縱與行車調度綜合節能控制方法研究[C]//中國科協年會，2015.

[3]宿帥.城軌列車運行圖和速度曲線一體化節能方法[D].北京交通大學，2016.

[4]周妍，周磊山.高速鐵路行車調度指揮一體化仿真實驗平臺設計與研究[J].鐵道學報，2012，34（06）：1-7.

作者簡介：吳文艾（1990-），女，甘肅天水人，本科，助教，研究方向：專業自動化（自動控制）。