CN112124372A - 一种利用列车停车时间优化再生制动控制的节能方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种利用列车停车时间优化再生制动控制的节能方法，其特征在于：根据发车对数统一调整所有列车在每站的停车时间，实现上下行首列车全线运行过程的所有列车总能耗优化。本发明使列车在满足重要运行条件下达到节能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及城市轨道交通控制领域，尤其涉及一种列车再生制动控制的节能方法。
背景技术
现有的城市轨道交通新技术中已经部分采用再生制动技术。再生制动是一种使用在电动车辆上的制动技术，在制动时把车辆的动能转化电能，也即将电动机切换成发电机运转，利用车的惯性带动电动机转子旋转而产生反转力矩，将一部分的动能或势能转化为电能并加以利用。
在城市轨道交通中，再生制动电能通常被在同一供电区的其他牵引工况的列车利用，但当再生制动电能大于牵引需求时，多余的电能会被制动电阻消耗掉，或者向外层电网回馈。由于制动电阻消耗会造成电能浪费和环境热污染，回馈外网有电费无法计费的缺点，而这部分电能数额巨大，所以再生制动电能不能充分利用是现有技术的重要问题。
发明内容
本发明提供一种利用列车停车时间优化再生制动控制的节能方法，其目的是解决现有技术的缺点，使列车在满足重要运行条件下达到节能的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种利用列车停车时间优化再生制动控制的节能方法，其特征在于：
根据发车对数统一调整所有列车在每站的停车时间，实现上下行首列车全线运行过程的所有列车总能耗优化。
一种利用列车停车时间优化再生制动控制的节能方法，其特征在于：
通过执行以下步骤来统一调整列车的停站时间：
步骤1：
根据车型的牵引特性、载荷建立单列车能耗模型；
步骤2：
根据线路站间距、线路坡度、线路曲率半径、规定列车加速度、最大速度等条件，站间运行速度按牵引加速，80km/h恒速运行，制动减速停车方案运行，并根据牵引特性仿真计算单列车上行或下行全线牵引计算的功率-时间函数 Pi(t)；
步骤3：
确定发车间隔时间；
按高低峰时段线路给定发车对数计算发车间隔时间Tj，见下式：
Tj＝Ts/Nc
式中：Tj—发车间隔时间；
Ts—不计停车时间，列车全程所用时间；
Nc—发车对数；
步骤4：
确定停车时间变化范围：
最短停车时间Ttmin＝30s，最长停车时间Ttmax＝Tj；
步骤5：
多车仿真，计算全过程T时间内被列车吸收利用的再生制动电能总和Pzd；
步骤6：
再根据不同的发车对数，以停车时间作为变量求取Pzd最大值时的停车时间Tt。
进一步地：将复杂的多输入、多输出问题转化为二输入、单输出问题。
进一步地：针对每个发车对数，优化得出最大再生制动电能总和Pzd值时的停车时间Tt。
本发明的有益之处在于：
再生制动原本就是利用制动过程将动能转换成能被其他车利用的电能，由于在技术和成本上还没有可行的储能装置能够储存多余电能，造成当制动电功率大于其他车牵引所需功率时，会出现电能浪费。另一方面，由于站间距离不一，线路坡度不一，线路曲率半径不一，所谓理想的一车进站，其他车出站的理论方法根本无法实际运用。本发明列车进站减速采用再生制动，再生制动电能部分被处于牵引工况的同线路上的列车利用，对于上下行线路，在首站同时出发和发车间隔确定的条件下，有限调整停车时间，使再生制动电能被充分利用，达到最可行的节能目的，可以在成熟运营方式不变的条件下实现节能，在不增加设备，不改变正常运营方式的基础上改善节能效果10％左右。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为单列车能耗模型曲线图；
图2为列车站间运行速度曲线图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。
本发明通过执行以下步骤来统一调整各辆列车在每个站点中的停站时间：
步骤1：
根据所确定车型的牵引特性、载荷建立单列车能耗模型；
如图1所示：
图1中横坐标为列车速度V[km/h],左边纵坐标为线路供给列车的电流，右边纵坐标为线路供给列车的功率。
曲线1为牵引工况下列车电流；
曲线2为牵引工况下列车功率Pq(V)；
曲线3为再生制动工况下回馈接触网电功率Pz(V)；
曲线4为再生制动工况下回馈接触网电流；
步骤2：
根据线路站间距、线路坡度、线路曲率半径、规定列车加速度、最大速度等条件，站间运行速度按如下控制方案：
