本發(fā)明涉及一種城市軌道交通控制系統(tǒng)及評(píng)價(jià)方法，具體為一種城市軌道交通能耗測(cè)量控制系統(tǒng)及評(píng)價(jià)方法，屬于城市軌道交通應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

城市軌道交通是城市重要基礎(chǔ)設(shè)施和重大民生工程，對(duì)于提升城市公共交通服務(wù)能力、引導(dǎo)優(yōu)化城市空間布局、實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展以及穩(wěn)增長(zhǎng)、惠民生意義重大。近年來(lái)，城市軌道交通簡(jiǎn)政放權(quán)逐漸進(jìn)入“快車(chē)道”。

城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)主要靠消耗電能，其電能的消耗量是相當(dāng)巨大的。中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，截至2015年末，中國(guó)大陸地區(qū)共26個(gè)城市開(kāi)通城軌交通運(yùn)營(yíng)，共計(jì)116條線路，運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)度達(dá)3618公里。以北京軌道交通為例，北京地鐵2015年的里程數(shù)達(dá)到554公里，累計(jì)客流28.21億人次。按照平均每人公里能耗為0.07千瓦時(shí)計(jì)算，2015年能耗為1093.99億度。全國(guó)軌道交通的里程數(shù)越長(zhǎng)，能耗量越大，而且能耗量將會(huì)是一個(gè)驚人的數(shù)字。如果能夠通過(guò)低碳節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用將城市軌道交通的能耗降低，這將為地鐵運(yùn)營(yíng)部門(mén)節(jié)省大量的能源開(kāi)銷(xiāo)。

目前的節(jié)能控制系統(tǒng)主要是從主要是偏向理論節(jié)能優(yōu)化的的分析和應(yīng)用。一方面針對(duì)列車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行建立機(jī)械模型、動(dòng)力學(xué)模型、數(shù)學(xué)模型等，進(jìn)而進(jìn)行非線性的分析和線性的智能優(yōu)化；另一方面對(duì)列車(chē)的操縱系統(tǒng)采用構(gòu)建模型，應(yīng)用多種優(yōu)化算法進(jìn)行分析能耗的變化。在動(dòng)力系統(tǒng)也有采用電阻制動(dòng)、再生制動(dòng)、儲(chǔ)能裝置的節(jié)能方式，但是都是單一的能耗控制，不能實(shí)現(xiàn)地面能耗和車(chē)載能耗的互聯(lián)，也不能進(jìn)行能量的有效存儲(chǔ)和能量轉(zhuǎn)換，很大程度上浪費(fèi)了能源。同時(shí)傳統(tǒng)的能量統(tǒng)計(jì)和管理方式也不能對(duì)能耗的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)和評(píng)估，實(shí)現(xiàn)能量?jī)?yōu)化，降低能源的消耗，實(shí)現(xiàn)綠色交通、綠色城市。因此，針對(duì)上述問(wèn)題提出一種城市軌道交通能耗測(cè)量控制系統(tǒng)及評(píng)價(jià)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問(wèn)題而提供一種城市軌道交通能耗測(cè)量控制系統(tǒng)及評(píng)價(jià)方法，分析城軌交通的能耗，便于進(jìn)行節(jié)能管理和優(yōu)化。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的，一種城市軌道交通能耗測(cè)量控制系統(tǒng)，包括車(chē)載能耗控制單元、數(shù)據(jù)管理單元、地面能耗控制單元，所述車(chē)載能耗控制單元連接數(shù)據(jù)管理單元，且所述數(shù)據(jù)管理單元連接地面能耗控制單元；

所述車(chē)載能耗控制單元包括車(chē)載PLC控制模塊以及與所述車(chē)載PLC控制模塊連接的、雙能量存儲(chǔ)模塊、電壓采集模塊、電流采集模塊、車(chē)載能耗計(jì)算模塊、進(jìn)出站RFID模塊、基礎(chǔ)顯示模塊和供電模塊；

地面能耗控制單元包括地面PLC控制模塊、照明能耗模塊、電梯能耗模塊、空調(diào)通風(fēng)能耗模塊和其它能耗模塊；

數(shù)據(jù)管理單元包括數(shù)據(jù)通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)調(diào)度模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。

優(yōu)選的，所述電壓采集模塊通過(guò)電壓傳感器模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊把采集到的電壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰?chē)載PLC控制模塊；所述電流采集模塊通過(guò)電流傳感器模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊把采集到的電壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰?chē)載PLC控制模塊。

優(yōu)選的，所述車(chē)載能耗控制單元通過(guò)安裝在不同位置的傳感器采集電壓和電流數(shù)據(jù)，進(jìn)行能耗的分析和計(jì)算，其計(jì)算公式為：

W＝∫UIdt/3.6×10⁵

式中，W為能耗量(kWh)，U為電壓(V)，I為電壓(A)。

優(yōu)選的，所述供電模塊連接車(chē)載PLC控制模塊和其他模塊，為其提供需要的各種電源；

所述基礎(chǔ)顯示模塊進(jìn)行列車(chē)基本數(shù)據(jù)、速度-位移曲線、能耗曲線、速度功率曲線、列車(chē)運(yùn)行曲線以及其他輔助駕駛系統(tǒng)的顯示；

