CN110414720B - 动车组用电设备的能耗优化方法、装置及智能管理系统 - Google Patents

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CN110414720B CN201910608430.4A CN201910608430A CN110414720B CN 110414720 B CN110414720 B CN 110414720B CN 201910608430 A CN201910608430 A CN 201910608430A CN 110414720 B CN110414720 B CN 110414720B
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Abstract

本发明提供一种动车组用电设备的能耗优化方法、装置及能量智能管理系统，该方法包括：获取动车组运行工况数据、动车组当前运行模式以及动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据；根据所述动车组运行工况数据、所述动车组当前运行模式以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取对应的能耗优化控制策略；根据所述能耗优化控制策略控制动车组设备的运行，其中，通过采用上述方式能够精确量测动车组设备能耗，根据动车组设备能耗的量测数据进行能耗优化，提出了不同模式下的能耗优化策略，有效节能，提高动车组运营经济性。

Description

动车组用电设备的能耗优化方法、装置及智能管理系统
技术领域
本发明涉及动车组控制技术领域，尤其涉及一种动车组用电设备的能耗优化方法、装置及智能管理系统。
背景技术
随着铁路现代化建设的快速发展，越来越多的高速铁路和动车组投入运营。高速动车组的能耗在整个高速铁路系统运营能耗中占有很大比例。对于运营部门来说，对高速动车组各设备能耗的实时监控和运行管理，对节能及保证运营经济性显得尤为重要。
动车组能耗主要受运行工况和运营状态等因素影响，满负载运行状态下能耗差异不明显，在非最高运营速度下恒速运行模式、及非载客运行模式(洗车、联挂、调车低恒速运行，停站待载客模式)下，动车组的运行能耗存在较大的浪费。
目前，针对动车组设备能耗未能进行精确性量测，粗放式的能量监测模式无法实现能量管理，造成能耗的极大浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种动车组用电设备的能耗优化方法、装置、能量智能管理系统、电子设备以及计算机可读存储介质，能够精确量测动车组设备能耗，根据动车组设备能耗的量测数据进行能耗优化，提出了不同模式下的能耗优化策略，有效节能，提高动车组运营经济性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，提供一种动车组用电设备的能耗优化方法，包括：
获取动车组运行工况数据、动车组当前运行模式以及动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据；
根据所述动车组运行工况数据、所述动车组当前运行模式以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取对应的能耗优化控制策略；
根据所述能耗优化控制策略控制动车组设备的运行。
进一步地，所述动车组当前运行模式包括：非最高运营速度下恒速运行模式及非载客运行模式；
获取动车组当前运行模式包括：
获取列车控制和管理系统中预存的列车运行模式信息；
根据所述列车运行模式信息判断动车组当前是否处于非载客运行模式；
若否，根据所述动车组运行工况数据中的动车组实际运行速度判断动车组当前是否处于非最高运营速度下恒速运行模式。
进一步地，所述动车组当前运行模式包括：非最高运营速度下恒速运行模式及非载客运行模式；
所述根据所述动车组运行工况数据、所述动车组当前运行模式以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取对应的能耗优化控制策略包括：
当所述动车组当前运行模式为非最高运营速度下恒速运行模式时，根据所述动车组运行工况数据以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取切除部分牵引电机的能耗优化策略；
当所述动车组当前运行模式为非载客运行模式时，根据所述动车组运行工况数据以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取切除部分牵引电机的能耗优化策略，并且，根据所述动车组运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调照明投切控制策略。
进一步地，所述根据所述动车组运行工况数据以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取切除部分牵引电机的能耗优化策略，包括：
根据所述动车组运行工况数据计算牵引电机的当前运行效率以及最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数；
根据所述最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数获取初步切机方案，所述初步切机方案的数量等于最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数；
根据所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据确定各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率；
根据牵引电机的当前运行效率以及各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率确定切除部分牵引电机的能耗优化策略。
进一步地，所述根据牵引电机的当前运行效率以及各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率确定切除部分牵引电机的能耗优化策略，包括：
获取各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率的最大值；
比较牵引电机的当前运行效率与预期运行效率的最大值；
当牵引电机的当前运行效率大于等于预期运行效率的最大值，则不进行切机操作；
当牵引电机的当前运行效率小于预期运行效率的最大值时，将预期运行效率的最大值所对应的初步切机方案作为切除部分牵引电机的能耗优化策略。
进一步地，最大可切的动车架数采用以下公式计算：
Figure GDA0003323496460000031
其中，n1为当前位置最大可切的动车架数，Vc为动车组实际运行速度，M为动车组的实际重量，PN为动车组的轮周牵引功率，P0为牵引电机的额定功率，floor[x]为向下取整函数，w为动车组单位基本阻力，wr为动车组单位附加阻力，r为回转质量系数，ηGear为齿轮箱机械传动系统效率，a为剩余加速度，g为重力加速度。
进一步地，最大可切的动车轴数采用以下公式计算：
Figure GDA0003323496460000032
其中，n2为当前位置最大可切的动车轴数，Vc为动车组实际运行速度，M为动车组的实际重量，PN为动车组的轮周牵引功率，P0为牵引电机的额定功率，floor[x]为向下取整函数，w为动车组单位基本阻力，wr为动车组单位附加阻力，r为回转质量系数，ηGear为齿轮箱机械传动系统效率，a为剩余加速度，g为重力加速度。
进一步地，所述空调照明投切控制策略包括：空调投切控制策略和/或照明投切控制策略；
所述根据所述运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调照明投切控制策略包括：
根据所述运行工况数据获取照明投切控制策略；
