地鐵列車節能優化及行車調度綜合控制方法

王永杰

摘? ?要：隨著社會經濟的不斷發展，目前節能環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為現階段的重點研究項目。文章從地鐵列車的調度控制角度，對其節能優化進行相關討論。

關鍵詞：地鐵列車;節能優化;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。為了響應國家節能減排的號召，促進軌道交通的可持續發展，應及時解決列車的能耗問題。現階段對列車節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，要實現地鐵列車的能源節約，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，探討了單車節能與多車協同制動節能的策略，用以降低地鐵列車的總能耗。

1? ? 地鐵列車的節能控制分析

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能控制方面，人們更加重視單車的節能技術和多車協同控制時再生制動能的利用。就單車節能而言，主要是通過將現有的列車駕駛策略進行調整與優化來實現節能，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。就再生制動節能而言，目前在各個國家已經有了廣泛的應用。其機制主要體現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生的旋轉磁場轉速，而二者的旋轉方向不統一時，會使牽引電動機原本的性質轉變為發電機，從而將所產生的電能回收。一般而言，城市軌道交通運輸的站點間距較短，因而列車會經常性處于制動狀態，如果制動過程中所產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、停站時長等都是經由監控系統檢測后的真實數據，是結合列車的運行狀態生成的。

2.2? 行車調度表的綜合控制策略

2.2.1? 單車優化操作節能

地鐵單節列車的節能優化是實現列車調度綜合控制的基礎。因此，在進行單車優化操作時，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，率先確保單節列車在各站點的運行中減少能耗，進而設置最節能的運行方法，為節能作出貢獻。

2.2.2? 多車協同制動節能

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。可以看出，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化的基礎之上充分考慮，盡可能減少多車協同制動時的無用功。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出來，充分提高協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生牽引或制動作用的列車數量。

2.2.3? 考量列車的運行環境

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境，合理設置列車的發車密度以及某個線路上運行列車的數量。以發車密度為例，加大發車密度能承載更多的乘客，但過大的發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能優化及行車調度綜合控制系統

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展。地鐵列車優化操縱指導系統就是利用信息技術從而實現地鐵列車的自動化控制系統，能有效解決列車操作系統數據繁多的問題，同時，處理速度比傳統方式更加簡單、高效。也就是說，借助此系統能讓地鐵列車的運行逐漸走向智能與節能的道路，也讓列車的自動駕駛變得安全、可靠。

4? ? 結語

地鐵列車的節能優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能工程，技術人員應繼續加強模型的研究和相關技術的開發。本文主要對單車優化操作節能和多車協同制動節能作出了一些討論，可以看出地鐵列車的節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.地鐵列車節能優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—調度一體化優化方法[D].杭州：浙江大學，2018.

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