基于自抗扰控制器的磁悬浮列车节能运行控制研究

基于自抗扰控制器的磁悬浮列车节能运行控制研究

耿庆厚

中车唐山机车车辆有限公司  河北省唐山市  064000

摘要：随着城市轨道交通建设和运营的不断扩大,总能耗逐年增加。到2020年,城市轨道交通行驶里程为7969.7公里,总耗电量为172.4亿千瓦时,比2019年增长12.9%,其中列车耗电量高达84亿千瓦时,比上年增长6.3%。因此,有必要研究列车的节能运行问题。从统计数据可以看出,列车能量系统中净牵引能耗的比重高达60%,因此,研究城市轨道交通列车能效运行的出发点是降低净牵引能耗。本文主要分析基于自抗扰控制器的磁悬浮列车节能运行控制。

关键词：列车节能；驾驶策略；运行优化；蚁群系统算法；离散微区间

引言

随着城市化进程的推进，交通拥堵、环境污染、资源消耗等诸多城市问题在城市化过程中成为社会关注的焦点，为了减少铁路问题及其负面影响，社会提出了“交通优先”的思想，因此近年来城市轨道交通因自身安全而广受欢迎， 当前，我国已进入城市轨道交通快速发展阶段，虽然城市轨道交通的资源消耗和环境污染在一定程度上是制约其运行效益的主要因素，但结合我国目前倡导建设环境友好型社会的思路，分析了影响城市轨道交通节能的因素，确定了对列车运行能耗优化具有重要现实意义的组织做法。

1、究轨道交通列车节能运行的意义

电力消耗是城市轨道交通节能中控制的主要因素，主要是通过减少电气设备的运行数量，提高其运行效率，采用新技术来代替电能等方式来实现。加强对轨道交通列车节能运行组织的研究不仅可以从根本上降低运输成本，在列车运行的高峰期和非高峰期，为轨道交通运输单位提供科学合理的运行依据，降低能耗。同时更有利于为居民提供良好的城市基础设施，为构建和谐稳定的社会环境打下良好的基础。城市轨道交通运输系统由很多小系统组成，例如信号系统、车站系统、设备系统等，这些系统的运行主要是电能和水资源的消耗。本文主要分析轨道交通列车运行过程中的能耗及其影响因素。主要有以下几个方面：（1）在进行城市轨道交通设计和建设过程节能特征方面具有一定的指导意义。轨道线路的设计，例如曲线的半径设计、坡道的设计等，不仅对于工程的整体造价，而且对于后期的运营阶段具有非常大的影响。轨道交通的线路设计不仅仅要考虑工程造价，节能环保也是考虑的重要因素，坡道的节能设计、曲线的半径选取等等也是非常重要的一环。（2）城市轨道交通列车节能要素的研究对于轨道交通运输的组织工作具有重要的意义。主要是列车的停靠站、运行技术、满载率等方面对于城市轨道交通列车运行的能耗具有很大的影响。

2、线路条件、编组方案及操纵策略对列车运行能耗分析

影响其运行能耗的因素有很多，其中主要影响因素有线路条件、列车编组方案、司机操纵策略及操作方式等。线路的坡道及曲线半径的大小等会对列车运行能耗产生影响，尤其是坡道数据，随着坡度的加大，列车运行能耗呈线性上升。不同的列车编组方案会产生不同的能源损耗，根据相关统计数据，运量相同的情况下，三节编组的能耗相对于四节和六节编组分别增加20.9%和69.8%。在调速过程中，司机根据列车的运行状态、自身特征所采取的不同操纵策略会影响到列车能耗，不同操纵策略产生的列车能耗差异可高达30%。因此，在列车节能运行优化研究中，应充分利用线路情况，选择合理的编组方案和操纵策略，优化列车运行过程中的操纵序列进而使得列车以最节能的方式运行。