根据所述运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调投切控制策略。
进一步地，所述根据所述运行工况数据获取照明投切控制策略包括：
根据动车组当前位置与目标车站之间的距离以及动车组当前运行速度确定到站时间；
根据所述到站时间控制照明系统，以使所述照明系统中的非应急照明设备在动车组到站前处于关闭状态、在动车组到站时打开。
进一步地，所述运行工况数据包括：动车组当前位置、动车组室内温度、动车组室外温度以及动车组当前运行速度；
所述根据所述运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调投切控制策略包括：
根据动车组当前位置与目标车站之间的距离以及动车组当前运行速度确定到站时间；
根据历史空调系统运行数据、动车组室外温度以及动车组室内温度确定加热或制冷至目标温度所需的运行时间；
根据所述到站时间以及所述运行时间得到空调开机时间；
根据所述空调开机时间控制空调系统投切。
第二方面，提供一种能量智能管理系统，包括：工况测量装置、通信装置以及服务器；
所述工况测量装置包括：电压表、电流表、温度计以及速度测量装置；所述电压表和所述电流表设置在动车组的各用电设备处，用于采集各用电设备的电压值和电流值；所述温度计至少包括两个，分别设置在所述动车组的外部和内部，用于检测动车组室内温度、动车组室外温度；所述速度测量装置设置在所述动车组上，用于测量所述动车组的实际运行速度；
所述通信装置连接所述工况测量装置，用于将所述工况测量装置所采集的动车组运行工况数据发送至所述服务器；
所述服务器用于执行如上所述的动车组用电设备的能耗优化方法的步骤。
进一步地，所述服务器还用于统计用电设备类型、数量及用电量，计算用电设备的效率，形成能耗分布报表。
第三方面，提供一种动车组用电设备的能耗优化装置，包括：
数据获取模块，获取动车组运行工况数据、动车组当前运行模式以及动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据；
控制策略获取模块，根据所述动车组运行工况数据、所述动车组当前运行模式以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取对应的能耗优化控制策略；
运行控制模块，根据所述能耗优化控制策略控制动车组设备的运行。
进一步地，所述动车组当前运行模式包括：非最高运营速度下恒速运行模式及非载客运行模式；
所述数据获取模块包括：
数据获取单元，获取列车控制和管理系统中预存的列车运行模式信息；
第一判断单元，根据所述列车运行模式信息判断动车组当前是否处于非载客运行模式；
第二判断单元，根据所述动车组运行工况数据中的动车组实际运行速度判断动车组当前是否处于非最高运营速度下恒速运行模式。
进一步地，所述动车组当前运行模式包括：非最高运营速度下恒速运行模式及非载客运行模式；
所述控制策略获取模块包括：
第一策略获取子模块，当所述动车组当前运行模式为非最高运营速度下恒速运行模式时，根据所述动车组运行工况数据以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取切除部分牵引电机的能耗优化策略；
第二策略获取子模块，当所述动车组当前运行模式为非载客运行模式时，根据所述动车组运行工况数据以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取切除部分牵引电机的能耗优化策略，并且，根据所述动车组运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调照明投切控制策略。
进一步地，所述第一策略获取子模块和所述第二策略获取子模块均包括：
最大可切数确定单元，根据所述动车组运行工况数据计算牵引电机的当前运行效率以及最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数；
初步切机方案生成单元，根据所述最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数获取初步切机方案，所述初步切机方案的数量等于最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数；
预期运行效率获取单元，根据所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据确定各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率；
策略确定单元，根据牵引电机的当前运行效率以及各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率确定切除部分牵引电机的能耗优化策略。
进一步地，所述策略确定单元包括：
最大值获取子单元，获取各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率的最大值；
效率比较子单元，比较牵引电机的当前运行效率与预期运行效率的最大值；
第一确定子单元，当牵引电机的当前运行效率大于等于预期运行效率的最大值，则不进行切机操作；
第二确定子单元，当牵引电机的当前运行效率小于预期运行效率的最大值时，将预期运行效率的最大值所对应的初步切机方案作为切除部分牵引电机的能耗优化策略。
进一步地，所述空调照明投切控制策略包括：空调投切控制策略和/或照明投切控制策略；
所述第二策略获取子模块还包括：
照明投切策略获取单元，根据所述运行工况数据获取照明投切控制策略；
空调投切策略获取单元，根据所述运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调投切控制策略。
进一步地，所述空调投切策略获取单元包括：
到站时间确定子单元，根据动车组当前位置与目标车站之间的距离以及动车组当前运行速度确定到站时间；
照明控制子单元，根据所述到站时间控制照明系统，以使所述照明系统中的非应急照明设备在动车组到站前处于关闭状态、在动车组到站时打开。
进一步地，所述运行工况数据包括：动车组当前位置、动车组室内温度、动车组室外温度以及动车组当前运行速度；
所述空调投切策略获取单元包括：
到站时间确定子单元，根据动车组当前位置与目标车站之间的距离以及动车组当前运行速度确定到站时间；
空调运行时间确定子单元，根据历史空调系统运行数据、动车组室外温度以及动车组室内温度确定加热或制冷至目标温度所需的运行时间；
空调开机时间确定子单元，根据所述到站时间以及所述运行时间得到空调开机时间；
空调控制子单元，根据所述空调开机时间控制空调系统投切。
第四方面，提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的动车组用电设备的能耗优化方法的步骤。
第五方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的动车组用电设备的能耗优化方法的步骤。
本发明提供一种动车组用电设备的能耗优化方法、装置、能量智能管理系统、电子设备以及计算机可读存储介质，该方法包括：获取动车组运行工况数据、动车组当前运行模式以及动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据；根据所述动车组运行工况数据、所述动车组当前运行模式以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取对应的能耗优化控制策略；根据所述能耗优化控制策略控制动车组设备的运行，其中，通过采用上述方式能够精确量测动车组设备能耗，根据动车组设备能耗的量测数据进行能耗优化，提出了不同模式下的能耗优化策略，有效节能，提高动车组运营经济性。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本发明实施例能量智能管理系统的架构图；
图2是本发明实施例中的动车组用电设备的能耗优化方法的流程示意图；
图3示出了离线的电机效率map图；
