地铁车辆能耗分析及节能优化分析

叶政佳

摘要：本文围绕着目前地铁车辆能耗现状展开分析，并将辅助能耗与牵引经能耗当做研究的基础，以此探讨了地铁能耗的主要构成以及线路设计。而在线路设计当中涵盖了节能坡、信号控车、节能供电等多种影响因素，结合其能耗现状，最终提出了相关的节能优化措施，以此提升整体的地铁车辆节能优化效果，希望可以为相关人员带来一些参考。

关键词：地铁车辆;车辆能耗;节能优化

一、地铁车辆能耗分析

对于地铁车辆能耗而言，其构成内容为辅助能耗以及牵引净能耗，且还有遭受到各种因素的影响，如线路设计，其具体能耗构成内容如图1所示。

经过计算车辆的实际运营数据，从而得出以下结论，整车能耗中，辅助能耗占据着20%，而牵引净能耗占据着80%，下面就介绍牵引净能耗、辅助能耗以及电路设计的相关内容。

（一）牵引净能耗

如果列车的状态处于牵引或者是匀速运行时，此时它的接触网以及第三轨的吸收能力，会直接传送到牵引变流器当中，这时也可以把其当做牵引能耗。当列车处于制动状态时，此时的一些能量会反馈到列车接触网、用电设备或者是第三轨中，这也被称之为制动再生能量。若单一的查看列车的整体耗能状况，制动再生能量可以把一些牵引能耗所消除。此外，列车动能变化也与牵引经能耗有着一定联系。当车辆从零速加速到最高速时，其动能会发生改变，如果列车运行速度处于最高值，那么只有降低车辆重量，才可以使其动能发生改变，以此降低动能变化所导致的牵引能耗。

（二）辅助能耗

对于地铁车辆而言，其中的辅助能耗属于低压负载消耗的能量，这也和牵引能耗存在着一些相同之处，这类能耗很容易被辅助系统当中的各个部件影响。而单一的看待列车的实际运行负载状况，那么其电能消耗情况也属于照明能耗、空调能耗较多，且空调能耗占据着整体辅助能耗的90%。对此，若空调不属于变频控制，那么也能够减少地铁车辆的能耗。

（三）線路设计

地铁车辆本身就会消耗能源，同时也会受到线路设计的影响，如线路弯道、坡道设计、节能坡设计等等。

第一，设计节能坡。如果列车出站时，会借助下坡的势能，以此增强列车的整体速度，让其牵引时间大大减少，起到较好的节能效果。而当车辆进站时，其可以利用上坡阻力，使车辆的速度降低，并减少制动的时间，让列车能耗大大减少。具体节能坡设计图如图2。

第二，信号系统控车方法。当实施此环节工作时，应合理选择车辆的运行方法，这也直接影响着车辆的能耗情况。例如，信号系统可以利用线路数据、车辆信息以及运行示意图等，自主完成操作指令的生成，利用自动化策略让基础的节能目标得以达成。另外，列车整体的运行耗费时间不变，且此时信号系统可以根据线路运行的区间数据，科学统筹规划好每一个站的运行时间。

二、地铁车辆节能优化措施

（一）车辆减重

实现车辆减重，通常会从结构应用、合理设计以及应用轻量化材料处着手。例如，有些列车的材质为齿轮箱，此时便可以应用铝合金完成铸铁的替代。而对于列车风道以及地板而言，可以应用一些轻量化的复合材料。

（二）增强效率

上面文章已经讲解到，车辆能耗状况会遭受到牵引部件质量的影响。下面以同步电机为例，将其与异步电机进行比对，以此完成分析。

永磁电机转子在材质上属于永磁体材料，而在运行的过程中，转子尚未形成电流，和异步电机无转子励磁损耗进行比对，它的额定效率更胜一筹，节能效果也十分显著。

（三）应用与设计新型技术

首先，应用高频辅助变流器。对于辅助变流器而言，其中的IGBT开关过程，也可以将其当做能耗的过程。换言之，能耗越发显著，此时辅助变流器的工作效率也会越发低下。而应用软开关技术展开工作，不仅可以让PWM变换器的开关损耗大大降低，并提升了变流器的整机效率。并且，若提升了辅助变流器的根本工作效率，这时也会减少变压器所需要用到的线圈，其体积、重点也会随之下调，起到较好的减重效果。

第二，变频空调。变频空调和定频空调进行比较，其能够降低空调的损耗情况，且处于低频运行状态时，其能效会显著提升。对此，应结合地铁车辆的实际运行状况来看，冬季和夏季，变频空调的节能率分别能够达到40%、25%。除此之外，因为变频空调在调节范围上比较广泛，且稳定控制密度比较高，这也并不会冲击到SIV。最后，压缩机的使用期限较长也是变频空调的优势，将其应用到地铁车辆中，具有明显的作用价值。

第三，应用智能照明。地铁列车中一定会有照明系统，而为了达到节能的效果，通常会选择应用智能化照明系统。列车一般会应用节能效果较强的LED光源控制或者是集中照明的手段，将光感传感器设置其中，从而使其根据外部的环境发生转变，更好的完成输出功率的调节，让大家处于一个良好的乘车环境当中。最后，在车辆中应用智能照明系统，当列车在高架运行时，其节能效果最为显著。

结束语：

综上所述，通过分析与描述地铁车辆能耗的实际情况，可以大致的获得车辆能耗，并对比每部分能耗的占比情况。并且，在分解能耗的基础之上，还了解了车辆能耗的根本因素，结合具体的原因，打造出相关的节能优化措施，从而让节能效果显著提升。此外，车辆能耗降低，其对于城市轨道交通的发展有着至关重要的作用，只有满足节能的根本要求，才可以促进地铁交通的发展。

参考文献：

[1]唐飞龙，韩庆军. 地铁车辆能耗分析及节能措施研究[J]. 机车电传动， 2020， No.275（04）：142-145.

[2]武石磊. 地铁列车节能优化及行车调度综合控制策略分析[J]. 轻松学电脑， 2018， 000（007）：1-1.

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