CN105835914A - 去除不必要牵引的列车节能运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种去除不必要牵引的列车节能运行控制方法。该方法主要包括：基于ATO系统获取列车运行牵引制动级位，根据列车运行牵引制动级位判断列车的当前位置是否为牵引点；当列车的当前位置为牵引点时，计算出列车当前已运行的时间t、列车在当前位置采用惰行方式至制动停车的运行时间T_c和牵引能耗E_c、列车在当前位置采用牵引方式至制动停车的运行时间T_t和牵引能耗E_t；根据T_a，t,T_c,E_c，T_t,E_t判断列车是否在当前位置不施加牵引，以惰行方式至制动停车。本发明可在列车牵引点处分别预测采用牵引或惰行方式至制动停车的运行时间和能耗，实时决策是否采用惰行方式至制动进站停车，实现避免不必要的牵引工况，从而减少列车运行牵引能耗。

Description

去除不必要牵引的列车节能运行控制方法

技术领域

本发明涉及列车运行控制技术领域，尤其涉及一种去除不必要牵引的列车节能运行控制方法。

背景技术

近年来，随着我国轨道交通的迅速发展，城市轨道交通系统的整体能耗也逐年增长。按照目前的用电情况来看，城市轨道交通系统的用电量已经对城市的能源供给带来了一定的负担，同时也给城轨运营单位带来了较大的成本压力。因此，如何使用更好的技术来降低能耗，进而降低运营成本是一个亟待解决的问题。在城市轨道交通系统中，能耗主要包括两个部分：列车牵引用电和动力照明用电。列车牵引用电的用电量主要受列车运行工况以及列车车载用电设备用电情况的影响。城市轨道交通列车运行一般分为牵引、巡航、惰行、制动四个工况，其中，列车运行在牵引工况下需要消耗较多电能，运行在惰行工况不消耗电能。因此为了减少牵引用电，一种常见的思路是减少列车在牵引工况下的运行时间,增加惰行工况下的运行时间。

对于列车在当前站间的最后一次牵引，由于接近列车进站停车阶段，经常遇到由牵引工况立刻或经历很短暂的惰行工况转换为制动工况的情况，此时减少的列车站间运行时间并不多，消耗的能量较大。在这种情况下列车采用牵引工况的必要性并不明显。

目前还没有针对此问题的优化控制方法。因此，需要提出一种有效的列车运行优化控制方法，去除不必要的牵引工况，以满足减少牵引能耗的需求。

发明内容

本发明的实施例提供了一种去除不必要牵引的列车节能运行控制方法，以实现减少列车牵引能耗的目的。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种去除不必要牵引的列车节能运行控制方法，包括：

基于时刻表确定当前站间列车预定运行时间T_a，基于ATO系统获取列车运行牵引制动级位，根据列车运行牵引制动级位判断列车是否处于牵引点处；

当列车的当前位置为牵引点时，计算出列车当前已运行的时间t、列车在当前位置采用惰行方式至制动停车的运行时间T_c和牵引能耗E_c、列车在当前位置采用牵引方式至制动停车的运行时间T_t和牵引能耗E_t；

根据所述T_a，t,T_c,E_c，T_t,E_t判断列车是否在当前位置不施加牵引，以惰行方式至制动停车。

进一步地，所述的根据列车运行牵引制动级位判断列车是否处于牵引点处，包括：

从系统控制器获取列车运行牵引制动级位,牵引制动级位的取值范围在-1到1之间,当牵引制动级位大于0时，列车运行在牵引过程中，当牵引制动级位为1时，列车以最大牵引状态运行；当牵引制动级位为0时，列车运行在惰行过程；当牵引制动级位小于0时，列车处于制动状态；