图4是本发明实施例中的获取动车组当前运行模式的具体步骤；
图5示出了本发明实施例中根据所述动车组运行工况数据以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取切除部分牵引电机的能耗优化策略的具体步骤；
图6示出了某非最高运营速度下恒速的运行区间的线路纵断面图；
图7示出了本发明实施例中步骤S313的具体步骤；
图8示出了本发明实施例中根据所述运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调照明投切控制策略的具体步骤；
图9示出了本发明实施例中根据所述运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调投切控制策略的具体步骤；
图10是本发明实施例中的动车组用电设备的能耗优化装置的结构框图；
图11为本发明实施例电子设备的结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
动车组能耗主要受运行工况和运营状态等因素影响，满负载运行状态下能耗差异不明显，在非最高运营速度下恒速运行模式以及非载客运行模式下，动车组的运行能耗存在较大的浪费。目前，针对动车组设备能耗未能进行精确性量测，粗放式的能量监测模式无法实现能量管理，造成能耗的极大浪费。
为解决现有技术中的上述技术问题，本发明实施例提供一种动车组用电设备的能耗优化方法，能够精确量测动车组设备能耗，根据动车组设备能耗的量测数据进行能耗优化，提出了不同模式下的能耗优化策略，有效节能，提高动车组运营经济性。
图1是本发明实施例能量智能管理系统的架构图。如图1所示，该能量智能管理系统包括：工况测量装置2000、通信装置3000以及服务器4000。
其中，该工况测量装置2000设置在检测对象1000处。检测对象1000可包括：受电弓、牵引变压器、牵引变流器、辅助变流器、牵引电机、辅助用电设备(空调系统、照明设备)等，该工况测量装置2000用于量测动车组受电弓处、牵引变压器、牵引变流器、辅助变流器、牵引电机、旅客用电设备(空调系统、照明设备)的能耗计算相关信息量(比如网压、网流、牵引变流器电气量、辅助变流器电气量、电机电量、速度、其他能耗设备电气量等)。
具体地，所述工况测量装置包括：电压表、电流表、温度计以及速度测量装置；所述电压表和所述电流表设置在动车组的各用电设备处，用于采集各用电设备的电压值和电流值；所述温度计至少包括两个，分别设置在所述动车组的外部和内部，用于检测动车组室内温度、动车组室外温度；所述速度测量装置设置在所述动车组上，用于测量所述动车组的实际运行速度；
所述通信装置连接所述工况测量装置，用于将所述工况测量装置所采集的运行工况数据发送至所述服务器。
具体地，通信装置用于使用通信网关等将工况测量装置的监测数据及设备运行状态传输至服务器；使用相关通信协议与列车控制和管理系统5000实现互通。
通信协议包括在本申请提交日尚未开发出的通信协议，所述通信协议例如可以包括TCP/IP协议、UDP/IP协议、HTTP协议、HTTPS协议等。当然，所述网络协议例如还可以包括在上述协议之上使用的RPC协议(Remote Procedure Call Protocol，远程过程调用协议)、REST协议(Representational State Transfer，表述性状态转移协议)等。
值得说明的是，该通信装置可以选用常规的有线通信装置或者蓝牙无线通信装置、无线通信网络装置等，具体根据装载需要进行选取，本发明实施例对此不作限制。
其中，所述服务器用于执行动车组用电设备的能耗优化方法的步骤，统计用电设备类型、数量及用电量，计算用电设备的效率，形成能耗分布报表。
具体地，服务器主要用于能耗分析和能耗优化管理，比如记录动车组状态，处理通信装置传输的相关信息量监测数据，计算动车组各用电设备端口处能耗值，以车辆、各关键系统(牵引系统、辅助系统)为单位分别统计用电设备类型、数量及用电量，计算用电设备的效率，形成能耗分布报表；结合历史空调系统运行数据，拟合出不同外界温度下，加热/制冷至目标温度，空调系统所需的运行时间对应曲线；给出牵引系统、空调系统、照明设备的能耗分析报告；集中管理、统一优化控制用电设备的工作状态。如在某运行区间非最高运营速度下恒速运行，可避免部分牵引电机的低效率运行，同时提高其余牵引电机的运行功率，从而避免所有牵引电机运行于低功率模式造成的能耗浪费，即相关牵引电机集中出力方案；在此基础上，制动牵引控制指令并发送至列车控制和管理系统，进而完成对现场设备各种控制命令的下发；在动车组运行于非载客模式(比如洗车模式、联挂模式、调车模式等)下，不仅采用相关牵引电机集中出力方案，还通过优化控制空调系统、照明设备的投切，控制冷热源、光源的功率输出，从而进一步实现能耗优化。
图2是本发明实施例中的动车组用电设备的能耗优化方法的流程示意图。如图2所示，该动车组用电设备的能耗优化方法包括以下内容：
步骤S100：获取动车组运行工况数据、动车组当前运行模式以及动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据。
其中，所述运行模式包括：非最高运营速度下恒速运行模式以及非载客运行模式(如洗车模式、联挂模式、调车模式等低恒速运行模式)。
运行工况数据包括：动车组当前位置、动车组室内温度、动车组室外温度、动车组当前运行速度、各用电设备的电压电流、功率因数、剩余加速度等。
动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据一般由牵引电机厂家提供，可由离线的电机效率map图表示，参见图3，该电机效率map图的横坐标是转速、纵坐标是转矩，颜色深度表示效率，颜色越深、效率越高，颜色越浅、效率越低。
步骤S200：根据所述动车组运行工况数据、所述动车组当前运行模式以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取对应的能耗优化控制策略。
具体地，考虑动车组在某运行区间非最高运营速度下恒速运行时，动车组各台牵引电机不需要满功率运行，此时的牵引电机功率因数、牵引电机效率均未运行在理想状态，根据当前运行工况数据获取牵引电机的当前效率，提出部分电动机集中出力的策略。
考虑动车组非载客运行模式时，在部分电动机集中出力的基础上，辅助用电设备(比如空调系统、非应急照明系统等)不需要始终处于运行状态，基于此，提出了空调照明投切控制策略，以在保障正常应用需求的基础上，有效减少能耗。
步骤S300：根据所述能耗优化控制策略控制动车组设备的运行。
其中，通过将能耗优化控制策略相关控制指令发送至列车控制和管理系统上，并发送至司机显示屏，供司机选择使用，司机通过列车控制和管理系统提供的相关牵引系统、空调系统、照明设备切除/投入建议，从而进行相关操作。
通过上述技术方案可以得知，本发明实施例能够精确量测动车组设备能耗，根据动车组设备能耗的量测数据进行能耗优化，提出了不同模式下的能耗优化策略，有效节能，提高动车组运营经济性。
在一个可选的实施例中，参见图4，可以包括以下内容：
步骤S110：获取列车控制和管理系统中预存的列车运行模式信息。
本领域技术人员可以理解的是，非载客运行模式是针对特定区间的一种运行模式，比如，动车组从车库到载客站之间的区间中，动车组将处于非载客运行模式，一般而言，动车组是否处于非载客运行模式可以通过通信装置从列车控制和管理系统中获取，即：列车控制和管理系统中存储有何时何地列车处于非载客运行模式的信息。
步骤S120：根据所述列车运行模式信息判断动车组当前是否处于非载客运行模式。
若否，执行步骤S130；若是，得到所需的动车组当前运行模式。
当动车组处于非载客运行模式时，则可以执行步骤S200；当动车组并不是处于动车组处于非载客运行模式时，需要对列车组的运行模式进行判断，当列车组处于非最高运营速度下恒速运行模式时，需要进行能耗优化，当列车组满负载运行或接近满负载运行状态下能耗差异不明显，则能耗优化流程结束。
步骤S130：根据所述动车组运行工况数据中的动车组实际运行速度判断动车组当前是否处于非最高运营速度下恒速运行模式。