所述雙能量存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)車(chē)載電機(jī)的供電和再生制動(dòng)能量的回收及利用，可以實(shí)現(xiàn)再生能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換。通過(guò)利用超級(jí)電容器吸收線路上瞬時(shí)變化的大電流沖擊，保護(hù)鋰電池組；利用鋰電池?cái)U(kuò)充儲(chǔ)能系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量，彌補(bǔ)超級(jí)電容器能量密度小的缺點(diǎn)，提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的壽命與動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能的同時(shí)降低投資成本，提高儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性。

所述車(chē)載能耗計(jì)量模塊通過(guò)利用安裝在不同位置的傳感器采集電壓和電流數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算整車(chē)能耗、照明能耗、空調(diào)通風(fēng)能耗、再生制動(dòng)能耗、反饋部分能耗以及其他部分能耗；

所述進(jìn)出站RFID模塊通過(guò)設(shè)置在站臺(tái)進(jìn)出位置的標(biāo)簽來(lái)確定車(chē)輛的進(jìn)出庫(kù)狀態(tài)以及判別列車(chē)停車(chē)位置的精確度。

優(yōu)選的，所述車(chē)載能耗測(cè)量系統(tǒng)包括傳感器模塊、平波電抗器、濾波電路、VVVF電路、車(chē)載照明電路、車(chē)載空調(diào)通風(fēng)電路、車(chē)載其它電路、雙能量模塊和電機(jī)。

優(yōu)選的，所述雙能量模塊包括再生制動(dòng)電路、鋰電池、超級(jí)電容、DC/DC變換器、DC/AC逆變器和控制器。

優(yōu)選的，所述傳感器模塊由傳感器電路1、傳感器電路2、傳感器電路3、傳感器電路4、傳感器電路5、傳感器電路6、傳感器電路7電路組成，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器把電壓傳感器和電流傳感器采集到的電壓和電流信號(hào)傳輸車(chē)載PLC控制模塊。

優(yōu)選的，車(chē)載能耗計(jì)算方法為：

W₁＝∫U₁I₁dt

W₁＝W₂+W_ot＝W₃+W₅-W₄+W_ot＝W₃+W₅-(W₆+W₇)+W_ot

＝∫U₃I₃dt+∫U₅I₅dt-(∫U₆I₆dt+∫U₇I₇dt)+W_ot

∫U₁I₁dt＝∫U₃I₃dt+∫U₅I₅dt-(∫U₆I₆dt+∫U₇I₇dt)+W_ot

W₂＝W₃++W₅-W₄

W₄＝W_fk+W_nh

W_fk＝W₆+W₇

式中，W₁為車(chē)載總能耗，W₂為列車(chē)主要能耗；W₃為牽引電機(jī)的能耗；W₄為再生制動(dòng)能耗，W₅為車(chē)載照明、空調(diào)通風(fēng)以及其他能耗，W_ot為車(chē)載系統(tǒng)的附屬能耗，W_fk為反饋能耗，W₆為反饋到電機(jī)上的能耗，W₇為反饋到車(chē)載電路部分的能耗，W_nh為內(nèi)雙能量模塊電路的能耗。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)管理單元實(shí)現(xiàn)車(chē)載數(shù)據(jù)和地面數(shù)據(jù)的互聯(lián)和各個(gè)部分的通訊，把車(chē)載能耗控制單元和地面能耗控制單元連通起來(lái)，數(shù)據(jù)通訊模塊通過(guò)GPRS、TCP/IP、MVB、RS232/RS485、Profibus、Profinet中的一種進(jìn)行數(shù)據(jù)的通訊和傳輸；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用來(lái)進(jìn)行車(chē)載和地面數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到云平臺(tái)或者云空間；數(shù)據(jù)調(diào)度模塊實(shí)現(xiàn)車(chē)載和地面數(shù)據(jù)的調(diào)度，發(fā)送到城軌列車(chē)調(diào)度中心顯示模塊用來(lái)顯示速度-距離曲線、能耗曲線、速度-位移曲線；數(shù)據(jù)處理模塊用來(lái)處理存儲(chǔ)的各種數(shù)據(jù)和一些不利的或者故障數(shù)據(jù)，生成各種數(shù)據(jù)的報(bào)表，同時(shí)還具有主動(dòng)容錯(cuò)控制功能。

優(yōu)選的，所述地面能耗單元利用電能表進(jìn)行計(jì)算和分析能耗，地面能耗數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)管理單元存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心，其中空調(diào)根據(jù)天氣及現(xiàn)場(chǎng)溫度自動(dòng)調(diào)整，保證現(xiàn)場(chǎng)溫度的適宜及人群的舒適性；電梯根據(jù)客流進(jìn)行調(diào)整運(yùn)行，適當(dāng)時(shí)間控制使用電梯進(jìn)行分流，車(chē)站照明設(shè)備采用智能化照明系統(tǒng)，根據(jù)人數(shù)以及聲光控的方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制燈管亮度和開(kāi)關(guān)。

優(yōu)選的，所述地面能耗測(cè)量系統(tǒng)利用電度表進(jìn)行測(cè)量的，通過(guò)設(shè)置在主電路的總電能表進(jìn)行地面能耗的總體測(cè)量，在主配電柜安裝各個(gè)電路的電能表分別測(cè)量照明能耗、電梯能耗、空調(diào)通風(fēng)能耗和其它能耗，能耗測(cè)量示意圖和計(jì)算公式如下：

