铁路多车再生制动能量吸收研究

引言

交流传动机车再生制动能量利用问题是一个涉及行车、牵引供电、机车车辆等诸多专业的多变量、强耦合问题,与列车所处供电臂区间、列车行车对数、列车工况密切相关。由于传统方法统计较为困难,所以在能耗计算中一般不计入再生制动能量。

实际上,只要列车处于同一供电臂,且列车处于牵引、再生制动不同运行工况,一列车再生制动反馈的能量可以被另外一列处于牵引工况的列车吸收,且列车对数越多,吸收概率越大。

1某铁路项目简介及列车开行方案研究

本文以某铁路项目为研究对象,线路长度约41.8km,共有3个车站(车站1～车站3）,主要技术标准如表1所示。

1.1城际客流出行时间分布

根据预测客运量,本线城际客流全天出行分布如图1所示。在09:00一10:00和17:00一18:00有早晚两个明显的高峰时段,全日客流呈"双山峰型"波动趋势。因此,城际列车开行应充分考虑城际客流的高峰时段特性,在高峰时段开行足够数量的列车保证满足运输需求:在非高峰时段,根据预测客流量的情况,开行适当数量的城际列车,使其保持一定的服务频率,最大限度地方便旅客出行。早高峰和晚高峰各考虑开行5对城际动车组。

1.2城际列车开行方案

根据"运输组织模式"的研究可知,本线城际车开行大站直达与站停列车。开行方案主要研究各种列车停站及开行数量。

1.2.1大站直达列车

大站直达列车在车站两地间客流量较大的车站停靠,与站停列车相比,大站直达列车既可缩短运行时间,又可方便中间经停车站旅客的上下车。考虑在高峰小时开行1对大站直达列车。

1.2.2站停列车

依据本线客流特点,除大站直达列车以外,其余大部分分布在该铁路市域范围内,为满足沿线城镇间客流需求,建议站停列车采用各站均停方案。

2多车再生制动能量吸收研究

2.1早高峰列车开行方案研究

根据行车计划,高峰小时列车对数较多,再生制动能量吸收概率较大。为简化分析,仅研究高峰小时多车再生制动能量吸收,在早高峰1h内,只有城际动车组和普通客车通行,不考虑货车通行,即早高峰内,考虑5对动车组,其中1对为大站直达,其余4对为站站停,在早高峰后半个小时安排1对普客列车,开行方案如表2所示。

2.2基于铺画运行图的时间—功率曲线叠加

通过牵引计算,可以得出单车的时间一功率曲线,而多车能耗则可通过铺画运行图来得出多车曲线,即根据运行图安排,按照时间间隔、运行时间要求将单车时间一功率曲线平铺至运行图上,从而得出多车时间一功率曲线,将处于同一供电臂下的曲线进行重叠,就可判断哪列列车处于牵引工况,哪列列车处于再生制动工况,通过包络图计算出被吸收的再生制动能量。

下面以两列列车处于统一供电臂下的时间一功率曲线图(图2）为例进行分析。

时间A一B区间:两列列车同时处于牵引工况,不存在再生制动能量反馈:

时间B一C区间:A车处于牵引工况,B车处于再生制动工况,则B车再生制动能量可以被A车吸收。按照时间一功率包络面积,B车再生制动能量不能完全被A车吸收,剩余部分回到电网,电网网压提升:

时间C一D区间:两列车同时处于牵引工况或惰行工况,不存在再生制动能量反馈:

时间D一E区间:A车处于再生制动工况,B车处于牵引工况,则A车再生制动能量可以被B车吸收。按照时间一功率包络面积,A车再生制动能量可以被B车完全吸收且不足,不足部分由牵引网提供能量。

从上述分析可知,通过铺画运行图可以分析多车再生制动能量吸收问题,同一供电臂下列车越多,工况越多,能量吸收的概率越大。

2.3早高峰列车时刻表

本文固定早高峰5对动车组的发车间隔及开行方案,调整普客列车的发车时间,早高峰HxD1D双机牵引客车不同开行方案时刻表如表3所示。

3计算结果及研究结论

根据以上思路,通过多车仿真平台,模拟计算多车再生制动能量吸收,计算结果如表4～6所示。

从表4、5分析可知,多车再生制动能量可以被吸收利用,以时刻表1为例,A供电臂再生制动能量为●394.383kWh,可被利用量为●226.500kWh,再生制动能量利用率为57.43%:B供电臂再生制动能量为●856.096kWh,可被利用量为●252.781kWh,再生制动能量利用率为29.53%。

从表6分析可知,综合两供电臂总能耗,该铁路早高峰(09:00一10:00）期间按照时刻表3发车,牵引能耗最小,再生制动能量利用率最大。

4结语

本文通过调整列车时刻表,研究在不同运行图下再生制动能量吸收的差别,从而进行优化设计,设计最佳运行图,有助于降低线路的牵引能耗,进一步挖掘铁路节能减排的潜能。