若是，得到所需的动车组当前运行模式，若否，结束能耗优化流程，则认为动车组的能耗无需进行优化。
具体地，当所述动车组的实际运行速度小于预设阈值，并且，持续时间大于预设时间时，判断动车组运行模式为非最高运营速度下恒速运行模式。
其中，该预设阈值可为动车组最大运行速度，根据动车组的型号不同而有所不同，例如200千米/时～400千米/时，比如230千米/时、250千米/时、270千米/时、330千米/时、350千米/时等。
值得说明的是，由于列车在运行过程中，不同区间的运行速度会有一定的变化，因此，若仅根据动车组的实际运行速度判断动车组当前是否处于非最高运营速度下恒速运行模式，容易存在误判，进而导致电机组频繁切换，因此，需要对运行速度的持续时间进行考量，举例来说，该预设时间取值范围可在5分钟至30分钟之间，比如10分钟、15分钟、20分钟、25分钟等，具体根据能耗优化的精度需求以及实际线路特征选取。
在一个可选的实施例中，该步骤S200可以包括以下内容：
当所述动车组当前运行模式为非最高运营速度下恒速运行模式时，根据所述动车组运行工况数据以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取切除部分牵引电机的能耗优化策略；
当所述动车组当前运行模式为非载客运行模式时，根据所述动车组运行工况数据以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取切除部分牵引电机的能耗优化策略，并且，根据所述动车组运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调照明投切控制策略。
其中，动车组在某运行区间非最高运营速度下速定运行及非载客运行时，动车组各台牵引电机不需要满功率运行，可以将部分电机切除，余下的电机提高运行功率，以此节约能源，并有效提高电机的使用寿命。
另外，动车组处于非载客运行模式时，在部分电动机集中出力的基础上，可以通过控制空调和非应急照明设备的投切，以减小能耗。
具体地，参见图5，根据所述动车组运行工况数据以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取切除部分牵引电机的能耗优化策略的具体步骤包括：
步骤S310：根据所述动车组运行工况数据计算牵引电机的当前运行效率以及最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数。
具体地，牵引电机的当前运行效率等于输出功率除以输入功率，可以根据工况数据中的电机相电压、相电流、功率因数等参数计算得到，为本领域常用技术手段，在此不再赘述。
结合图6某非最高运营速度下恒速的运行区间的线路纵断面图，动车组在该区间保持恒速运行的先验条件为克服平直道的阻力和最大上坡道的阻力，因而，可对牵引电机运行动力的能耗优化做如下建模：
对架控方式的动车组，最大可切的动车架数的数学模型如下：
Figure GDA0003323496460000131
其中，n1为当前位置最大可切的动车架数，Vc为动车组实际运行速度，M为动车组的实际重量，PN为动车组的轮周牵引功率，P0为牵引电机的额定功率，floor[x]为向下取整函数，w为动车组单位基本阻力，wr为动车组单位附加阻力，r为回转质量系数，ηGear为齿轮箱机械传动系统效率，a为剩余加速度，g为重力加速度。
值得说明的是，M、PN、P0、w、wr、r、ηGear均为动车组的额定参数，剩余加速度根据动车组运行工况数据获取，具体为t时间内运行速度的变化率。
对轴控方式的动车组，最大可切的动车轴数的数学模型如下：
Figure GDA0003323496460000132
其中，n2为当前位置最大可切的动车轴数，Vc为动车组实际运行速度，M为动车组的实际重量，PN为动车组的轮周牵引功率，P0为牵引电机的额定功率，floor[x]为向下取整函数，w为动车组单位基本阻力，wr为动车组单位附加阻力，r为回转质量系数，ηGear为齿轮箱机械传动系统效率，a为剩余加速度，g为重力加速度。
值得说明的是，M、PN、P0、w、wr、r、ηGear均为动车组的额定参数，剩余加速度根据动车组运行工况数据获取，具体为t时间内运行速度的变化率。
其中，通过采用上述公式能够计算得到精确的最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数，有效保障能耗优化的效果，并且不影响动车正常运行。
步骤S311：根据所述最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数获取初步切机方案，所述初步切机方案的数量等于最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数。
具体地，假如最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数等于K，则初步切机方案包括：切除1架或1轴、切除2架或2轴、切除3架或3轴……切除K架或K轴。
步骤S312：根据所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据确定各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率。
值得说明的是，根据图3可以看出，转速和转矩与电机的效率之间并非成正比关系，因此，需要根据由厂家提供的动车组上牵引电机的转速、转矩、效率的对应关系数据，确定各初步切机方案下牵引电机的预期运行效率。
步骤S313：根据牵引电机的当前运行效率以及各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率确定切除部分牵引电机的能耗优化策略。
之后，将最终确定的切除部分牵引电机的能耗优化策略发送至列车控制和管理系统(TCMS)，TCMS首先对动车架数或动车轴数进行编号，随后按所述切除数目随机抽取出相应的动车架和动车轴，生成相应动车架和动车轴逆变器脉冲封锁指令，从而完成切除；其余正常工作的电机将根据动车组力矩需求自动完成功率提升。
在一个可选的实施例中，若在切机后，后阶段运行速度大于前阶段运行速度，根据的实际工况数据执行上述步骤，重新确定能耗优化策略，后阶段电机最高效率时应切除的动车架数或动车轴数可能少于前阶段切除的动车架数或动车轴数，根据切除数目的差值按上述方法进行相应的动车架和动车轴工作状态的随机恢复即可。
在一个可选的实施例中，参见图7，该步骤S313具体可以包括以下内容：
步骤S313a:获取各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率的最大值。
步骤S313b:比较牵引电机的当前运行效率与预期运行效率的最大值。
步骤S313c:当牵引电机的当前运行效率大于等于预期运行效率的最大值，则不进行切机操作。
步骤S313d:当牵引电机的当前运行效率小于预期运行效率的最大值时，将预期运行效率的最大值所对应的初步切机方案作为切除部分牵引电机的能耗优化策略。
其中，基于牵引电机运行效率选择是否进行切机操作，并且基于牵引电机运行效率选择最终确定的切除部分牵引电机的能耗优化策略，能够有效保障电机运行效率最大化，最大限度节约能耗，减少运营成本。
在一个可选的实施例中，该空调照明投切控制策略包括：空调投切控制策略和/或照明投切控制策略。
上述的根据所述运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调照明投切控制策略可以包括：
步骤a:根据所述运行工况数据获取照明投切控制策略；
步骤b:根据所述运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调投切控制策略。
在一个可选的实施例中，参见图8，根据所述运行工况数据获取照明投切控制策略可以包括：
步骤S320：根据动车组当前位置与目标车站之间的距离以及动车组当前运行速度确定到站时间。
