CN106938656A - 基于列车供电网络监测信息的列车运行辅助系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于列车供电网络监测信息的列车运行辅助系统。主要包括：设置在供电站端的供电站网压与负载监测装置、设置在列控中心端的列车发车时间规划功能装置和设置在车载端的车载ATO使能控制装置；供电站网压与负载监测装置实时监控所在供电站的电压与负载情况，列车发车时间规划功能装置依据供电站的最大载荷功率计算出供电站对应的供电区间内需要进行发车延时的列车，向需要进行发车延时的列车上的车载ATO使能控制装置发送延时发车的命令。本发明在较小影响地铁系统中各列车的发车时间的情况下，有效地避免各供电站和供电网络载荷及电压的急剧变化与峰值波动，减小供电网络所受到的冲击，提高电能的使用效率及供电设备的使用寿命。

Description

基于列车供电网络监测信息的列车运行辅助系统

技术领域

本发明涉及列车运行控制技术领域，尤其涉及一种基于列车供电网络监测信息的列车运行辅助系统。

背景技术

目前，地铁网络中的供电制式为：一条线路被划分为若干个供电区间，分布于线路上的若干个供电站分别向各自所管辖的一段供电区间供电。然而，随着线路上的列车密度逐渐加大，电网系统的平均用电功率与峰值用电功率也逐渐增长，当同一供电区间内出现多列列车同时进行牵引用电时，极有可能会出现供电站的供电需求激增对电网造成冲击，甚至出现供电能力不能满足峰值用电功率需求的情况。目前解决此类问题的方式多以提高供电站最大容量、增加供电站数量为主，虽然效果明显，但是成本较高、工程量大，而整体提高的供电能力在非峰值用电时间也是一种无用的闲置资源，某种程度上是一种浪费。

因此，如何通过协调列车发车方式来减少用电峰值的出现具备足够的现实意义。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于列车供电网络监测信息的列车运行辅助系统，以实现有效地减少列车供电网络中用电峰值的出现。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于列车供电网络监测信息的列车运行辅助系统，包括：设置在供电站端的供电站网压与负载监测装置、设置在列控中心端的列车发车时间规划功能装置和设置在车载端的车载ATO使能控制装置；

所述的供电站网压与负载监测装置，用于实时监控所在供电站的电压与负载情况，当监控到供电站的当前载荷功率与最大载荷功率之间的差值小于设定阈值时，向所述列车发车时间规划功能装置提出调整后续列车发车时间的请求；

所述的列车发车时间规划功能装置，用于接收到所述调整后续列车发车时间的请求后，获取当前正处在所述供电站网压与负载监测装置所在的供电站对应的供电区间的列车数量，并依据供电站的最大载荷功率计算出供电站对应的供电区间内需要进行发车延时的列车，向需要进行发车延时的列车上的车载ATO使能控制装置发送延时发车的命令；

所述的车载ATO使能控制装置，用于接收到所述延时发车的命令后，延迟使能车载的ATO按钮，从而控制列车延时发车。

进一步地，所述的系统还包括：

列车定位装置，用于设置在车载端，实时检测列车当前的运行位置，并与供电站网压与负载监测装置进行信息交换，以确定该列车当前所在的供电区间。

进一步地，所述的系统还包括：

车载显示装置，用于设置在车载端，通过显示屏幕显示所述车载ATO使能控制装置发送的延时发车的命令。

进一步地，所述的列车发车时间规划功能装置，具体用于设供电站的最大载荷功率为P_max，每列列车的运行最大功率为P_train，则确定所述供电站对应的供电区间内能同时存在的最大用电列车数量N_max＝P_max/P_train；

设供电站对应的供电区间内当前区间内有N列列车在运行，将N列列车按照运行时间的先后顺序排序，组成列车队列，运行时间最早的为列车队列中的第一列列车，超出最大用电列车数量的列车数为N_extra＝N-N_max，确定所述列车队列中从第N_extra+1列列车开始往后的列车均要进行发车延迟；

所述列车队列中的列车需要用大功率运行的时间T的计算公式为： 其中M为列车总质量，v_max为线路限速，F_max为列车最大牵引力，当所述列车队列中的第一列列车已经发车并经过T时间之后，则所述列车队列中第N_extra+1列列车开始发车。

进一步地，所述的供电站网压与负载监测装置，用于实时监测供电站的载荷功率情况，计算出当前载荷功率与最大载荷功率之间的差值，当所述差值大于P_train时，则将所述差值发送给所述列车发车时间规划功能装置；