W_d＝W_kf+W_zm+W_dt+W_qt

式中，W_d為地面能耗總和，W_zm為地面照明能耗；W_kf為地面空調(diào)通風(fēng)能耗，W_dt為電梯能耗，W_qt為地面其它能耗。

一種城市軌道交通能耗測(cè)量控制系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法，

對(duì)系統(tǒng)能耗體系進(jìn)行評(píng)價(jià)：

(1)客運(yùn)周轉(zhuǎn)量能耗指標(biāo)：

式中，K₁—人均公里電耗(kWh/公里)，W—總耗電量(kWh)，n—客流量，S—運(yùn)營(yíng)里程(km)，n×S為客運(yùn)周轉(zhuǎn)量，是軌道交通線路運(yùn)送的乘客人次與其相應(yīng)的運(yùn)送距離乘積；

(2)基于運(yùn)營(yíng)里程的牽引能耗指標(biāo)：

該指標(biāo)反映了時(shí)間、車(chē)輛類(lèi)別及線路節(jié)能坡采用的因素，不同的運(yùn)營(yíng)期能耗表現(xiàn)明顯不同，采用節(jié)能坡的線路對(duì)節(jié)省能耗有幫助，車(chē)型不同則能耗不同，該指標(biāo)則能體現(xiàn)不同車(chē)型能耗的比較；

(3)基于運(yùn)營(yíng)里程的動(dòng)力能耗指標(biāo)：

式中：為基于運(yùn)營(yíng)里程的動(dòng)力能耗，為總動(dòng)力耗電量，為車(chē)輛運(yùn)營(yíng)總里程，該指標(biāo)反映整條線路動(dòng)力用電的利用程度，動(dòng)力用電也是為了整條線路的運(yùn)營(yíng)服務(wù)的，因此從運(yùn)營(yíng)里程的角度考慮，也體現(xiàn)動(dòng)力耗電的特點(diǎn)；

(4)再生制動(dòng)利用比率：

再生制動(dòng)能耗利用率：

其中，再生制動(dòng)能量比率反映了列車(chē)再生能量的利用在列車(chē)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的所占比例，結(jié)合再生制動(dòng)能耗利用率，很好地體現(xiàn)再生能量的利用效果；再生制動(dòng)能耗利用率反映再生制動(dòng)能量的利用情況，利用率越高說(shuō)明系統(tǒng)性能越好；

(5)精確停車(chē)評(píng)價(jià)指標(biāo)為：K_s＝|S_r-S_i|

式中，S_r為實(shí)測(cè)的停車(chē)距離，S_i為理想停車(chē)距離，該指標(biāo)反映列車(chē)停車(chē)精度，用于保證乘客安全和列車(chē)運(yùn)行安全，指標(biāo)越小越好；

(6)運(yùn)行舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)為：

式中，v為運(yùn)行速度，S為運(yùn)行距離，通過(guò)列車(chē)的加速度變化率，衡量列車(chē)舒適度，加速度變化率越大，舒適度越差，該指標(biāo)越小，表明乘坐舒適度越佳；

運(yùn)行準(zhǔn)點(diǎn)率的評(píng)價(jià)指標(biāo)為：

式中，t_p為計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間，t_r為實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，該指標(biāo)反映了列車(chē)運(yùn)行的準(zhǔn)時(shí)性，保證列車(chē)在調(diào)度時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)時(shí)到達(dá)各個(gè)站點(diǎn)并準(zhǔn)時(shí)發(fā)車(chē)，該指標(biāo)越小，說(shuō)明準(zhǔn)點(diǎn)率越高。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明的系統(tǒng)是一種多路采樣的能耗計(jì)量系統(tǒng)，不需要進(jìn)行列車(chē)受力分析和建模，直接利用采集的電壓和電流數(shù)據(jù)可以進(jìn)行牽引能耗、再生制動(dòng)能量及輔助能耗的測(cè)量和監(jiān)控，具備能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和顯示功能，可以通過(guò)數(shù)據(jù)管理單元將能耗數(shù)據(jù)上傳至地面能耗管理單元，節(jié)省人工成本，具有故障檢測(cè)功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠準(zhǔn)確上報(bào)。

(2)系統(tǒng)采用的雙能量模塊，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行策略的優(yōu)化，提高了系統(tǒng)的能源利用效率，保證了再生能量的充分利用和轉(zhuǎn)換；進(jìn)而也可以為優(yōu)化系統(tǒng)控制參數(shù)、開(kāi)發(fā)軌道交通相應(yīng)的智能電網(wǎng)等做出貢獻(xiàn)。

(3)該系統(tǒng)可以通過(guò)分段顯示各個(gè)運(yùn)行區(qū)間的詳細(xì)耗電量和運(yùn)行曲線的繪制，有效防止非正常用電的發(fā)生，并對(duì)司機(jī)操縱情況及其對(duì)節(jié)能的影響進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，對(duì)推進(jìn)節(jié)能、優(yōu)化操縱技術(shù)具有非常好的指導(dǎo)意義。