步骤S321：根据所述到站时间控制照明系统，以使所述照明系统中的非应急照明设备在动车组到站前处于关闭状态、在动车组到站时打开。
其中，通过在非载客运行模式关闭非应急照明设备，基于计算得到的照明时间，控制到站时打开非应急照明设备，在有效减小能耗的基础上，精确控制非应急照明设备的打开时间，不影响正常照明需求。
在一个可选的实施例中，参见图9，根据所述运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调投切控制策略可以包括：
步骤S330：根据动车组当前位置与目标车站之间的距离以及动车组当前运行速度确定到站时间；
步骤S331：根据历史空调系统运行数据、动车组室外温度以及动车组室内温度确定加热或制冷至目标温度所需的运行时间；
步骤S332：根据所述到站时间以及所述运行时间得到空调开机时间；
步骤S333：根据所述空调开机时间控制空调系统投切。
举例来说，在动车组从车库到运载车站之间这段路程，由于处于非载客运行模式，空调系统可以关闭，以节约能源，可以根据动车组当前位置与目标车站之间的距离以及动车组当前运行速度确定到站时间；然后根据历史空调系统运行数据、动车组室外温度以及动车组室内温度预估加热或制冷至目标温度所需的运行时间，以此确定在距离到站多长时间之前打开空调，既能节约能源，还能保障在动车组到站时其内部的温度达到预设的温度，以在节约能源的同时保障乘客的乘坐舒适性。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种动车组用电设备的能耗优化装置，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例所述。由于动车组用电设备的能耗优化装置解决问题的原理与上述方法相似，因此动车组用电设备的能耗优化装置的实施可以参见上述方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图10是本发明实施例中的动车组用电设备的能耗优化装置的结构框图。如图10所示，该动车组用电设备的能耗优化装置具体包括：数据获取模块10、控制策略获取模块20以及运行控制模块30。
数据获取模块10获取动车组运行工况数据、动车组当前运行模式以及动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据。
其中，所述运行模式包括：非最高运营速度下恒速运行模式以及非载客运行模式(如洗车模式、联挂模式、调车模式等低恒速运行模式)。
运行工况数据包括：动车组当前位置、动车组室内温度、动车组室外温度、动车组当前运行速度、各用电设备的电压电流、功率因数、剩余加速度等。
动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据一般由牵引电机厂家提供，可由离线的电机效率map图表示，参见图3，该电机效率map图的横坐标是转速、纵坐标是转矩，颜色深度表示效率，颜色越深、效率越高，颜色越浅、效率越低。
控制策略获取模块20根据所述动车组运行工况数据、所述动车组当前运行模式以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取对应的能耗优化控制策略。
具体地，考虑动车组在某运行区间非最高运营速度下恒速运行时，动车组各台牵引电机不需要满功率运行，此时的牵引电机功率因数、牵引电机效率均未运行在理想状态，根据当前运行工况数据获取牵引电机的当前效率，提出部分电动机集中出力的策略。
考虑动车组非载客运行模式时，在部分电动机集中出力的基础上，辅助用电设备(比如空调系统、非应急照明系统等)不需要始终处于运行状态，基于此，提出了空调照明投切控制策略，以在保障正常应用需求的基础上，有效减少能耗。
运行控制模块30根据所述能耗优化控制策略控制动车组设备的运行。
其中，通过将能耗优化控制策略相关控制指令发送至列车控制和管理系统上，并发送至司机显示屏，供司机选择使用，司机通过列车控制和管理系统提供的相关牵引系统、空调系统、照明设备切除/投入建议，从而进行相关操作。
通过上述技术方案可以得知，本发明实施例能够精确量测动车组设备能耗，根据动车组设备能耗的量测数据进行能耗优化，提出了不同模式下的能耗优化策略，有效节能，提高动车组运营经济性。
在一个可选的实施例中，该数据获取模块10可以包括：所述数据获取模块包括：数据获取单元、第一判断单元以及第二判断单元。
数据获取单元获取列车控制和管理系统中预存的列车运行模式信息；
本领域技术人员可以理解的是，非载客运行模式是针对特定区间的一种运行模式，比如，动车组从车库到载客站之间的区间中，动车组将处于非载客运行模式，一般而言，动车组是否处于非载客运行模式可以通过通信装置从列车控制和管理系统中获取，即：列车控制和管理系统中存储有何时何地列车处于非载客运行模式的信息。
第一判断单元根据所述列车运行模式信息判断动车组当前是否处于非载客运行模式；
若是，得到所需的动车组当前运行模式为非载客运行模式，若否，则由第二判断单元进行进一步的判断。
当列车组处于非最高运营速度下恒速运行模式时，需要进行能耗优化，当列车组满负载运行或接近满负载运行状态下能耗差异不明显，则能耗优化流程结束。
第二判断单元根据所述动车组运行工况数据中的动车组实际运行速度判断动车组当前是否处于非最高运营速度下恒速运行模式。
若是，得到所需的动车组当前运行模式为非最高运营速度下恒速运行模式，若否，结束能耗优化，此时认为动车组的能耗无需进行优化。
具体地，当所述动车组的实际运行速度小于预设阈值，并且，持续时间大于预设时间时，判断动车组运行模式为非最高运营速度下恒速运行模式。
其中，该预设阈值可为动车组最大运行速度，根据动车组的型号不同而有所不同，例如200千米/时～400千米/时，比如230千米/时、250千米/时、270千米/时、330千米/时、350千米/时等。
值得说明的是，由于列车在运行过程中，不同区间的运行速度会有一定的变化，因此，若仅根据动车组的实际运行速度判断动车组当前是否处于非最高运营速度下恒速运行模式，容易存在误判，进而导致电机组频繁切换，因此，需要对运行速度的持续时间进行考量，举例来说，该预设时间取值范围可在5分钟至30分钟之间，比如10分钟、15分钟、20分钟、25分钟等，具体根据能耗优化的精度需求以及实际线路特征选取。
在一个可选的实施例中，该控制策略获取模块20可以包括：第一策略获取子模块以及第二策略获取子模块。
其中，第一策略获取子模块当所述动车组当前运行模式为非最高运营速度下恒速运行模式时，根据所述动车组运行工况数据以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取切除部分牵引电机的能耗优化策略；
第二策略获取子模块当所述动车组当前运行模式为非载客运行模式时，根据所述动车组运行工况数据以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取切除部分牵引电机的能耗优化策略，并且，根据所述动车组运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调照明投切控制策略。
其中，动车组在某运行区间非最高运营速度下速定运行及非载客运行时，动车组各台牵引电机不需要满功率运行，可以将部分电机切除，余下的电机提高运行功率，以此节约能源，并有效提高电机的使用寿命。
另外，动车组处于非载客运行模式时，在部分电动机集中出力的基础上，可以通过控制空调和非应急照明设备的投切，以减小能耗。
在一个可选的实施例中，第一策略获取子模块和第二策略获取子模块均可以包括：最大可切数确定单元、初步切机方案生成单元、预期运行效率获取单元以及策略确定单元。
最大可切数确定单元根据所述动车组运行工况数据计算牵引电机的当前运行效率以及最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数；
具体地，牵引电机的当前运行效率等于输出功率除以输入功率，可以根据工况数据中的电机相电压、相电流、功率因数等参数计算得到，为本领域常用技术手段，在此不再赘述。