所述列车发车时间规划功能装置，用于根据所述供电站网压与负载监测装置发送过来的当前载荷功率与最大载荷功率之间的差值，更新正在等待发车的列车的延迟发车时间，并传递给车载ATO使能控制装置进行执行。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例在较小影响地铁系统中各列车的发车时间的情况下，有效地避免各供电站和供电网络载荷及电压的急剧变化与峰值波动，减小供电网络所受到的冲击，提高电能的使用效率及供电设备的使用寿命。

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基于地铁供电网络监测信息的列车运行辅助系统的结构图；

图2为本发明实施例的基于地铁供电网络监测信息的列车运行辅助系统的工作原理示意图；

图3为本发明实施例提供的一种列车站间运行曲线的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种列车的牵引特性的示意图。

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。

本发明提供了一种用于地铁网络的供电网络检测与列车发车时间调节系统，采取协调某供电区间内的列车发车时间的手段，目的在于降低峰值用电功率，减少电网用电功率急剧上升情形的发生，降低甚至消除由于多列列车同时需求牵引供电所导致的用电功率急剧上升以及对电网及供电站的峰值冲击。

本发明实施例的基于地铁供电网络监测信息的列车运行辅助系统的结构图如图1所示，主要由三部分装置组成，均为在现有系统中附加的小型装置：

1：供电站网压与负载监测装置，设置在供电站端；

2：列车发车时间规划功能装置，设置在列控中心端；

3：车载ATO(Automatic Train Operation，列车自动运行)使能控制装置+车载显示装置+列车定位装置，设置在车载端。

上述三部分装置两两之间采用双向无线通信进行信息交互。

本发明实施例的基于地铁供电网络监测信息的列车运行辅助系统的工作原理示意图如图2所示，主要工作流程包括：

步骤1)车载端的列车定位装置实时检测列车当前的运行位置，并与供电站网压与负载监测装置进行信息交换，以确定该列车当前所在的供电区间。

步骤2)供电站网压与负载监测装置实时监控所在供电站的电压与负载情况。当监控到供电站的当监控到供电站的当前载荷功率与最大载荷功率之间的差值小于设定阈值时，向列车发车时间规划功能装置提出调整后续列车发车时间的请求。

步骤3)列车发车时间规划功能装置接收到上述调整后续列车发车时间的请求后，获取当前正处在供电站网压与负载监测装置所在的供电站对应的供电区间的列车数量，并依据供电站最大载荷计算该区间内可以同时进行发车牵引的最大列车数量。

步骤4)之后，列车发车时间规划功能装置根据步骤3)中所计算的最大列车数量，并依据先入先出的原则，将超出最大数量之后的后方若干列车进行发车延时。此部分延时与列车控制中心的实时运行计划紧密结合：一方面，后方需进行延时的各个列车的延时长度不同，需单独计算；另一方面，后方各列列车的延时程度不应超出该列车原定运行计划中的缓冲时间限度。

步骤5)列车发车时间规划功能装置将计算后的各列车延时发车时长发送至车载ATO使能控制装置和车载显示装置。车载ATO使能控制装置接收到所述延时发车的命令后，延迟使能车载的ATO按钮，从而控制列车延时发车。这里不是直接控制延迟发车，而是使车载的ATO按钮延迟使能，即延迟点亮(点亮之后司机方可按压ATO按钮，使列车自动运行)。

其中第三部分装置的各组成部分的功能分别为：车载ATO使能控制装置控制列车ATO自动运行系统及相应司机控制按钮的使能；车载显示装置向列车司机显示相关的延时信息(延时长度、更新的发车倒计时等)。

以上流程中步骤1)—5)将在列车运行过程中循环进行，其中以步骤4)为最主要的计算过程，包括：

在地铁网络中，列车在各站间的运行曲线(位置-速度曲线)遵循最大牵引-巡航-惰行-最大制动的运行序列，即：发车之后最大牵引直至到达限速；到达限速后维持恒速进行巡航；在一定位置由巡航切换为惰行(依靠惯性向前运动，不消耗能量)，最后以最大制动进站停车。另外，地铁系统中由于车型一致、线路条件固定，因此各列车所采用的运行曲线亦是一致的，本发明提供的一种列车站间运行曲线的示意图如图3所示，列车的牵引特性的示意图如图4所示。

步骤4)中计算的过程为：

1.设供电站最大载荷功率为P_max，每列列车的运行最大功率为P_train，则该供电站对应的供电区间内能同时存在的最大用电列车数量N_max＝P_max/P_train；

2.设当前区间内有N列列车在运行，将N列列车按照运行时间的先后顺序排序，组成列车队列，运行时间最早的为列车队列中的第一列列车，则超出最大用电列车数量的列车数为N_extra＝N-N_max，确定所述列车队列中从第N_extra+1列列车开始往后的列车均要进行发车延迟；