如果列车当前的牵引制动级位为1，且上一采样时刻的牵引制动级位为0，则判断当前列车处于牵引点处。

进一步地，所述的计算出列车当前已运行的时间t：

$t=\frac{V}{a_1}+\frac{V-V_0}{a_2}$

其中V为目标速度的最大值；V₀为列车在当前位置的速度；a₁为牵引工况下列车加速度；a₂为惰行工况下列车加速度。

进一步地，所述列车在当前位置采用惰行方式至制动停车的运行时间T_c和牵引能耗E_c为：

$T_c=\frac{V_0-V_b}{a_2}+\frac{V_b}{a_3}$

E_c＝0

其中V为目标速度的最大值；V₀为列车在当前位置的速度；a₂为惰行工况下列车加速度；V_b为去除不必要牵引后列车制动的起始速度；a₃为制动工况下列车减速度。

进一步地，所述列车在当前位置采用牵引方式至制动停车的运行时间T_t和牵引能耗E_t：

$T_t=\frac{V_t-V_0}{a_1}+\frac{V_t}{a_3}$

$E_t=\frac{1}{2}M(v_t^2-v_0^2)$

其中V为目标速度的最大值；V₀为列车在当前位置的速度；a₁为牵引工况下列车加速度；a₃为制动工况下列车减速度；V_t为列车在当前位置允许牵引达到的最大速度；M为列车的质量。

进一步地，所述的根据所述T_a，t,T_c,E_c，T_t,E_t判断列车是否在当前位置不施加牵引，以惰行方式至制动停车，包括：

判断是否满足t+T_c<T_a，如果是，则确定在当前位置不施加牵引，不影响列车准时到站，进行后续处理步骤；否则，直接基于当前牵引制动级位输出列车运行牵引/制动力；

判断是否满足其中，E为列车在该站间运行的牵引能耗；T为列车在该站间运行的时间，如果是，则去除此次本应施加的牵引过程，在当前采样周期内列车采用惰行方式运行；否则直接基于当前牵引制动级位输出列车运行牵引/制动力。

进一步地，所述的方法还包括：

在当前采样周期结束后，在下一个采样周期开始时，重复执行上面的处理过程，直至基于ATO系统获取的列车运行牵引制动级位不是牵引级位。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明通过计算列车在站间可能实施的最后一次牵引所消耗的牵引电量ΔE和所减少的站间运行时间ΔT，对比在该站间所消耗的牵引电量E和运行时间T，基于对比结果确定在列车的当前位置是否施加牵引过程，可以去除消耗较多牵引电量而站间运行时间缩短较少的列车牵引工况，从而达到减少列车运行牵引能耗，进而减少城市轨道交通系统能耗的目的。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种去除不必要牵引的列车节能运行控制方法的处理流程图；

图2为本发明实施例提供的一种城轨ATO控制模式的示意图；

图3和图4为本发明实施例提供的一种切除典型不必要牵引的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

本发明实施例为了去除不必要的牵引工况，以满足减少牵引能耗的需求，提供了一种去除不必要牵引的列车节能运行控制方法。该方法的处理流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、根据时刻表确定列车在当前站间的预定运行时间Ta。

步骤2、图2为本发明实施例提供的一种城轨ATO控制模式的示意图，从ATO(Automatic Train Operation，列车自动运行装置)系统控制器获取列车运行牵引制动级位,牵引制动级位的取值范围在-1到1之间,列车当前具体的牵引制动级位的值由列车在该站间的规定运行策略确定。

基于不同的牵引制动级位，列车会输出不同的牵引力/制动力，从而列车会运行在不同的工况下(牵引、惰行、制动)，当牵引制动级位大于0时，列车运行在牵引过程中，当牵引制动级位为1时，列车以最大牵引状态运行；当牵引制动级位为0时，列车运行在惰行过程；当牵引制动级位小于0时，列车处于制动状态。如图2所示，本实施例中提供的ATO系统控制模式如下，列车运行以目标速度为标准，当牵引至接近目标速度后停止施加牵引，列车以惰行方式运行，当列车速度低于设置的速度门限后会再次施加牵引，重复此过程直至接近车站进行制动停车。