可对牵引电机运行动力的能耗优化做如下建模：
对架控方式的动车组，最大可切的动车架数的数学模型如下：
Figure GDA0003323496460000191
其中，n1为当前位置最大可切的动车架数，Vc为动车组实际运行速度，M为动车组的实际重量，PN为动车组的轮周牵引功率，P0为牵引电机的额定功率，floor[x]为向下取整函数，w为动车组单位基本阻力，wr为动车组单位附加阻力，r为回转质量系数，ηGear为齿轮箱机械传动系统效率，a为剩余加速度，g为重力加速度。
值得说明的是，M、PN、P0、w、wr、r、ηGear均为动车组的额定参数，剩余加速度根据动车组运行工况数据获取，具体为t时间内运行速度的变化率。
对轴控方式的动车组，最大可切的动车轴数的数学模型如下：
Figure GDA0003323496460000192
其中，n2为当前位置最大可切的动车轴数，Vc为动车组实际运行速度，M为动车组的实际重量，PN为动车组的轮周牵引功率，P0为牵引电机的额定功率，floor[x]为向下取整函数，w为动车组单位基本阻力，wr为动车组单位附加阻力，r为回转质量系数，ηGear为齿轮箱机械传动系统效率，a为剩余加速度，g为重力加速度。
值得说明的是，M、PN、P0、w、wr、r、ηGear均为动车组的额定参数，剩余加速度根据动车组运行工况数据获取，具体为t时间内运行速度的变化率。
其中，通过采用上述公式能够计算得到精确的最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数，有效保障能耗优化的效果，并且不影响动车正常运行。
初步切机方案生成单元根据所述最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数获取初步切机方案，所述初步切机方案的数量等于最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数；
具体地，假如最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数等于K，则初步切机方案包括：切除1架或1轴、切除2架或2轴、切除3架或3轴……切除K架或K轴。
预期运行效率获取单元根据所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据确定各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率。
本领域技术人员可以理解的是，转速和转矩与电机的效率之间并非成正比关系，因此，需要根据由厂家提供的动车组上牵引电机的转速、转矩、效率的对应关系数据，确定各初步切机方案下牵引电机的预期运行效率。
策略确定单元根据牵引电机的当前运行效率以及各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率确定切除部分牵引电机的能耗优化策略。
之后，将最终确定的切除部分牵引电机的能耗优化策略发送至列车控制和管理系统(TCMS)，TCMS首先对动车架数或动车轴数进行编号，随后按所述切除数目随机抽取出相应的动车架和动车轴，生成相应动车架和动车轴逆变器脉冲封锁指令，从而完成切除；其余正常工作的电机将根据动车组力矩需求自动完成功率提升。
另外，若在切机后，后阶段运行速度大于前阶段运行速度，根据的实际工况数据重新确定能耗优化策略，后阶段电机最高效率时应切除的动车架数或动车轴数可能少于前阶段切除的动车架数或动车轴数，根据切除数目的差值按上述方法进行相应的动车架和动车轴工作状态的随机恢复即可。
在一个进一步的实施例中，该策略确定单元可以包括：最大值获取子单元、效率比较子单元、第一确定子单元以及第二确定子单元。
最大值获取子单元，获取各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率的最大值；
效率比较子单元，比较牵引电机的当前运行效率与预期运行效率的最大值；
第一确定子单元，当牵引电机的当前运行效率大于等于预期运行效率的最大值，则不进行切机操作；
第二确定子单元，当牵引电机的当前运行效率小于预期运行效率的最大值时，将预期运行效率的最大值所对应的初步切机方案作为切除部分牵引电机的能耗优化策略。
其中，基于牵引电机运行效率选择是否进行切机操作，并且基于牵引电机运行效率选择最终确定的切除部分牵引电机的能耗优化策略，能够有效保障电机运行效率最大化，最大限度节约能耗，减少运营成本。
在一个进一步的实施例中，该空调照明投切控制策略包括：空调投切控制策略和/或照明投切控制策略，该第二策略获取子模块还可以包括：照明投切策略获取单元以及空调投切策略获取单元。
照明投切策略获取单元根据所述运行工况数据获取照明投切控制策略；
空调投切策略获取单元根据所述运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调投切控制策略。
在一个可选的实施例中，该空调投切策略获取单元可以包括：到站时间确定子单元以及照明控制子单元。
其中，到站时间确定子单元根据动车组当前位置与目标车站之间的距离以及动车组当前运行速度确定到站时间。
照明控制子单元根据所述到站时间控制照明系统，以使所述照明系统中的非应急照明设备在动车组到站前处于关闭状态、在动车组到站时打开。
其中，通过在非载客运行模式关闭非应急照明设备，基于计算得到的照明时间，控制到站时打开非应急照明设备，在有效减小能耗的基础上，精确控制非应急照明设备的打开时间，不影响正常照明需求。
在一个可选的实施例中，空调投切策略获取单元可以包括：到站时间确定子单元、空调运行时间确定子单元、空调开机时间确定子单元以及空调控制子单元。
到站时间确定子单元根据动车组当前位置与目标车站之间的距离以及动车组当前运行速度确定到站时间；
空调运行时间确定子单元根据历史空调系统运行数据、动车组室外温度以及动车组室内温度确定加热或制冷至目标温度所需的运行时间；
空调开机时间确定子单元根据所述到站时间以及所述运行时间得到空调开机时间；
空调控制子单元根据所述空调开机时间控制空调系统投切。
举例来说，在动车组从车库到运载车站之间这段路程，由于处于非载客运行模式，空调系统可以关闭，以节约能源，可以根据动车组当前位置与目标车站之间的距离以及动车组当前运行速度确定到站时间；然后根据历史空调系统运行数据、动车组室外温度以及动车组室内温度预估加热或制冷至目标温度所需的运行时间，以此确定在距离到站多长时间之前打开空调，既能节约能源，还能保障在动车组到站时其内部的温度达到预设的温度，以在节约能源的同时保障乘客的乘坐舒适性。
上述实施例阐明的装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为电子设备，具体的，电子设备例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
在一个典型的实例中电子设备具体包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现下述步骤：
获取动车组运行工况数据、动车组当前运行模式以及动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据；
根据所述动车组运行工况数据、所述动车组当前运行模式以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取对应的能耗优化控制策略；
根据所述能耗优化控制策略控制动车组设备的运行。
从上述描述可知，本发明实施例提供的电子设备，可用于动车组用电设备的能耗优化，能够精确量测动车组设备能耗，根据动车组设备能耗的量测数据进行能耗优化，提出了不同模式下的能耗优化策略，有效节能，提高动车组运营经济性。
下面参考图11，其示出了适于用来实现本申请实施例的电子设备600的结构示意图。
