對地鐵列車節(jié)能優(yōu)化及行車調(diào)度相關(guān)策略分析

肖興

南京地鐵運營有限責(zé)任公司， 江蘇南京 ?210012

摘要：近年來，我國城市軌道交通迅猛發(fā)展，地鐵建設(shè)步伐隨之加快，使得地鐵列車運營支出不斷增加。在此情況下，地鐵列車節(jié)能優(yōu)化已經(jīng)成為地鐵建設(shè)工程中的重要內(nèi)容，列車基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)的優(yōu)化，不僅需要投入大量資金和時間成本，還影響列車正常運行，而優(yōu)化列車操控方式和完善列車行車調(diào)度可以在不影響列車運行的前提下，低成本的提高能源利用率，是一種高效可行的優(yōu)化途徑。

關(guān)鍵詞：地鐵列車;節(jié)能優(yōu)化;行車調(diào)度;調(diào)度策略

一、地鐵列車節(jié)能優(yōu)化及行車調(diào)度研究現(xiàn)狀

地鐵列車運行過程中，一般由啟動加速、勻速運動、惰行、再生制動和機械制動等五個階段組成，地鐵列車實際運行時會受到多種阻力影響，而列車節(jié)能優(yōu)化操控作為列車節(jié)能優(yōu)化有效途徑，是通過研究列車的運行特點，尋找出列車運行不必要的制動能耗以及最佳惰行點，從而節(jié)能優(yōu)化列車運行能耗。目前，眾多列車節(jié)能優(yōu)化操控研究中，普遍忽略了對列車手柄位信息、列車調(diào)度以及牽引網(wǎng)逆變回饋裝置的綜合考慮，同時存在列車運行路線單一的問題，因此，我國地鐵列車節(jié)能優(yōu)化操控急需研究出更符合實際情況的操縱模型。由于我國城市軌道交通的規(guī)模日益壯大，各城市的地鐵列車運行網(wǎng)絡(luò)越發(fā)復(fù)雜，單車節(jié)能優(yōu)化操縱已逐漸向列車再生能利用、行車調(diào)度等多列車協(xié)同控制模型發(fā)展。目前為止，關(guān)于列車節(jié)能優(yōu)化的研究主要集中在節(jié)能控制和再生制動方面，對列車優(yōu)化操控和行車調(diào)度節(jié)能控制方法的研究少之又少，無法體現(xiàn)列車節(jié)能的有效性與經(jīng)濟價值。

二、地鐵列車節(jié)能優(yōu)化操縱建模

地鐵列車節(jié)能優(yōu)化操縱十分繁瑣，不僅要對列車運行中所受各種力的變化規(guī)律和平衡關(guān)系進行探討，還要對列車運行因受力而出現(xiàn)的功能關(guān)系進行研究。因此，列車節(jié)能優(yōu)化操縱是列車行車調(diào)度節(jié)能的研究基礎(chǔ)，成功構(gòu)建列車節(jié)能優(yōu)化操縱模型，可以為后續(xù)節(jié)能研究提供理論依據(jù)。

如上所說，地鐵列車運行需經(jīng)過5個階段，但由于地鐵運行路線站間距離較短以及列車全程以精確預(yù)設(shè)速度運行，導(dǎo)致列車頻繁的起動、制動，而運行路線中難免出現(xiàn)上坡、下坡以及彎道等復(fù)雜線路，又加大了列車起動和制動的頻率，使列車運行變得更為復(fù)雜。基于此，應(yīng)通過隔斷分離分析地鐵列車運行路線，利用拉格朗日乘數(shù)法構(gòu)建限定列車運行時間、速度及加速度的最低能耗模型，基于矩陣和微積分理論，綜合考慮列車運行安全及最低能耗，將列車運行的各種控制方法構(gòu)建成離散化矩陣模型，結(jié)合列車坡道行駛牽引功率恒定的特點，在坡道坡度、距離和彎道距離數(shù)據(jù)清晰的情況下，確定出列車制動距離以及時間參數(shù)，從而探索出最優(yōu)列車節(jié)能操縱方法。同時，在此基礎(chǔ)上引入粒子群尋優(yōu)算法，保證計算結(jié)果的精確度。

三、地鐵列車行車調(diào)度策略分析

行車調(diào)度時刻表是體現(xiàn)列車出發(fā)、到達各車站時刻以及停靠時間的表格，其不僅是列車行車調(diào)度的基礎(chǔ)，更是影響列車運行效率的重要因素。編制列車行車時刻表是應(yīng)結(jié)合列車運行時間間隔、列車線路運輸能力運營車輛、運營成本及乘客滿意度等因素，在保證列車安全運行的情況下，盡可能的提高運行效率，降低運營成本，進而為乘客安全出行和列車節(jié)能優(yōu)化提供效用。列車運行圖是列車時刻表的另一種表現(xiàn)形式，其結(jié)合了坐標(biāo)原理，通過線條圖像更直觀的表現(xiàn)出列車運行具體信息。列車運行圖的橫坐標(biāo)表示運行時間，縱坐標(biāo)表示車站站點，斜線條表示列車運行軌跡，斜線數(shù)字代表車次。

1、根據(jù)列車優(yōu)化操縱節(jié)能策略

結(jié)合列車運行過程中的路況信息、列車速度及加速度等限制條件，構(gòu)建列車節(jié)能最優(yōu)操縱方法，完成節(jié)能目標(biāo)。

2、根據(jù)列車協(xié)同利用再生能量的節(jié)能策略

以實現(xiàn)列車電制動減速產(chǎn)生的再生制動能量利用率最大化為目標(biāo)，制定列車調(diào)動時刻表，使處在同一供電區(qū)的列車同時進行牽引和再生制動，從而實現(xiàn)再生能量利用效率最大化。

3、根據(jù)列車運行實際情況進行節(jié)能策略

列車運行時刻表中設(shè)置的列車發(fā)車時間和各線路間行車數(shù)量需要根據(jù)各方面的行車調(diào)度影響因素制定。發(fā)車密度過大不僅會浪費能源，還會增加列車調(diào)度難度;發(fā)車密度過小會無法滿足乘客出行需求，增加乘客出行時間，進而影響乘客出行滿意度。基于此，列車時刻表的編制需要根據(jù)實際運行情況，合理安排發(fā)車密度，保障運行車輛的運輸效率，從而實現(xiàn)列車節(jié)能優(yōu)化最大化。

結(jié)束語：

綜上所述，列車節(jié)能優(yōu)化本身是十分繁瑣的尋優(yōu)過程，加上外界因素限制以及研究人員專業(yè)能力和經(jīng)驗的不足，導(dǎo)致列車節(jié)能優(yōu)化操縱系統(tǒng)還存在很多不足和需要完善的部分，需要相關(guān)人員深入研究。特別是列車節(jié)能優(yōu)化操縱建模和列車運行時刻表的實際應(yīng)用方面仍需不斷完善，文中對此進行簡單分析探討，希望可以為列車節(jié)能運行作出貢獻。

參考文獻

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