(4)通過(guò)建立能耗多元目標(biāo)評(píng)價(jià)體系，可以直接對(duì)現(xiàn)有線路進(jìn)行能耗的評(píng)估，為節(jié)能措施的制訂提供理論依據(jù)，在政府決策、線路規(guī)劃、基本設(shè)施建設(shè)、設(shè)備選購(gòu)、運(yùn)營(yíng)管理等方面具有指導(dǎo)作用。

(5)該系統(tǒng)的電機(jī)采用永磁同步直流電機(jī)，可以提高列車(chē)的動(dòng)力品質(zhì)、能耗和控制特性，提升列車(chē)的經(jīng)濟(jì)性、舒適性與可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的軌道交通能耗控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的車(chē)在能耗測(cè)量系統(tǒng)示意圖；

圖3為本發(fā)明的地面能耗測(cè)量系統(tǒng)示意圖；

圖4為本發(fā)明的列車(chē)能耗指標(biāo)評(píng)價(jià)體系構(gòu)建思路示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一：

如圖1-4所示，一種城市軌道交通能耗測(cè)量控制系統(tǒng)，包括車(chē)載能耗控制單元、數(shù)據(jù)管理單元、地面能耗控制單元，所述車(chē)載能耗控制單元連接數(shù)據(jù)管理單元，且所述數(shù)據(jù)管理單元連接地面能耗控制單元；

所述車(chē)載能耗控制單元包括車(chē)載PLC控制模塊以及與所述車(chē)載PLC控制模塊連接的、雙能量存儲(chǔ)模塊、電壓采集模塊、電流采集模塊、車(chē)載能耗計(jì)算模塊、進(jìn)出站RFID模塊、基礎(chǔ)顯示模塊和供電模塊；

地面能耗控制單元包括地面PLC控制模塊、照明能耗模塊、電梯能耗模塊、空調(diào)通風(fēng)能耗模塊和其它能耗模塊；

數(shù)據(jù)管理單元包括數(shù)據(jù)通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)調(diào)度模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。

其中，所述電壓采集模塊通過(guò)電壓傳感器模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊把采集到的電壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰?chē)載PLC控制模塊；所述電流采集模塊通過(guò)電流傳感器模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊把采集到的電壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰?chē)載PLC控制模塊。

其中，所述車(chē)載能耗控制單元通過(guò)安裝在不同位置的傳感器采集電壓和電流數(shù)據(jù)，進(jìn)行能耗的分析和計(jì)算，其計(jì)算公式為：

W＝UIdt/3.6×10⁵

式中，W為能耗量(kWh)，U為電壓(V)，I為電壓(A)。

其中，所述供電模塊連接車(chē)載PLC控制模塊和其他模塊，為其提供需要的各種電源；

所述基礎(chǔ)顯示模塊進(jìn)行列車(chē)基本數(shù)據(jù)、速度-位移曲線、能耗曲線、速度功率曲線、列車(chē)運(yùn)行曲線以及其他輔助駕駛系統(tǒng)的顯示；

所述雙能量存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)車(chē)載電機(jī)的供電和再生制動(dòng)能量的回收及利用；

所述車(chē)載能耗計(jì)量模塊通過(guò)利用安裝在不同位置的傳感器采集電壓和電流數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算整車(chē)能耗、照明能耗、空調(diào)通風(fēng)能耗、再生制動(dòng)能耗、反饋部分能耗以及其他部分能耗；

所述進(jìn)出站RFID模塊通過(guò)設(shè)置在站臺(tái)進(jìn)出位置的標(biāo)簽來(lái)確定車(chē)輛的進(jìn)出庫(kù)狀態(tài)以及判別列車(chē)停車(chē)位置的精確度。

其中，所述車(chē)載能耗測(cè)量系統(tǒng)包括傳感器模塊、平波電抗器、濾波電路、VVVF電路、車(chē)載照明電路、車(chē)載空調(diào)通風(fēng)電路、車(chē)載其它電路、雙能量模塊和電機(jī)。

其中，所述雙能量模塊包括再生制動(dòng)電路、鋰電池、超級(jí)電容、DC/DC變換器、DC/AC逆變器和控制器。

其中，所述傳感器模塊由傳感器電路1、傳感器電路2、傳感器電路3、傳感器電路4、傳感器電路5、傳感器電路6、傳感器電路7電路組成，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器把電壓傳感器和電流傳感器采集到的電壓和電流信號(hào)傳輸車(chē)載PLC控制模塊。

其中，車(chē)載能耗計(jì)算方法為：

W₁＝∫U₁I₁dt

W₁＝W₂+W_ot＝W₃+W₅-W₄+W_ot＝W₃+W₅-(W₆+W₇)+W_ot

＝∫U₃I₃dt+∫U₅I₅dt-(∫U₆I₆dt+∫U₇I₇dt)+W_ot

∫U₁I₁dt＝∫U₃I₃dt+∫U₅I₅dt-(∫U₆I₆dt+∫U₇I₇dt)+W_ot

W₂＝W₃++W₅-W₄

W₄＝W_fk+W_nh

W_fk＝W₆+W₇

式中，W₁為車(chē)載總能耗，W₂為列車(chē)主要能耗；W₃為牽引電機(jī)的能耗；W₄為再生制動(dòng)能耗，W₅為車(chē)載照明、空調(diào)通風(fēng)以及其他能耗，W_ot為車(chē)載系統(tǒng)的附屬能耗，W_fk為反饋能耗，W₆為反饋到電機(jī)上的能耗，W₇為反饋到車(chē)載電路部分的能耗，W_nh為內(nèi)雙能量模塊電路的能耗。