3、列车运行偏差问题分析

城市轨道交通在实际运行过程中，会发生多种不同的事件，影响运营，并对不同情况采用不同的调整策略，如(1)车门延误会造成列车延误，影响较小，时间较短，并且可以通过调整单列车调度策略(2)来实现；由于设备故障，列车全天运行超出了计划，可以调整整个列车的调度或改变整个列车运行的调度偏移(3)来实现大规模的拥塞。调整调度或延迟调度时，您可以使用间隔调整策略，确保当前列车和上一列车之间的监视间隔与当前列车与其后列车之间的监视间隔相同(4)如果在某些站的乘客流量在短时间内增加，导致列车因长时间中断而延迟，您可以手动调整站之间的停止时间和运行时间。 在调度站人机界面(HMI)字段中实时显示列车运行偏差，从而延长和相应地缩短各站之间的运行时间。 如果实际运行与调度(调度器设置的偏差)之间的差异较小，则系统会自动调整列车运行时间，以便在实际运行与日计划之间的差异较大时，自动触发“较大偏差”警报，并且如果实际运行与计划运行计划之间的差异不在当天，系统会自动生成一个列车调整计划供调度器使用。 系统将发出“偏差过大”警报，并根据发送方确认后的起点或终点，自动为所有列车定期创建调整计划。

4、等间隔调整

如果整列火车出现较大延误,实际行程与当日计划行程的偏差超出规定范围,如果列车不能通过调度调整或调度偏差调整正常运行,系统将发出“严重偏离计划”报警,控制中心调度员可以选择将列车调整策略切换为均匀间隔调整。ATS系统可以自动确定线路上所有列车行驶的接口,并自动计算各接口之间的间隔时间,调度员确认后,线路上的整个列车可以在指定的间隔时间内进行调整。调度程序还可以根据实际操作条件指定各个接口之间的间隔,并要求在该间隔内调整ATS。ATS系统根据所选的列车连接、设定的行驶间隔或列车数量自动计算列车到达每个车站的时间,并根据间隔控制列车。通过调整相同的距离,当前列车和上一列车之间的跟踪间隔等于当前列车和下一列车之间的跟踪间隔。

5、建立健全的节能管理机制

目前,铁路列车由于其安全性高、舒适性高、速度快等特点成为人们的首选交通工具,未来也将成为城市交通发展的主要方向,但在城市轨道交通系统中,缺乏相应的节能管理机制,这在很大程度上造成了资源的浪费,也对日常节能管理有一定的影响。因此,要想有一个好的节能运行组织和管理,我们应该从以下几个方面着手:(1)开发新设备的铁路运输列车在运行过程中存在着高能耗、低资源利用等问题,企业应投入大量的人力物力支持节能研究项目的实施,通过开发新技术、新设备、新思路在城市轨道交通中的应用,提高节能技术。(2)节能技术规范的制定和完善在实际工作过程中缺乏相应的节能技术规范,由于我国不同地区因地质剖面、气候条件等因素的区别,没有科学合理的技术规范可供参考,只能依据当地的实际情况和技术经验。因此,在制定节能技术规范时,应充分考虑不同地区的应用条件。(3)提高城市轨道交通铁路设备的节能标准,列车的节能标准一般是建筑设备的标准,目前还没有专门的节能标准。城市轨道交通在日常生活中作为一种服务产品,应用范围广泛,影响大,未来将成为人们移动的主要方式,因此其相应的标准也应该更加严格。

结束语

综上所述，在能源和环境保护日益受到社会关注的今天，能源效率和减排一直是社会关注的焦点，特别是近年来国内铁路的快速发展，其消费也越来越大。从铁路能源消耗、运营组织模式对铁路能源消耗的影响等方面提出了我国铁路可持续发展的一些基本做法。

参考文献：

[1]李磊.基于直流牵引供电计算的地铁列车节能运行优化研究[D].北京：北京交通大学，2018.

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[4]张玮.上海城市轨道交通运营安全监管优化对策研究[D].兰州：西北师范大学，2018.

[5]杨辉，王建光.城市轨道交通节能措施分析与研究[J].山西建筑，2014，40（13）：218-219.