[发明专利]一种城市轨道交通能耗测量控制系统及评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种城市轨道交通控制系统及评价方法，具体为一种城市轨道交通能耗测量控制系统及评价方法，属于城市轨道交通应用技术领域。

背景技术

城市轨道交通是城市重要基础设施和重大民生工程，对于提升城市公共交通服务能力、引导优化城市空间布局、实现城市可持续发展以及稳增长、惠民生意义重大。近年来，城市轨道交通简政放权逐渐进入“快车道”。

城市轨道交通的运营主要靠消耗电能，其电能的消耗量是相当巨大的。中国城市轨道交通协会的统计数据表明，截至2015年末，中国大陆地区共26个城市开通城轨交通运营，共计116条线路，运营线路总长度达3618公里。以北京轨道交通为例，北京地铁2015年的里程数达到554公里，累计客流28.21亿人次。按照平均每人公里能耗为0.07千瓦时计算，2015年能耗为1093.99亿度。全国轨道交通的里程数越长，能耗量越大，而且能耗量将会是一个惊人的数字。如果能够通过低碳节能技术的应用将城市轨道交通的能耗降低，这将为地铁运营部门节省大量的能源开销。

目前的节能控制系统主要是从主要是偏向理论节能优化的的分析和应用。一方面针对列车的动力系统进行建立机械模型、动力学模型、数学模型等，进而进行非线性的分析和线性的智能优化；另一方面对列车的操纵系统采用构建模型，应用多种优化算法进行分析能耗的变化。在动力系统也有采用电阻制动、再生制动、储能装置的节能方式，但是都是单一的能耗控制，不能实现地面能耗和车载能耗的互联，也不能进行能量的有效存储和能量转换，很大程度上浪费了能源。同时传统的能量统计和管理方式也不能对能耗的情况进行评价和评估，实现能量优化，降低能源的消耗，实现绿色交通、绿色城市。因此，针对上述问题提出一种城市轨道交通能耗测量控制系统及评价方法。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种城市轨道交通能耗测量控制系统及评价方法，分析城轨交通的能耗，便于进行节能管理和优化。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种城市轨道交通能耗测量控制系统，包括车载能耗控制单元、数据管理单元、地面能耗控制单元，所述车载能耗控制单元连接数据管理单元，且所述数据管理单元连接地面能耗控制单元；

所述车载能耗控制单元包括车载PLC控制模块以及与所述车载PLC控制模块连接的、双能量存储模块、电压采集模块、电流采集模块、车载能耗计算模块、进出站RFID模块、基础显示模块和供电模块；

地面能耗控制单元包括地面PLC控制模块、照明能耗模块、电梯能耗模块、空调通风能耗模块和其它能耗模块；

数据管理单元包括数据通讯模块、数据存储模块、数据调度模块和数据处理模块。

优选的，所述电压采集模块通过电压传感器模块和A/D转换模块把采集到的电压数据传输到车载PLC控制模块；所述电流采集模块通过电流传感器模块和A/D转换模块把采集到的电压数据传输到车载PLC控制模块。

优选的，所述车载能耗控制单元通过安装在不同位置的传感器采集电压和电流数据，进行能耗的分析和计算，其计算公式为：

W＝∫UIdt/3.6×10⁵

式中，W为能耗量(kWh)，U为电压(V)，I为电压(A)。

优选的，所述供电模块连接车载PLC控制模块和其他模块，为其提供需要的各种电源；

所述基础显示模块进行列车基本数据、速度-位移曲线、能耗曲线、速度功率曲线、列车运行曲线以及其他辅助驾驶系统的显示；

所述双能量存储模块实现车载电机的供电和再生制动能量的回收及利用，可以实现再生能量存储和转换。通过利用超级电容器吸收线路上瞬时变化的大电流冲击，保护锂电池组；利用锂电池扩充储能系统的存储容量，弥补超级电容器能量密度小的缺点，提升储能系统的寿命与动态响应性能的同时降低投资成本，提高储能经济性。

所述车载能耗计量模块通过利用安装在不同位置的传感器采集电压和电流数据来计算整车能耗、照明能耗、空调通风能耗、再生制动能耗、反馈部分能耗以及其他部分能耗；

所述进出站RFID模块通过设置在站台进出位置的标签来确定车辆的进出库状态以及判别列车停车位置的精确度。

优选的，所述车载能耗测量系统包括传感器模块、平波电抗器、滤波电路、VVVF电路、车载照明电路、车载空调通风电路、车载其它电路、双能量模块和电机。

优选的，所述双能量模块包括再生制动电路、锂电池、超级电容、DC/DC变换器、DC/AC逆变器和控制器。