如图11所示，电子设备600包括中央处理单元(CPU)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM))603中的程序而执行各种适当的工作和处理。在RAM603中，还存储有系统600操作所需的各种程序和数据。CPU601、ROM602、以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。
以下部件连接至I/O接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN卡，调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口606。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装如存储部分608。
特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现下述步骤：
获取动车组运行工况数据、动车组当前运行模式以及动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据；
根据所述动车组运行工况数据、所述动车组当前运行模式以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取对应的能耗优化控制策略；
根据所述能耗优化控制策略控制动车组设备的运行。
从上述描述可知，本发明实施例提供的计算机可读存储介质，可用于动车组用电设备的能耗优化，能够精确量测动车组设备能耗，根据动车组设备能耗的量测数据进行能耗优化，提出了不同模式下的能耗优化策略，有效节能，提高动车组运营经济性。
在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
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，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (21)

1.一种动车组用电设备的能耗优化方法，其特征在于，包括：
获取动车组运行工况数据、动车组当前运行模式以及动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据；
根据所述动车组运行工况数据、所述动车组当前运行模式以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取对应的能耗优化控制策略；
根据所述能耗优化控制策略控制动车组设备的运行；
其中，所述动车组当前运行模式包括非最高运营速度下恒速运行模式；当所述动车组当前运行模式为非最高运营速度下恒速运行模式时，根据所述动车组运行工况数据以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取切除部分牵引电机的能耗优化策略，具体为：
根据所述动车组运行工况数据计算牵引电机的当前运行效率以及最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数；
根据所述最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数获取初步切机方案，所述初步切机方案的数量等于最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数；
根据所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据确定各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率；
根据牵引电机的当前运行效率以及各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率确定切除部分牵引电机的能耗优化策略。
2.根据权利要求1所述的动车组用电设备的能耗优化方法，其特征在于，所述动车组当前运行模式还包括：非载客运行模式；
获取动车组当前运行模式包括：
获取列车控制和管理系统中预存的列车运行模式信息；
根据所述列车运行模式信息判断动车组当前是否处于非载客运行模式；
若否，根据所述动车组运行工况数据中的动车组实际运行速度判断动车组当前是否处于非最高运营速度下恒速运行模式。
3.根据权利要求1所述的动车组用电设备的能耗优化方法，其特征在于，所述动车组当前运行模式还包括：非载客运行模式；
所述根据所述动车组运行工况数据、所述动车组当前运行模式以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取对应的能耗优化控制策略包括：
当所述动车组当前运行模式为非载客运行模式时，根据所述动车组运行工况数据以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取切除部分牵引电机的能耗优化策略，并且，根据所述动车组运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调照明投切控制策略。
4.根据权利要求3所述的动车组用电设备的能耗优化方法，其特征在于，所述根据牵引电机的当前运行效率以及各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率确定切除部分牵引电机的能耗优化策略，包括：
获取各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率的最大值；
比较牵引电机的当前运行效率与预期运行效率的最大值；
当牵引电机的当前运行效率大于等于预期运行效率的最大值，则不进行切机操作；
当牵引电机的当前运行效率小于预期运行效率的最大值时，将预期运行效率的最大值所对应的初步切机方案作为切除部分牵引电机的能耗优化策略。
5.根据权利要求3所述的动车组用电设备的能耗优化方法，其特征在于，最大可切的动车架数采用以下公式计算：
Figure FDA0003323496450000021
其中，n1为当前位置最大可切的动车架数，Vc为动车组实际运行速度，M为动车组的实际重量，PN为动车组的轮周牵引功率，P0为牵引电机的额定功率，floor[x]为向下取整函数，w为动车组单位基本阻力，wr为动车组单位附加阻力，r为回转质量系数，ηGear为齿轮箱机械传动系统效率，a为剩余加速度，g为重力加速度。
6.根据权利要求3所述的动车组用电设备的能耗优化方法，其特征在于，最大可切的动车轴数采用以下公式计算：
Figure FDA0003323496450000022
其中，n2为当前位置最大可切的动车轴数，Vc为动车组实际运行速度，M为动车组的实际重量，PN为动车组的轮周牵引功率，P0为牵引电机的额定功率，floor[x]为向下取整函数，w为动车组单位基本阻力，wr为动车组单位附加阻力，r为回转质量系数，ηGear为齿轮箱机械传动系统效率，a为剩余加速度，g为重力加速度。
7.根据权利要求3所述的动车组用电设备的能耗优化方法，其特征在于，所述空调照明投切控制策略包括：空调投切控制策略和/或照明投切控制策略，
所述根据所述动车组运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调照明投切控制策略包括：
根据所述动车组运行工况数据获取照明投切控制策略；
根据所述动车组运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调投切控制策略。
8.根据权利要求7所述的动车组用电设备的能耗优化方法，其特征在于，所述根据所述动车组运行工况数据获取照明投切控制策略包括：
根据动车组当前位置与目标车站之间的距离以及动车组当前运行速度确定到站时间；
根据所述到站时间控制照明系统，以使所述照明系统中的非应急照明设备在动车组到站前处于关闭状态、在动车组到站时打开。
9.根据权利要求7所述的动车组用电设备的能耗优化方法，其特征在于，所述动车组运行工况数据包括：动车组当前位置、动车组室内温度、动车组室外温度以及动车组当前运行速度；