步骤3、判断列车当前是否在牵引点处，如果满足此时的牵引制动级位为1，且上一采样时刻的牵引制动级位为0，则判断当前列车处于牵引点处。这里的牵引点不是列车从速度为0开始运行的起始点，而是代表图2中列车由惰行工况转为牵引工况的点，如有多个惰行-牵引过程，也具有指代意义。

当列车处于牵引点处时，列车应施加牵引，此时牵引制动级位为1，前一时刻列车处于惰行工况，牵引制动级位为0。

当不满足此时牵引制动级位为1,且上一采样时刻的牵引制动级位为0，判断当前列车所处位置不是牵引起始点，直接基于当前位置的牵引制动级位输出列车运行牵引/制动力,列车运行牵引力/制动力是与列车当前速度、牵引制动级位相关的，当车型已定的情况下，会确定一条该车型对应的牵引/制动特性曲线，基于这些参数最终确定列车的牵引力/制动力。

步骤4、计算到当前位置列车已运行时间t、计算在当前位置采用牵引方式至制动停车的牵引能耗E_t和运行时间T_t、计算在当前位置采用惰行方式至制动停车的牵引能耗E_c和运行时间T_c，计算方法如下：

$t=\frac{V}{a_1}+\frac{V-V_0}{a_2}$

$T_c=\frac{V_0-V_b}{a_2}+\frac{V_b}{a_3}$

E_c＝0

$T_t=\frac{V_t-V_0}{a_1}+\frac{V_t}{a_3}$

$E_t=\frac{1}{2}M(v_t^2-v_0^2)$

其中V为目标速度的最大值；V₀为列车在当前位置的速度；a₁为牵引工况下列车加速度；a₂为惰行工况下列车加速度；V_b为去除不必要牵引后列车制动的起始速度；a₃为制动工况下列车减速度；V_t为列车在当前位置允许牵引达到的最大速度；M为列车的质量。

步骤5、基于到当前位置列车已运行时间t、从当前位置采用惰行方式至制动停车的运行时间T_c以及列车预定站间运行时间Ta，判断去除此次牵引后，是否影响列车准时到站：

t+T_c<T_a

如果是，则执行下述处理步骤；否则直接基于当前牵引制动级位输出列车运行牵引/制动力。

步骤6、基于从当前位置采用牵引方式至制动停车的牵引能耗E_t和运行时间T_t、从当前位置采用惰行方式至制动停车的牵引能耗E_c和运行时间T_c、列车在该站间运行的牵引能耗E、列车在该站间运行的时间T判断去除此次牵引后是否节省能耗：

$\frac{\mathrm{\&Delta;}E}{\mathrm{\&Delta;}T}>\frac{E}{T}$

列车在该站间运行的牵引能耗E和运行时间T基于现场的实际数据得到。

ΔE＝E_t-E_c

ΔT＝T_t-T_c

如果是，则执行下述处理步骤；否则直接基于当前牵引制动级位输出列车运行牵引/制动力。

步骤7、去除此次本应施加的牵引过程，在当前采样周期内列车采用惰行方式运行。图3和图4为本发明实施例提供的一种切除典型不必要牵引的示意图，图3表示减少的牵引能耗ΔE，图4表示列车原站间运行时间为T₁,去除掉最后一次不必要的牵引过程后，增加了ΔT运行时间，实际站间运行时间变为T₂，但仍然不影响列车准时到站，且节省了最后一次牵引的牵引能耗ΔE。

步骤8、在当前采样周期结束后，在下一个采样周期开始时，重复执行上面的处理过程，直至从ATO系统控制器获取的列车运行牵引制动级位不是牵引级位。

综上所述，本发明通过计算列车在站间可能实施的最后一次牵引所消耗的牵引电量ΔE和所减少的站间运行时间ΔT，对比在该站间所消耗的牵引电量E和运行时间T，基于对比结果确定在列车的当前位置是否施加牵引过程，可以去除消耗较多牵引电量而站间运行时间缩短较少的列车牵引工况，从而达到减少列车运行牵引能耗，进而减少城市轨道交通系统能耗的目的。