(1)牵引加速，以加速度为0.6m/s2，加速至80km/h；
(2)以80km/h匀速运行，牵引力等于阻力；
(3)制动减速，以加速度-1m/s2减速至0；
运行速度曲线见图2；
步骤3：
根据牵引特性曲线，仿真计算单列车上行或下行全线牵引计算的功率-时间函数Pi(t)；
步骤4：
确定发车间隔时间；
按高低峰时段线路给定发车对数计算发车间隔时间，见下式：
Tj＝Ts/Nc
式中：Tj—发车间隔时间；
Ts—不包括停车时间，列车全程所用时间；
Nc—发车对数；
步骤5：
确定停车时间变化范围：
最短停车时间Ttmin＝30s，最长停车时间Ttmax＝Tj；
步骤6：
多车仿真，在前述各步骤后得出仿真过程如下：
(1)按上下行首车同时相向开行，间隔时间等于Tj，停车时间取最小30s
(变化范围为30s—Tj)；
(2)仿真过程时间T为首列车从起点到终点所需时间；
(3)接触网将上下行各车及各供电所连接；
(4)供电由供电所按网压低于1650V时供电；
(5)制动工况下的列车视同移动的供电单元，当网压超过1650V时，将多余电能回馈给制动电阻或外电网。
(6)计算全过程T时间内被列车吸收利用的再生制动电能总和Pzd；
步骤7：
经过以上计算，对应某发车对数的于最小停车时间的Pzd已经获得，接下来再将所有发车对数和所有停车时间作为变量，把一个多输入多输出问题转化为二输入(发车对数和停车时间)、单输出(再生制动电能总和)问题；再根据不同的发车对数，以停车时间作为变量求取Pzd最大值时的停车时间Tt；
便得到每一种发车对数下的最多利用再生制动电能的停车时间。
本发明是一种多车上下行首站同时发车、发车间隔确定的列车节能运行方法。列车进站减速采用再生制动，再生制动电能部分被处于牵引工况的车利用，对于上下行线路，在首站同时出发和发车间隔确定的条件下，有限调整停车时间，使再生制动电能被充分利用，达到最可行的节能目的。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种利用列车停车时间优化再生制动控制的节能方法，其特征在于：根据发车对数统一调整所有列车在每站的停车时间，实现上下行首列车全线运行过程的所有列车总能耗优化。
2.根据权利要求1所述的一种利用列车停车时间优化再生制动控制的节能方法，其特征在于：
通过执行以下步骤来统一调整列车的停站时间：
步骤1：
根据车型的牵引特性、载荷建立单列车能耗模型；
步骤2：
根据线路站间距、线路坡度、线路曲率半径、规定列车加速度、最大速度等条件，站间运行速度按牵引加速，80km/h恒速运行，制动减速停车方案运行，并根据牵引特性仿真计算单列车上行或下行全线牵引计算的功率-时间函数Pi(t)；
步骤3：
确定发车间隔时间；
按高低峰时段线路给定发车对数计算发车间隔时间Tj，见下式：
Tj＝Ts/Nc
式中：Tj—发车间隔时间；
Ts—不计停车时间，列车全程所用时间；
Nc—发车对数；
步骤4：
确定停车时间变化范围：
最短停车时间Ttmin＝30s，最长停车时间Ttmax＝Tj；
步骤5：
多车仿真，计算全过程T时间内被列车吸收利用的再生制动电能总和Pzd；
步骤6：
再根据不同的发车对数，以停车时间作为变量求取Pzd最大值时的停车时间Tt。
3.根据权利要求2所述一种利用列车停车时间优化再生制动控制的节能方法，其特征在于：将复杂的多输入、多输出问题转化为二输入、单输出问题。
4.根据权利要求3所述一种利用列车停车时间优化再生制动控制的节能方法，其特征在于：针对每个发车对数，优化得出最大再生制动电能总和Pzd值时的停车时间Tt。
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|---|---|---|---|---|
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| CN102495934A (zh) * | 2011-12-15 | 2012-06-13 | 南京理工大学 | 基于粒子群算法的轨道交通牵引功率平衡运行图设计方法 |
| CN105460048A (zh) * | 2015-11-17 | 2016-04-06 | 广西大学 | 城轨交通优化操纵与行车调度综合节能控制方法及装置 |
| CN107180282A (zh) * | 2017-07-01 | 2017-09-19 | 南京理工大学 | 一种高峰时段多列车节能优化方法 |
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