其中，所述數(shù)據(jù)管理單元實(shí)現(xiàn)車(chē)載數(shù)據(jù)和地面數(shù)據(jù)的互聯(lián)和各個(gè)部分的通訊，把車(chē)載能耗控制單元和地面能耗控制單元連通起來(lái)，數(shù)據(jù)通訊模塊通過(guò)TCP/IP進(jìn)行數(shù)據(jù)的通訊和傳輸；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用來(lái)進(jìn)行車(chē)載和地面數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到云平臺(tái)或者云空間；數(shù)據(jù)調(diào)度模塊實(shí)現(xiàn)車(chē)載和地面數(shù)據(jù)的調(diào)度，發(fā)送到城軌列車(chē)調(diào)度中心顯示模塊用來(lái)顯示速度-距離曲線、能耗曲線、速度-位移曲線；數(shù)據(jù)處理模塊用來(lái)處理存儲(chǔ)的各種數(shù)據(jù)和一些不利的或者故障數(shù)據(jù)，生成各種數(shù)據(jù)的報(bào)表，同時(shí)還具有主動(dòng)容錯(cuò)控制功能。

其中，所述地面能耗單元利用電能表進(jìn)行計(jì)算和分析能耗，地面能耗數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)管理單元存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心，其中空調(diào)根據(jù)天氣及現(xiàn)場(chǎng)溫度自動(dòng)調(diào)整，保證現(xiàn)場(chǎng)溫度的適宜及人群的舒適性；電梯根據(jù)客流進(jìn)行調(diào)整運(yùn)行，適當(dāng)時(shí)間控制使用電梯進(jìn)行分流，車(chē)站照明設(shè)備采用智能化照明系統(tǒng)，根據(jù)人數(shù)以及聲光控的方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制燈管亮度和開(kāi)關(guān)。

其中，所述地面能耗測(cè)量系統(tǒng)利用電度表進(jìn)行測(cè)量的，通過(guò)設(shè)置在主電路的總電能表進(jìn)行地面能耗的總體測(cè)量，在主配電柜安裝各個(gè)電路的電能表分別測(cè)量照明能耗、電梯能耗、空調(diào)通風(fēng)能耗和其它能耗，能耗測(cè)量示意圖和計(jì)算公式如下：

W_d＝W_kf+W_zm+W_dt+W_qt

式中，W_d為地面能耗總和，W_zm為地面照明能耗；W_kf為地面空調(diào)通風(fēng)能耗，W_dt為電梯能耗，W_qt為地面其它能耗。

一種城市軌道交通能耗測(cè)量控制系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法，

對(duì)系統(tǒng)能耗體系進(jìn)行評(píng)價(jià)：

(1)客運(yùn)周轉(zhuǎn)量能耗指標(biāo)：

式中，K₁—人均公里電耗(kWh/公里)，W—總耗電量(kWh)，n—客流量，S—運(yùn)營(yíng)里程(km)，n×S為客運(yùn)周轉(zhuǎn)量，是軌道交通線路運(yùn)送的乘客人次與其相應(yīng)的運(yùn)送距離乘積；

(2)基于運(yùn)營(yíng)里程的牽引能耗指標(biāo)：

該指標(biāo)反映了時(shí)間、車(chē)輛類(lèi)別及線路節(jié)能坡采用的因素，不同的運(yùn)營(yíng)期能耗表現(xiàn)明顯不同，采用節(jié)能坡的線路對(duì)節(jié)省能耗有幫助，車(chē)型不同則能耗不同，該指標(biāo)則能體現(xiàn)不同車(chē)型能耗的比較；

(3)基于運(yùn)營(yíng)里程的動(dòng)力能耗指標(biāo)：

式中：為基于運(yùn)營(yíng)里程的動(dòng)力能耗，為總動(dòng)力耗電量，為車(chē)輛運(yùn)營(yíng)總里程，該指標(biāo)反映整條線路動(dòng)力用電的利用程度，動(dòng)力用電也是為了整條線路的運(yùn)營(yíng)服務(wù)的，因此從運(yùn)營(yíng)里程的角度考慮，也體現(xiàn)動(dòng)力耗電的特點(diǎn)；

(4)再生制動(dòng)利用比率：

再生制動(dòng)能耗利用率：

其中，再生制動(dòng)能量比率反映了列車(chē)再生能量的利用在列車(chē)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的所占比例，結(jié)合再生制動(dòng)能耗利用率，很好地體現(xiàn)再生能量的利用效果；再生制動(dòng)能耗利用率反映再生制動(dòng)能量的利用情況，利用率越高說(shuō)明系統(tǒng)性能越好；

(5)精確停車(chē)評(píng)價(jià)指標(biāo)為：K_s＝|S_r-S_i|

式中，S_r為實(shí)測(cè)的停車(chē)距離，S_i為理想停車(chē)距離，該指標(biāo)反映列車(chē)停車(chē)精度，用于保證乘客安全和列車(chē)運(yùn)行安全，指標(biāo)越小越好；