所述根据所述动车组运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调投切控制策略包括：
根据动车组当前位置与目标车站之间的距离以及动车组当前运行速度确定到站时间；
根据历史空调系统运行数据、动车组室外温度以及动车组室内温度确定加热或制冷至目标温度所需的运行时间；
根据所述到站时间以及所述运行时间得到空调开机时间；
根据所述空调开机时间控制空调系统投切。
10.一种能量智能管理系统，其特征在于，包括：工况测量装置、通信装置以及服务器；
所述工况测量装置包括：电压表、电流表、温度计以及速度测量装置；所述电压表和所述电流表设置在动车组的各用电设备处，用于采集各用电设备的电压值和电流值；所述温度计至少包括两个，分别设置在所述动车组的外部和内部，用于检测动车组室内温度、动车组室外温度；所述速度测量装置设置在所述动车组上，用于测量所述动车组的实际运行速度；
所述通信装置连接所述工况测量装置，用于将所述工况测量装置所采集的动车组运行工况数据发送至所述服务器；
所述服务器用于执行如权利要求1至9任一项所述的动车组用电设备的能耗优化方法的步骤。
11.根据权利要求10所述的能量智能管理系统，其特征在于，所述服务器还用于统计用电设备类型、数量及用电量，计算用电设备的效率，形成能耗分布报表。
12.一种动车组用电设备的能耗优化装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，获取动车组运行工况数据、动车组当前运行模式以及动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据；
控制策略获取模块，根据所述动车组运行工况数据、所述动车组当前运行模式以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取对应的能耗优化控制策略；
运行控制模块，根据所述能耗优化控制策略控制动车组设备的运行；
其中，所述动车组当前运行模式包括非最高运营速度下恒速运行模式；所述控制策略获取模块包括第一策略获取子模块，用于当所述动车组当前运行模式为非最高运营速度下恒速运行模式时，根据所述动车组运行工况数据以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取切除部分牵引电机的能耗优化策略；
所述第一策略获取子模块具体包括：
最大可切数确定单元，根据所述动车组运行工况数据计算牵引电机的当前运行效率以及最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数；
初步切机方案生成单元，根据所述最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数获取初步切机方案，所述初步切机方案的数量等于最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数；
预期运行效率获取单元，根据所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据确定各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率；
策略确定单元，根据牵引电机的当前运行效率以及各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率确定切除部分牵引电机的能耗优化策略。
13.根据权利要求12所述的动车组用电设备的能耗优化装置，其特征在于，所述动车组当前运行模式还包括非载客运行模式，
所述数据获取模块包括：
数据获取单元，获取列车控制和管理系统中预存的列车运行模式信息；
第一判断单元，根据所述列车运行模式信息判断动车组当前是否处于非载客运行模式；
第二判断单元，根据所述动车组运行工况数据中的动车组实际运行速度判断动车组当前是否处于非最高运营速度下恒速运行模式。
14.根据权利要求12所述的动车组用电设备的能耗优化装置，其特征在于，所述动车组当前运行模式还包括非载客运行模式；
所述控制策略获取模块还包括：
第二策略获取子模块，当所述动车组当前运行模式为非载客运行模式时，根据所述动车组运行工况数据以及所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据获取切除部分牵引电机的能耗优化策略，并且，根据所述动车组运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调照明投切控制策略。
15.根据权利要求14所述的动车组用电设备的能耗优化装置，其特征在于，所述第二策略获取子模块包括：
最大可切数确定单元，根据所述动车组运行工况数据计算牵引电机的当前运行效率以及最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数；
初步切机方案生成单元，根据所述最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数获取初步切机方案，所述初步切机方案的数量等于最大可切的动车架数或最大可切的动车轴数；
预期运行效率获取单元，根据所述动车组牵引电机转速、转矩、效率的对应关系数据确定各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率；
策略确定单元，根据牵引电机的当前运行效率以及各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率确定切除部分牵引电机的能耗优化策略。
16.根据权利要求15所述的动车组用电设备的能耗优化装置，其特征在于，所述策略确定单元包括：
最大值获取子单元，获取各初步切机方案下未被切除的牵引电机的预期运行效率的最大值；
效率比较子单元，比较牵引电机的当前运行效率与预期运行效率的最大值；
第一确定子单元，当牵引电机的当前运行效率大于等于预期运行效率的最大值，则不进行切机操作；
第二确定子单元，当牵引电机的当前运行效率小于预期运行效率的最大值时，将预期运行效率的最大值所对应的初步切机方案作为切除部分牵引电机的能耗优化策略。
17.根据权利要求16所述的动车组用电设备的能耗优化装置，其特征在于，所述空调照明投切控制策略包括：空调投切控制策略和/或照明投切控制策略，
所述第二策略获取子模块还包括：
照明投切策略获取单元，根据所述动车组运行工况数据获取照明投切控制策略；
空调投切策略获取单元，根据所述动车组运行工况数据以及历史空调系统运行数据获取空调投切控制策略。
18.根据权利要求17所述的动车组用电设备的能耗优化装置，其特征在于，所述空调投切策略获取单元包括：
到站时间确定子单元，根据动车组当前位置与目标车站之间的距离以及动车组当前运行速度确定到站时间；
照明控制子单元，根据所述到站时间控制照明系统，以使所述照明系统中的非应急照明设备在动车组到站前处于关闭状态、在动车组到站时打开。
19.根据权利要求17所述的动车组用电设备的能耗优化装置，其特征在于，所述动车组运行工况数据包括：动车组当前位置、动车组室内温度、动车组室外温度以及动车组当前运行速度；
所述空调投切策略获取单元包括：
到站时间确定子单元，根据动车组当前位置与目标车站之间的距离以及动车组当前运行速度确定到站时间；
空调运行时间确定子单元，根据历史空调系统运行数据、动车组室外温度以及动车组室内温度确定加热或制冷至目标温度所需的运行时间；
空调开机时间确定子单元，根据所述到站时间以及所述运行时间得到空调开机时间；
空调控制子单元，根据所述空调开机时间控制空调系统投切。
20.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至9任一项所述的动车组用电设备的能耗优化方法的步骤。
21.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至9任一项所述的动车组用电设备的能耗优化方法的步骤。
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