3.每一列列车运行过程中，最大牵引段为功率消耗最大的阶段(巡航阶段则相应的牵引功率较低，这里不列入计算)。该列车需要用大功率运行的时间(即为第N_extra+1列列车需要延时的时间)的计算方式为：其中M为列车总质量，v_max为线路限速，F_max为列车最大牵引力。当列车队列中的第一辆车(头车)已经发车并经过T时间之后，其所需功率降低，供电站载荷减小，后方等待的第N_extra+1列列车(尾车)即可发车。

4.与此同时，供电站网压与负载监测装置实时监测供电站的载荷功率情况，计算出当前载荷功率与最大载荷功率之间的差值，当所述差值大于P_train时，则将所述差值发送给所述列车发车时间规划功能装置；

列车发车时间规划功能装置根据所述供电站网压与负载监测装置发送过来的当前载荷功率与最大载荷功率之间的差值，更新正在等待发车的列车的延迟发车时间，并传递给车载ATO使能控制装置进行提示与执行。

比如，当上述差值大于一个P_train时，则列车发车时间规划功能装置可以调度正在等待发车的第一列列车发车；当上述差值大于二个P_train时，则列车发车时间规划功能装置可以调度正在等待发车的第一列列车、第二列列车发车。

5.此过程将一直循环进行，每一次循环之后头车和尾车的序号将按其队列顺序进行更新。

*3和4中所述的两项判定条件其作用范围有所区别：3中所述的判定条件为比较保守的判定条件，而4中所述的判定条件为更加具体的判定条件。二者结合的方式为：先按照3中所述的判定条件进行预测计算，再根据4中所述的判定条件对尾车的延迟发车时间进行实时更新。

综上所述，本发明实施例在较小影响地铁系统中各列车的发车时间的情况下，有效地避免各供电站和供电网络载荷及电压的急剧变化与峰值波动，减小供电网络所受到的冲击，提高电能的使用效率及供电设备的使用寿命，降低甚至消除由于多列列车同时需求牵引供电所导致的用电功率急剧上升以及对电网及供电站的峰值冲击。

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。

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 (5)

1.一种基于列车供电网络监测信息的列车运行辅助系统，其特征在于，包括：设置在供电站端的供电站网压与负载监测装置、设置在列控中心端的列车发车时间规划功能装置和设置在车载端的车载ATO使能控制装置；

所述的供电站网压与负载监测装置，用于实时监控所在供电站的电压与负载情况，当监控到供电站的当前载荷功率与最大载荷功率之间的差值小于设定阈值时，向所述列车发车时间规划功能装置提出调整后续列车发车时间的请求；

所述的列车发车时间规划功能装置，用于接收到所述调整后续列车发车时间的请求后，获取当前正处在所述供电站网压与负载监测装置所在的供电站对应的供电区间的列车数量，并依据供电站的最大载荷功率计算出供电站对应的供电区间内需要进行发车延时的列车，向需要进行发车延时的列车上的车载ATO使能控制装置发送延时发车的命令；

所述的车载ATO使能控制装置，用于接收到所述延时发车的命令后，延迟使能车载的ATO按钮，从而控制列车延时发车。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括：

列车定位装置，用于设置在车载端，实时检测列车当前的运行位置，并与供电站网压与负载监测装置进行信息交换，以确定该列车当前所在的供电区间。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括：

车载显示装置，用于设置在车载端，通过显示屏幕显示所述车载ATO使能控制装置发送的延时发车的命令。

4.根据权利要求1或2或3所述的系统，其特征在于:

所述的列车发车时间规划功能装置，具体用于设供电站的最大载荷功率为P_max，每列列车的运行最大功率为P_train，则确定所述供电站对应的供电区间内能同时存在的最大用电列车数量N_max＝P_max/P_train；

设供电站对应的供电区间内当前区间内有N列列车在运行，将N列列车按照运行时间的先后顺序排序，组成列车队列，运行时间最早的为列车队列中的第一列列车，超出最大用电列车数量的列车数为N_extra＝N-N_max，确定所述列车队列中从第N_extra+1列列车开始往后的列车均要进行发车延迟；

所述列车队列中的列车需要用大功率运行的时间T的计算公式为： 其中M为列车总质量，v_max为线路限速，F_max为列车最大牵引力，当所述列车队列中的第一列列车已经发车并经过T时间之后，则所述列车队列中第N_extra+1列列车开始发车。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于:

所述的供电站网压与负载监测装置，用于实时监测供电站的载荷功率情况，计算出当前载荷功率与最大载荷功率之间的差值，当所述差值大于P_train时，则将所述差值发送给所述列车发车时间规划功能装置；

所述列车发车时间规划功能装置，用于根据所述供电站网压与负载监测装置发送过来的当前载荷功率与最大载荷功率之间的差值，更新正在等待发车的列车的延迟发车时间，并传递给车载ATO使能控制装置进行执行。