(7)運(yùn)行舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)為：

式中，v為運(yùn)行速度，S為運(yùn)行距離，通過(guò)列車(chē)的加速度變化率，衡量列車(chē)舒適度，加速度變化率越大，舒適度越差，該指標(biāo)越小，表明乘坐舒適度越佳；

運(yùn)行準(zhǔn)點(diǎn)率的評(píng)價(jià)指標(biāo)為：

式中，t_p為計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間，t_r為實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，該指標(biāo)反映了列車(chē)運(yùn)行的準(zhǔn)時(shí)性，保證列車(chē)在調(diào)度時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)時(shí)到達(dá)各個(gè)站點(diǎn)并準(zhǔn)時(shí)發(fā)車(chē)，該指標(biāo)越小，說(shuō)明準(zhǔn)點(diǎn)率越高。

實(shí)施例二：

如圖1-4所示，一種城市軌道交通能耗測(cè)量控制系統(tǒng)，包括車(chē)載能耗控制單元、數(shù)據(jù)管理單元、地面能耗控制單元，所述車(chē)載能耗控制單元連接數(shù)據(jù)管理單元，且所述數(shù)據(jù)管理單元連接地面能耗控制單元；

所述車(chē)載能耗控制單元包括車(chē)載PLC控制模塊以及與所述車(chē)載PLC控制模塊連接的、雙能量存儲(chǔ)模塊、電壓采集模塊、電流采集模塊、車(chē)載能耗計(jì)算模塊、進(jìn)出站RFID模塊、基礎(chǔ)顯示模塊和供電模塊；

地面能耗控制單元包括地面PLC控制模塊、照明能耗模塊、電梯能耗模塊、空調(diào)通風(fēng)能耗模塊和其它能耗模塊；

數(shù)據(jù)管理單元包括數(shù)據(jù)通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)調(diào)度模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。

其中，所述電壓采集模塊通過(guò)電壓傳感器模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊把采集到的電壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰?chē)載PLC控制模塊；所述電流采集模塊通過(guò)電流傳感器模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊把采集到的電壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰?chē)載PLC控制模塊。

其中，所述車(chē)載能耗控制單元通過(guò)安裝在不同位置的傳感器采集電壓和電流數(shù)據(jù)，進(jìn)行能耗的分析和計(jì)算，其計(jì)算公式為：

W＝∫UIdt/3.6×10⁵

式中，W為能耗量(kWh)，U為電壓(V)，I為電壓(A)。

其中，所述供電模塊連接車(chē)載PLC控制模塊和其他模塊，為其提供需要的各種電源；

所述基礎(chǔ)顯示模塊進(jìn)行列車(chē)基本數(shù)據(jù)、速度-位移曲線、能耗曲線、速度功率曲線、列車(chē)運(yùn)行曲線以及其他輔助駕駛系統(tǒng)的顯示；

所述雙能量存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)車(chē)載電機(jī)的供電和再生制動(dòng)能量的回收及利用；

所述車(chē)載能耗計(jì)量模塊通過(guò)利用安裝在不同位置的傳感器采集電壓和電流數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算整車(chē)能耗、照明能耗、空調(diào)通風(fēng)能耗、再生制動(dòng)能耗、反饋部分能耗以及其他部分能耗；

所述進(jìn)出站RFID模塊通過(guò)設(shè)置在站臺(tái)進(jìn)出位置的標(biāo)簽來(lái)確定車(chē)輛的進(jìn)出庫(kù)狀態(tài)以及判別列車(chē)停車(chē)位置的精確度。

其中，所述車(chē)載能耗測(cè)量系統(tǒng)包括傳感器模塊、平波電抗器、濾波電路、VVVF電路、車(chē)載照明電路、車(chē)載空調(diào)通風(fēng)電路、車(chē)載其它電路、雙能量模塊和電機(jī)。

其中，所述雙能量模塊包括再生制動(dòng)電路、鋰電池、超級(jí)電容、DC/DC變換器、DC/AC逆變器和控制器。

其中，所述傳感器模塊由傳感器電路1、傳感器電路2、傳感器電路3、傳感器電路4、傳感器電路5、傳感器電路6、傳感器電路7電路組成，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器把電壓傳感器和電流傳感器采集到的電壓和電流信號(hào)傳輸車(chē)載PLC控制模塊。

其中，車(chē)載能耗計(jì)算方法為：

W₁＝∫U₁I₁dt

W₁＝W₂+W_ot＝W₃+W₅-W₄+W_ot＝W₃+W₅-(W₆+W₇)+W_ot

＝∫U₃I₃dt+∫U₅I₅dt-(∫U₆I₆dt+∫U₇I₇dt)+W_ot

∫U₁I₁dt＝∫U₃I₃dt+∫U₅I₅dt-(∫U₆I₆dt+∫U₇I₇dt)+W_ot

W₂＝W₃++W₅-W₄

W₄＝W_fk+W_nh

W_fk＝W₆+W₇

式中，W₁為車(chē)載總能耗，W₂為列車(chē)主要能耗；W₃為牽引電機(jī)的能耗；W₄為再生制動(dòng)能耗，W₅為車(chē)載照明、空調(diào)通風(fēng)以及其他能耗，W_ot為車(chē)載系統(tǒng)的附屬能耗，W_fk為反饋能耗，W₆為反饋到電機(jī)上的能耗，W₇為反饋到車(chē)載電路部分的能耗，W_nh為內(nèi)雙能量模塊電路的能耗。

