對地鐵列車節能優化及行車調度相關策略分析

肖興

南京地鐵運營有限責任公司， 江蘇南京 ?210012

摘要：近年來，我國城市軌道交通迅猛發展，地鐵建設步伐隨之加快，使得地鐵列車運營支出不斷增加。在此情況下，地鐵列車節能優化已經成為地鐵建設工程中的重要內容，列車基礎設施和技術的優化，不僅需要投入大量資金和時間成本，還影響列車正常運行，而優化列車操控方式和完善列車行車調度可以在不影響列車運行的前提下，低成本的提高能源利用率，是一種高效可行的優化途徑。

關鍵詞：地鐵列車;節能優化;行車調度;調度策略

一、地鐵列車節能優化及行車調度研究現狀

地鐵列車運行過程中，一般由啟動加速、勻速運動、惰行、再生制動和機械制動等五個階段組成，地鐵列車實際運行時會受到多種阻力影響，而列車節能優化操控作為列車節能優化有效途徑，是通過研究列車的運行特點，尋找出列車運行不必要的制動能耗以及最佳惰行點，從而節能優化列車運行能耗。目前，眾多列車節能優化操控研究中，普遍忽略了對列車手柄位信息、列車調度以及牽引網逆變回饋裝置的綜合考慮，同時存在列車運行路線單一的問題，因此，我國地鐵列車節能優化操控急需研究出更符合實際情況的操縱模型。由于我國城市軌道交通的規模日益壯大，各城市的地鐵列車運行網絡越發復雜，單車節能優化操縱已逐漸向列車再生能利用、行車調度等多列車協同控制模型發展。目前為止，關于列車節能優化的研究主要集中在節能控制和再生制動方面，對列車優化操控和行車調度節能控制方法的研究少之又少，無法體現列車節能的有效性與經濟價值。

二、地鐵列車節能優化操縱建模

地鐵列車節能優化操縱十分繁瑣，不僅要對列車運行中所受各種力的變化規律和平衡關系進行探討，還要對列車運行因受力而出現的功能關系進行研究。因此，列車節能優化操縱是列車行車調度節能的研究基礎，成功構建列車節能優化操縱模型，可以為后續節能研究提供理論依據。

如上所說，地鐵列車運行需經過5個階段，但由于地鐵運行路線站間距離較短以及列車全程以精確預設速度運行，導致列車頻繁的起動、制動，而運行路線中難免出現上坡、下坡以及彎道等復雜線路，又加大了列車起動和制動的頻率，使列車運行變得更為復雜。基于此，應通過隔斷分離分析地鐵列車運行路線，利用拉格朗日乘數法構建限定列車運行時間、速度及加速度的最低能耗模型，基于矩陣和微積分理論，綜合考慮列車運行安全及最低能耗，將列車運行的各種控制方法構建成離散化矩陣模型，結合列車坡道行駛牽引功率恒定的特點，在坡道坡度、距離和彎道距離數據清晰的情況下，確定出列車制動距離以及時間參數，從而探索出最優列車節能操縱方法。同時，在此基礎上引入粒子群尋優算法，保證計算結果的精確度。

三、地鐵列車行車調度策略分析

行車調度時刻表是體現列車出發、到達各車站時刻以及停靠時間的表格，其不僅是列車行車調度的基礎，更是影響列車運行效率的重要因素。編制列車行車時刻表是應結合列車運行時間間隔、列車線路運輸能力運營車輛、運營成本及乘客滿意度等因素，在保證列車安全運行的情況下，盡可能的提高運行效率，降低運營成本，進而為乘客安全出行和列車節能優化提供效用。列車運行圖是列車時刻表的另一種表現形式，其結合了坐標原理，通過線條圖像更直觀的表現出列車運行具體信息。列車運行圖的橫坐標表示運行時間，縱坐標表示車站站點，斜線條表示列車運行軌跡，斜線數字代表車次。

1、根據列車優化操縱節能策略

結合列車運行過程中的路況信息、列車速度及加速度等限制條件，構建列車節能最優操縱方法，完成節能目標。

2、根據列車協同利用再生能量的節能策略

以實現列車電制動減速產生的再生制動能量利用率最大化為目標，制定列車調動時刻表，使處在同一供電區的列車同時進行牽引和再生制動，從而實現再生能量利用效率最大化。

3、根據列車運行實際情況進行節能策略

列車運行時刻表中設置的列車發車時間和各線路間行車數量需要根據各方面的行車調度影響因素制定。發車密度過大不僅會浪費能源，還會增加列車調度難度;發車密度過小會無法滿足乘客出行需求，增加乘客出行時間，進而影響乘客出行滿意度。基于此，列車時刻表的編制需要根據實際運行情況，合理安排發車密度，保障運行車輛的運輸效率，從而實現列車節能優化最大化。

結束語：

綜上所述，列車節能優化本身是十分繁瑣的尋優過程，加上外界因素限制以及研究人員專業能力和經驗的不足，導致列車節能優化操縱系統還存在很多不足和需要完善的部分，需要相關人員深入研究。特別是列車節能優化操縱建模和列車運行時刻表的實際應用方面仍需不斷完善，文中對此進行簡單分析探討，希望可以為列車節能運行作出貢獻。

參考文獻

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