地铁列车节能优化及行车调度综合控制方法

王永杰

摘   要：随着社会经济的不断发展，目前节能环保逐渐成为时代的主色调。地铁是当前人们出行时的便捷工具，一般来说，地铁列车的运营时间越长，消耗的能量则会随之增多，因此，如何有效减少地铁列车的能耗，促使其達成综合控制的目标也就转变为现阶段的重点研究项目。文章从地铁列车的调度控制角度，对其节能优化进行相关讨论。

关键词：地铁列车;节能优化;列车调度;时刻表

地铁作为人们日常出行的重要工具，其客运量的多少以及运营时间的长短直接决定了列车的耗能。为了响应国家节能减排的号召，促进轨道交通的可持续发展，应及时解决列车的能耗问题。现阶段对列车节能控制策略的研究较多，像很多专家学者对列车的停站时间和惰性时间进行合理安排，从而设计出具备节能作用的时刻表等[1]。总之，纵观当前的各项研究成果，要实现地铁列车的能源节约，最直接可行的方式就是对行车调度方案作出相应改变。本文就将列车整个线路的总能耗作为着手点，探讨了单车节能与多车协同制动节能的策略，用以降低地铁列车的总能耗。

1    地铁列车的节能控制分析

进入21世纪之后，人们对城市轨道交通的关注度居高不下，而相关的研究也不断深入，目前研究成果丰硕。关于城市轨道交通节能控制方面，人们更加重视单车的节能技术和多车协同控制时再生制动能的利用。就单车节能而言，主要是通过将现有的列车驾驶策略进行调整与优化来实现节能，比如合理控制列车到站的加速、巡航和惰性运行等。研究结果显示：当运行时间确定时，列车借助均匀牵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减少一部分阻力。因此，列车可以采用最大功率制动，下坡时应避免制动，尽量充分利用列车自身的重力势能。就再生制动节能而言，目前在各个国家已经有了广泛的应用。其机制主要体现在列车的制动过程中，此时电机转子的转速很容易反超电机定子产生的旋转磁场转速，而二者的旋转方向不统一时，会使牵引电动机原本的性质转变为发电机，从而将所产生的电能回收。一般而言，城市轨道交通运输的站点间距较短，因而列车会经常性处于制动状态，如果制动过程中所产生的能力能够被回收再利用，能大大增加能量的使用效率[2]。

2    地铁列车的行车调度理论分析

2.1  行车调度时刻表

列车的行车调度时刻表是明确标明列车出发时刻、通过时长、到站时刻以及停站时长的表格，它能直接指导列车有条不紊地运行。由于人们时间观念的不断增强，地铁上的乘客更加希望列车能为自己节省路途上奔波的时间，因此，列车时刻表的重要意义不言而喻。行车调度时刻表有基本时刻表和计划时刻表之分。基本时刻表就是严格设置的车次号和各种时间的表格，而计划时刻表能反映列车当天的实际运营情况，例如列车的到站时刻、停站时长等都是经由监控系统检测后的真实数据，是结合列车的运行状态生成的。

2.2  行车调度表的综合控制策略

2.2.1  单车优化操作节能

地铁单节列车的节能优化是实现列车调度综合控制的基础。因此，在进行单车优化操作时，必须综合考虑列车在线路中遇到的坡道、弯道等，同时关注列车能量的损耗以及再生制动能量的有效利用，率先确保单节列车在各站点的运行中减少能耗，进而设置最节能的运行方法，为节能作出贡献。

2.2.2  多车协同制动节能

众所周知，列车运行中会受到各种力的作用，而力的互相作用又分做有用功和无用功的情况。首先对“4动2拖”列车运行时的某一时刻进行受力分析。可以看出，列车加速度与其自身势能之间存在一定关系。为了有效增强有用功的作用效果，就要求在单车完成优化的基础之上充分考虑，尽可能减少多车协同制动时的无用功。例如，列车进站与遇到弯道时的制动减速就会让列车消耗部分能量。因此，应将此时的再生制动能量完全激发出来，充分提高协同制动能量的再生效率，可以采取的措施有增加同一时段内发生牵引或制动作用的列车数量。

2.2.3  考量列车的运行环境

地铁列车时刻表的设定与多个因素有关，应充分考量列车的实际运行环境，合理设置列车的发车密度以及某个线路上运行列车的数量。以发车密度为例，加大发车密度能承载更多的乘客，但过大的发车密度会造成运行列车的能源消耗，容易造成不必要的资源浪费。如果减小发车密度，能源得以保障，但也意味着人们需要等待更久才能乘坐目标列车，无法满足当前人们的出行需求[3]。

3    基于矩阵离散法的地铁列车节能优化及行车调度综合控制系统

随着科学技术的不断进步，地铁列车的运行正在向智能化发展。地铁列车优化操纵指导系统就是利用信息技术从而实现地铁列车的自动化控制系统，能有效解决列车操作系统数据繁多的问题，同时，处理速度比传统方式更加简单、高效。也就是说，借助此系统能让地铁列车的运行逐渐走向智能与节能的道路，也让列车的自动驾驶变得安全、可靠。

4    结语

地铁列车的节能优化以及行车调度综合控制，原本就是非常复杂的过程，不论是建立相关模型还是求解都十分繁琐。但是针对当前地铁列车浩大的节能工程，技术人员应继续加强模型的研究和相关技术的开发。本文主要对单车优化操作节能和多车协同制动节能作出了一些讨论，可以看出地铁列车的节能与行车调度时刻表息息相关，因此，需要合理调整列车的运行时间和停站时间等。

[参考文献]

[1]周继续.地铁列车节能优化及行车调度综合控制方法研究[D].南宁：广西大学，2016.

[2]陆源源.考虑列车混行的运行—调度一体化优化方法[D].杭州：浙江大学，2018.

[3]徐小林.基于多车协同操纵的地铁再生制动能优化利用研究[D].石家庄：石家庄铁道大学，2017.