其中，所述數(shù)據(jù)管理單元實(shí)現(xiàn)車(chē)載數(shù)據(jù)和地面數(shù)據(jù)的互聯(lián)和各個(gè)部分的通訊，把車(chē)載能耗控制單元和地面能耗控制單元連通起來(lái)，數(shù)據(jù)通訊模塊通過(guò)GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)的通訊和傳輸；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用來(lái)進(jìn)行車(chē)載和地面數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到云平臺(tái)或者云空間；數(shù)據(jù)調(diào)度模塊實(shí)現(xiàn)車(chē)載和地面數(shù)據(jù)的調(diào)度，發(fā)送到城軌列車(chē)調(diào)度中心顯示模塊用來(lái)顯示速度-距離曲線、能耗曲線、速度-位移曲線；數(shù)據(jù)處理模塊用來(lái)處理存儲(chǔ)的各種數(shù)據(jù)和一些不利的或者故障數(shù)據(jù)，生成各種數(shù)據(jù)的報(bào)表，同時(shí)還具有主動(dòng)容錯(cuò)控制功能。

其中，所述地面能耗單元利用電能表進(jìn)行計(jì)算和分析能耗，地面能耗數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)管理單元存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心，其中空調(diào)根據(jù)天氣及現(xiàn)場(chǎng)溫度自動(dòng)調(diào)整，保證現(xiàn)場(chǎng)溫度的適宜及人群的舒適性；電梯根據(jù)客流進(jìn)行調(diào)整運(yùn)行，適當(dāng)時(shí)間控制使用電梯進(jìn)行分流，車(chē)站照明設(shè)備采用智能化照明系統(tǒng)，根據(jù)人數(shù)以及聲光控的方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制燈管亮度和開(kāi)關(guān)。

其中，所述地面能耗測(cè)量系統(tǒng)利用電度表進(jìn)行測(cè)量的，通過(guò)設(shè)置在主電路的總電能表進(jìn)行地面能耗的總體測(cè)量，在主配電柜安裝各個(gè)電路的電能表分別測(cè)量照明能耗、電梯能耗、空調(diào)通風(fēng)能耗和其它能耗，能耗測(cè)量示意圖和計(jì)算公式如下：

W_d＝W_kf+W_zm+W_dt+W_qt

式中，W_d為地面能耗總和，W_zm為地面照明能耗；W_kf為地面空調(diào)通風(fēng)能耗，W_dt為電梯能耗，W_qt為地面其它能耗。

一種城市軌道交通能耗測(cè)量控制系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法，

對(duì)系統(tǒng)能耗體系進(jìn)行評(píng)價(jià)：

(1)客運(yùn)周轉(zhuǎn)量能耗指標(biāo)：

式中，K₁—人均公里電耗(kWh/公里)，W—總耗電量(kWh)，n—客流量，S—運(yùn)營(yíng)里程(km)，n×S為客運(yùn)周轉(zhuǎn)量，是軌道交通線路運(yùn)送的乘客人次與其相應(yīng)的運(yùn)送距離乘積；

(2)基于運(yùn)營(yíng)里程的牽引能耗指標(biāo)：

該指標(biāo)反映了時(shí)間、車(chē)輛類(lèi)別及線路節(jié)能坡采用的因素，不同的運(yùn)營(yíng)期能耗表現(xiàn)明顯不同，采用節(jié)能坡的線路對(duì)節(jié)省能耗有幫助，車(chē)型不同則能耗不同，該指標(biāo)則能體現(xiàn)不同車(chē)型能耗的比較；

(3)基于運(yùn)營(yíng)里程的動(dòng)力能耗指標(biāo)：

式中：為基于運(yùn)營(yíng)里程的動(dòng)力能耗，為總動(dòng)力耗電量，為車(chē)輛運(yùn)營(yíng)總里程，該指標(biāo)反映整條線路動(dòng)力用電的利用程度，動(dòng)力用電也是為了整條線路的運(yùn)營(yíng)服務(wù)的，因此從運(yùn)營(yíng)里程的角度考慮，也體現(xiàn)動(dòng)力耗電的特點(diǎn)；

(4)再生制動(dòng)利用比率：

再生制動(dòng)能耗利用率：

其中，再生制動(dòng)能量比率反映了列車(chē)再生能量的利用在列車(chē)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的所占比例，結(jié)合再生制動(dòng)能耗利用率，很好地體現(xiàn)再生能量的利用效果；再生制動(dòng)能耗利用率反映再生制動(dòng)能量的利用情況，利用率越高說(shuō)明系統(tǒng)性能越好；

(5)精確停車(chē)評(píng)價(jià)指標(biāo)為：K_s＝|S_r-S_i|

式中，S_r為實(shí)測(cè)的停車(chē)距離，S_i為理想停車(chē)距離，該指標(biāo)反映列車(chē)停車(chē)精度，用于保證乘客安全和列車(chē)運(yùn)行安全，指標(biāo)越小越好；