本发明可在列车牵引点处分别预测采用牵引或惰行方式至制动停车的运行时间和能耗。综合当前站间的发车时刻、运行图规定的站间运行时间信息，实时决策是否采用惰行方式至制动进站停车，实现避免不必要的牵引工况，从而减少列车运行牵引能耗的目的。本发明中所消耗的牵引电量ΔE和减少的站间运行时间ΔT均基于列车在该站间的实时运行数据估计，保证估计准确度。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种去除不必要牵引的列车节能运行控制方法，其特征在于，包括：

基于时刻表确定当前站间列车预定运行时间T_a，基于ATO系统获取列车运行牵引制动级位，根据列车运行牵引制动级位判断列车是否处于牵引点处；

当列车的当前位置为牵引点时，计算出列车当前已运行的时间t、列车在当前位置采用惰行方式至制动停车的运行时间T_c和牵引能耗E_c、列车在当前位置采用牵引方式至制动停车的运行时间T_t和牵引能耗E_t；

根据所述T_a，t,T_c,E_c，T_t,E_t判断列车是否在当前位置不施加牵引，以惰行方式至制动停车。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据列车运行牵引制动级位判断列车是否处于牵引点处，包括：

从系统控制器获取列车运行牵引制动级位,牵引制动级位的取值范围在-1到1之间,当牵引制动级位大于0时，列车运行在牵引过程中，当牵引制动级位为1时，列车以最大牵引状态运行；当牵引制动级位为0时，列车运行在惰行过程；当牵引制动级位小于0时，列车处于制动状态；

如果列车当前的牵引制动级位为1，且上一采样时刻的牵引制动级位为0，则判断当前列车处于牵引点处。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的计算出列车当前已运行的时间t：

$t=\frac{V}{a_1}+\frac{V-V_0}{a_2}$

其中V为目标速度的最大值；V₀为列车在当前位置的速度；a₁为牵引工况下列车加速度；a₂为惰行工况下列车加速度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述列车在当前位置采用惰行方式至制动停车的运行时间T_c和牵引能耗E_c为：

$T_c=\frac{V_0-V_b}{a_2}+\frac{V_b}{a_3}$

E_c＝0

其中V为目标速度的最大值；V₀为列车在当前位置的速度；a₂为惰行工况下列车加速度；V_b为去除不必要牵引后列车制动的起始速度；a₃为制动工况下列车减速度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述列车在当前位置采用牵引方式至制动停车的运行时间T_t和牵引能耗E_t：

$T_t=\frac{V_t-V_0}{a_1}+\frac{V_t}{a_3}$

$E_t=\frac{1}{2}M(v_t^2-v_0^2)$

其中V为目标速度的最大值；V₀为列车在当前位置的速度；a₁为牵引工况下列车加速度；a₃为制动工况下列车减速度；V_t为列车在当前位置允许牵引达到的最大速度；M为列车的质量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的根据所述T_a，t,T_c,E_c，T_t,E_t判断列车是否在当前位置不施加牵引，以惰行方式至制动停车，包括：

判断是否满足t+T_c<T_a，如果是，则确定在当前位置不施加牵引，不影响列车准时到站，进行后续处理步骤；否则，直接基于当前牵引制动级位输出列车运行牵引/制动力；

判断是否满足其中，E为列车在该站间运行的牵引能耗；T为列车在该站间运行的时间，如果是，则去除此次本应施加的牵引过程，在当前采样周期内列车采用惰行方式运行；否则直接基于当前牵引制动级位输出列车运行牵引/制动力。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：

在当前采样周期结束后，在下一个采样周期开始时，重复执行上面的处理过程，直至基于ATO系统获取的列车运行牵引制动级位不是牵引级位。