关于轨道交通车辆节能优化的研究.docx

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关于轨道交通车辆节能优化的研究

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摘要：随着城市轨道交通的高速发展，投入运营的城轨车辆越来越多，对车辆能耗的要求越来越高。我国也在这种大形势下积极发展城市轨道交通，各地的轨道交通工程建设都已陆续开展起来，随着国内众多城市地铁线路的开通运行，相信对轨道交通牵引节能的研究会越来越得到重视。

关键词：轨道交通；车辆节能；优化措施

1对城市轨道交通节能的需求

在城市轨道交通日趋重要和线路发展越来越广的情况下，城市轨道交通的运行节能优化就体现的尤为重要。它不仅响应国家低碳环保的可持续发展战略，更为大大减少列车运营成本，提高列车使用效率做出重要贡献。

城市轨道交通近年来在中国迅猛的发展，自北京开通第一条地铁线路以来，上海，南京，广州，深圳，重庆，杭州等城市都相继开通了地铁，更多城市也在规划建设轨道交通线路。这不仅因为轨道交通有运能大，时间准，快捷便利的特点，更因为轨道交通相对公交汽车等传统交通方式低能耗的优势。在轨道交通运营过程中主要消耗电能，基本不消耗其它形式的能源。这样就能有效的减少温室气体的排放，节约石油等珍贵能源。

目前节能技术的研究已成为国内外学者研究的热点问题，同时城市轨道交通车辆的运行具有区间距离短、起动和制动频繁等特点，而制动所产生的能量有很大一部分消耗在车载的制动电阻上，由此产生的热量散发到地铁隧道内或空气中，使隧道内温度逐年升高，这给列车的运行带来诸多的不安全隐患，因此使得研究城市轨道交通车辆的节能运行成为当前研究的一个热点。

由于城市轨道交通的特点是区间距离短、列车运行密度高，这样列车在全线运行过程中必将有频繁的起动、制动过程。根据经验，车辆再生制动产生的反馈能量一般为牵引能量的40%甚至更多。而这些再生能量除了一定比例（一般为20%～80%，根据列车运行密度和区间距离的不同而异）被其他相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被列车的吸收电阻以发热的方式消耗掉或被线路上的吸收装置吸收。

2车辆运行节能应遵循的原则

城市轨道交通列车运行过程中一般采用最节能最快速的运行策略，所以考虑到节约能耗需遵循以下几个原则：

1）列车起动时以所允许的最大加速度起动。

2）列车制动时采用所允许的最大制动力制动。

3）尽量避免使用空气制动，除非是停车制动。

4）中间过程则采用牵引和惰行相结合的运行策略。

3能耗途径分析

城市轨道交通车辆的能耗主要包括列车牵引系统、辅助系统和控制系统（含照明）所消耗的能耗。其中牵引系统能耗是指从直流电网（DC1500V或DC750V）获取的驱动车辆运行的能耗；辅助系统能耗是指车辆空调通风、设备风机、空气压缩机、制动电阻风机等辅助设备所消耗的交流负载的能耗；控制及照明系统能耗是指采用DC110V的控制设备及照明消耗的直流负载的电能，如客室照明、头尾灯、网络控制、动态地图等能耗。根据湖北地铁多年的运营统计数据，牵引系统能耗占车辆总能耗的55%～65%；辅助系统（空调风机、空气压缩机等）能耗占车辆总能耗的25%～35%；照明及控制系统能耗占车辆总能耗的5%～10%。

4节能技术

4.1牵引系统节能

4.1.1控制列车最高运行速度

车辆的最高限速与线路情况、车辆情况和运营要求密切相关。提高运营速度可缩短运行时间，有效提高运能，但能耗也随之增加。图1是针对1200m平直轨道进行的仿真分析，计算城轨车辆在不同运行速度下牵引能耗及运行时间的关系。60km/h的运行速度相比于80km/h，运行时间增加11s，牵引能耗可降低40％。由此可见，通过控制列车最高运行速度，降低列车牵引能耗的效果较为显著。因此，可在客流高峰时按最大运行速度全速运行确保大运量输送，在客流平峰、低峰时段则按照合适的低速运行，使列车节能。

4.1.2优化惰行模式

惰行是列车在运行过程中停止牵引或制动，列车在阻力作用下的惯性运行状态。列车在站间运行时尽量采用惰行是有效的节能措施之一。以下为对惰行进行仿真，分析惰行下能耗和运行时间的关系。仿真设定在2000m平直轨道上，最高限速设定为80km/h，列车以恒定加速度加速到最大速度后选择一定的惰行开始时刻进行惰行，惰行截止点应保证列车在恒定减速度下可以准确进站停车。仿真设定5种不同的惰行起始点时刻，对比“牵引--匀速--制动”工况下的巡航运行结果，对单列车运行时间和牵引能耗进行仿真试验。

4.1.3优化停站时间

根据具体的客流情况，在客流量较少的站点有效调整和控制停站时间，弥补运行过程中因限速或惰行而延长的时间，保证全程运行时间要求，维持全程的平均旅行速度不变的前提下，有效降低车辆能耗。

4.1.4优化运行图，实现能量对冲

列车牵引时，牵引系统从接触网吸收的电能在制动时约有40%~50%反馈电网。若多个列车同时