(8)運(yùn)行舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)為：

式中，v為運(yùn)行速度，S為運(yùn)行距離，通過(guò)列車(chē)的加速度變化率，衡量列車(chē)舒適度，加速度變化率越大，舒適度越差，該指標(biāo)越小，表明乘坐舒適度越佳；

運(yùn)行準(zhǔn)點(diǎn)率的評(píng)價(jià)指標(biāo)為：

式中，t_p為計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間，t_r為實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，該指標(biāo)反映了列車(chē)運(yùn)行的準(zhǔn)時(shí)性，保證列車(chē)在調(diào)度時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)時(shí)到達(dá)各個(gè)站點(diǎn)并準(zhǔn)時(shí)發(fā)車(chē)，該指標(biāo)越小，說(shuō)明準(zhǔn)點(diǎn)率越高。

該系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的各種機(jī)械和動(dòng)力能耗模型，不需要進(jìn)行大量非線性分析和智能優(yōu)化計(jì)算，而車(chē)載能耗單元通過(guò)直接測(cè)量車(chē)載的電壓和電流，實(shí)現(xiàn)能量的記錄和計(jì)算，可以實(shí)時(shí)分析列車(chē)的能耗變化情況，以便對(duì)列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中的能量各種操作進(jìn)行優(yōu)化；地面能耗單元直接利用電能表計(jì)算各種照明、電梯、空調(diào)通風(fēng)以及附屬設(shè)施的能耗，方便計(jì)算和分析能耗的變化。同時(shí)可以通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸單元實(shí)現(xiàn)車(chē)載能耗的上傳和存儲(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)車(chē)載能耗的實(shí)時(shí)記錄。

針對(duì)再生制動(dòng)能量利用率不高，需要鋪設(shè)專(zhuān)用線路，所以設(shè)計(jì)了雙能量存儲(chǔ)模塊，進(jìn)行停車(chē)制動(dòng)能量回收、坡道保速制動(dòng)能量回收以及其它情況能量回收和利用。該系統(tǒng)的雙能量模塊主要有鋰電池、超級(jí)電容、再生制動(dòng)電路、DC/AC逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、控制器等組成，可以實(shí)現(xiàn)再生能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換。通過(guò)利用超級(jí)電容器吸收線路上瞬時(shí)變化的大電流沖擊，保護(hù)鋰電池組；利用鋰電池?cái)U(kuò)充儲(chǔ)能系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量，彌補(bǔ)超級(jí)電容器能量密度小的缺點(diǎn)，提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的壽命與動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能的同時(shí)降低投資成本，提高儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性。

該系統(tǒng)的電機(jī)采用永磁同步直流電機(jī)，可以提高列車(chē)的動(dòng)力品質(zhì)、能耗和控制特性，提升列車(chē)的經(jīng)濟(jì)性、舒適性與可靠性。使用直流電就可以使啟動(dòng)噪聲減少5％，能耗減少10-20％，初期成本增加15％，壽命周期成本減少45％，維護(hù)更簡(jiǎn)便。到2020年前后，全國(guó)將建設(shè)約100條城市軌道交通線路。如果新建線路60％采用永磁牽引系統(tǒng)，預(yù)期的產(chǎn)值將達(dá)到100億元，全國(guó)每年新線運(yùn)營(yíng)能耗將節(jié)約2.4億元。

該系統(tǒng)設(shè)置了數(shù)據(jù)管理單元，可以實(shí)現(xiàn)車(chē)載數(shù)據(jù)和地面數(shù)據(jù)的互聯(lián)，可以通過(guò)各種通訊模塊和存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存和處理。同時(shí)可以利用智能物聯(lián)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的云平臺(tái)存儲(chǔ)，以便于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)用和查看，準(zhǔn)確分析列車(chē)能耗和地面能耗的變化，方便軌道交通能耗管理和實(shí)現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化。

通過(guò)利用所測(cè)數(shù)據(jù)建立客運(yùn)周轉(zhuǎn)量能耗指標(biāo)、基于運(yùn)營(yíng)里程的牽引能耗指標(biāo)、基于運(yùn)營(yíng)里程的動(dòng)力能耗指標(biāo)、再生制動(dòng)利用比率、再生制動(dòng)能耗利用率、精確停車(chē)評(píng)價(jià)指標(biāo)、運(yùn)行舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)和運(yùn)行準(zhǔn)點(diǎn)率的評(píng)價(jià)指標(biāo)等能耗評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，形成能耗評(píng)價(jià)報(bào)告。不僅可以對(duì)線路能耗進(jìn)行評(píng)價(jià)，還可以對(duì)設(shè)備能耗、管理能耗等進(jìn)行評(píng)價(jià)和研究，有利于加強(qiáng)節(jié)能節(jié)耗，努力建設(shè)節(jié)約型交通行業(yè)；也有利于研究制定引導(dǎo)節(jié)約能源的行業(yè)政策，努力節(jié)約建設(shè)成本，節(jié)約能源和資源，促進(jìn)交通可持續(xù)發(fā)展。

從整個(gè)軌道交通系統(tǒng)的角度出發(fā)，對(duì)軌道交通系統(tǒng)節(jié)能的理論依據(jù)、評(píng)價(jià)方法、控制方法和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化體系進(jìn)行理論分析和研究，可以為軌道交通系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的研究和發(fā)展提供方法論和系統(tǒng)理論的指導(dǎo)。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。