[发明专利]一种面向城市轨道交通单列车运行能耗的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于轨道交通电力牵引列车能量消耗的评估领域，尤其涉及一种面向城市轨道交通单列车运行能耗的计算方法。

背景技术

轨道交通是最具有可持续发展的交通方式。城市轨道交通往往作为城市交通的主干线，肩负减少交通拥堵、实现节能减排的重担。近些年针对城市轨道交通节能减排的研究引起越来越多学者的关注。为了实现节约城市轨道交通系统的能耗，必须确定系统中消耗能源的设备及其耗能的机理，在此基础上评估其能耗。城市轨道交通列车的能耗主要有两种类型：一类是牵引相关的能耗，另一类是非牵引相关的能耗。

牵引相关能耗是指为了移动列车而产生的能耗。列车移动的过程通常包括4种情况：牵引、巡航、惰行和制动。在牵引过程中，电能被电动机转化为机械能，推动列车移动。巡航过程中需要克服空气、坡度等因素产生的阻力进行做功。惰行没有能耗。制动时，列车具有的机械能被转化为热能耗散掉或者再生能量（被其他车利用或存储在能源储存装置中）。

非牵引相关的能耗是指除了移动列车而产生的能耗之外的所有能耗。列车运行过程中，除了移动列车会产生能耗之外，为了保证运营的质量（舒适性）以及牵引系统的正常工作，需要配置相关设备包括通风、空调、照明、散热、控制等。这些设备也会产生能耗。在列车上，这部分电能通常由车载的辅助逆变器提供。

目前城市轨道交通电力牵引列车的能耗计算方法还存在以下问题：首先在以往的系统设计中，设计人员通常只能给出列车某个部分功率，仅能估算此设备的能耗，例如根据列车牵引电机的特性估计牵引阶段能耗。目前还没有一种全面计算列车运行全过程的能耗方法；其次，耗电设备的功率值往往为额定值，与实际功率有很大差距，造成计算结果偏差大，影响制订决策的实际效果。

综上所述，一种合理的计算城市轨道交通列车能耗的方法，可以用于比较不同类型列车的能耗性能，帮助城市轨道交通线路确定合适的列车类型。通过计算列车能耗，可以准确了解列车在牵引和非牵引两个方面的能耗。这既可以为选择低能耗的列车提供依据，也为确定类型的列车制定合理的运营策略提供数据支持。如果计算列车能耗的方式不合理或者不准确，会造成整个系统无法实现预期的节能减排的目标。

因此需要一种更全面的计算城市轨道交通电力牵引列车能耗的方法。

发明内容

针对背景技术中提到的目前城市轨道交通电力牵引列车的能耗计算方法所存在的问题，本发明提出了一种面向城市轨道交通单列车运行能耗的计算方法。

一种面向城市轨道交通单列车运行能耗的计算方法，其特征在于综合考虑列车牵引耗能和辅助耗能过程，所述方法具体包括步骤：

步骤1：确定列车性能参数，所述参数包括列车质量、列车型号、列车动力类型、列车传动效率、牵引电转化率、阻力系数以及回转系数；

步骤2：确定列车设备功率值以及各设备的数量：基于列车的各设备参数确定空调压缩机功率、客室空调功率、客室照明功率、牵引电机功率、逆变器散热设备功率、制动电阻通风设备功率、其他用电设备功率以及各设备的数量；

步骤3：导入由列车速度、位置、时间和设备工作状态动态信息构成的数据文件；

步骤4：判断列车当前所处的状态，并确定需要计算的能耗；

步骤5：判断是否达到步骤3所导入的数据文件的末尾，如果是，则退出迭代，执行步骤6；否则，返回执行步骤4；

步骤6：将步骤4中列车处于不同状态时所对应的所有能耗相加，得到列车运行过程中的总能耗。

所述步骤4中，判断列车当前所处的状态，并确定需要计算能耗的具体过程为:

步骤401：基于列车的前一时刻的速度V₀、当前时刻的速度V₁和列车质量M求出列车当前时刻所受的合力值F₁及其方向；

步骤402：根据列车的阻力系数、列车质量M、坡度、曲率参数得到列车当前所受各种阻力的合力F₂；

F₂=-f_基-f_坡-f_曲

其中，M为列车质量；f_基=a+bV₁+cV₁²；f_坡=i·G=i·g·M；a、b、c分别为阻力系数；i为列车当前时刻对应的坡度值；G为列车所受重力；g为重力加速度，单位：米/平方秒；a为经验系数，是常数；R为曲率半径；