考虑节能的城轨列车协同控制优化模型

为了提高城轨列车再生能量利用率,本文提出一种基于节能的协同控制优化方法,建立以停车精度和准时性为约束条件、以协同时间最长和协同次数最多为优化目标的控制决策模型.根据列车速度、位移方程,求出列车运行工况转换点速度和时刻的解析解;结合积分变量对停车精度和运行时间的影响,确定积分变量的取值范围,将积分变量与列车运行工况转换点关联起来,设计列车运行工况转换点的优化调节策略,并计算目标速度曲线;分析城轨列车牵引工况和制动工况重叠时间的影响因素,得到列车一次牵引最大速度对协同时间的影响规律,设计协同控制策略,求解列车二次牵引时刻及对应一次牵引最大速度.最后,以国内某条地铁线路为背景设计算例,验证了该模型的有效性.

智慧城轨列控系统关键技术研究

中国城市轨道交通协会发布的《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》对智能列车运行体系提出了建设要求,研究智能化列车控制系统成为智慧城轨发展的关键任务。当前城轨列控系统存在标准化不足、网络化运营及自动化水平不高、资源共享率偏低、维护成本高的问题。结合问题现状和智慧城轨建设要求,对系统集约化、不同制式线路贯通运行、提高系统效率、保障故障-安全运行等方面的发展新需求进行分析。围绕新需求,在既有CBTC系统的基础上,研究智能化列控系统的5项关键技术,包括联锁设备全电子化、联锁和区域控制一体化、CBTC与CTCS-2贯通运行、超宽带定位、列车自主运行。这些关键技术研究的完成,能够为实现不同制式线路的贯通运行和系统故障-安全保障提供坚实的支撑,提升运营自动化水平,推动智慧城轨的发展。

基于车车通信的列车控制系统线路资源管理策略研究

作为下一代城市轨道交通信号系统,基于车车通信的列车运行控制系统已在深圳、青岛等城市得到了初步应用。为进一步挖掘该系统的通行潜力,提高城轨线路的运营效率,需深入研究线路资源有效管理的方法、流程和策略。在分析线路资源类型的基础上,提出线路资源管理目标及原则;结合系统整体架构,分析线路资源管理流程;基于相对制动距离的追踪间隔计算模型,研究区间追踪场景、车站追踪场景的线路资源管理策略;在分析道岔资源细化管理方法的基础上,提出汇合、分岔、折返3种场景下道岔资源管理策略。该研究成果对于列车自主运行系统中线路资源管理系统的设计、开发和优化具有一定参考价值。

基于车车通信的列车自主运行系统工程要点设计方案研究

列车自主运行系统(TACS)作为新一代城市轨道交通列控系统,在我国应用仍处于初级阶段,工程实践中存在冗余不足、兼容性差、后备运营模式缺失等问题,难以满足高安全性和高可靠性的运营需求。以深圳地铁20号线信号系统工程为背景,对TACS应用中的无线通信技术方案、后备模式、车辆段列车控制、联络线接口等要点问题进行深入研究,形成可行的工程要点设计方案。研究结果表明:无线通信系统采用LTE-A/B+WLAN方案,可增加无线通信系统的冗余能力;后备模式选用基于列车自主定位的降级运行系统,使系统结构更简单;车辆段非自动化区域纳入列车自动控制(ATC)系统管控范围,运营模式设置为有人驾驶模式,可实现系统加人工双重防护;采用专用接口模块实现联络线接口功能,能够有效解决边界管理问题。研究结果可为TACS的推广应用提供一定技术支撑。

A hierarchical coordinated control strategy based on multi-port energy router of urban rail transit

The multi-port energy router(ER)is an effective topology for integrating train traction load,AC load,the energy storage system and photovoltaic(PV)energy.The start and stop process of urban rail transit trains and the access of distributed energy sources to rail transit ER lead to serious fluctuations of DC bus power,so it is necessary to route energy between different ports,involving multi-operating modes,while seamless switching is a major challenge.In this paper,a hierarchical coordinated control strategy is proposed to enable the multi-port ER to operate in a coor-dinated fashion under the conditions of train parking,acceleration,constant power driving and deceleration,and to switch seamlessly under various working conditions.The energy central dispatching layer sends working condi-tion instructions by sampling the state information of each port,while the microgrid control layer adopts central-ized control,receiving upper working condition instructions and sending drive signals to the local control layers to maintain the balanced energy flow of each port.In the local control layers,the PV adopts the improved perturbation and observation method of power control(PC-P&O),while the ES system adopts voltage loop control with an SOC influence factor,voltage loop control with switching factor and power loop control according to the different working conditions,so as to transmit the required train load power accurately and maintain the stability of the DC bus voltage.Finally,the effectiveness of the proposed hierarchical coordination control is verified by MATLAB/Simulink simulations.

基于车车通信列控系统的城市轨道交通列车运行效率分析

[目的]城市轨道交通T2T(车车通信)列控系统是一种新型的信号系统,其通过资源化管理方式对轨旁设备进行管控。为了验证该系统的优越性,需对该系统下的列车运行效率进行分析。[方法]针对T2T列控系统,基于资源管理层面和安全防护原理的特点,在折返工况下,将原本由联锁控制的双动道岔转变为两个单动道岔,并基于列车精确自定位实现ATP(列车自动防护),提高了岔区线路资源的使用能力;在区间和车站追踪工况下,通过前后车对于车速、加速度、所处线路位置等信息的实时互传,利用相对速度安全防护原理进一步缩小了列车的追踪间隔。通过上述两方面的技术革新,结合城市轨道交通线路的实际数据,对站后交叉渡线折返、站前单渡线折返、区间与车站追踪等运营场景进行了模拟仿真计算,确定了T2T列控系统的折返能力和区间追踪能力。[结果及结论]相较传统的CBTC(基于通信的列车控制系统),T2T列控系统在折返能力、追踪能力等方面均有着显著提升,更加适应于超大运量的城市轨道交通线路;T2T列控系统架构简单,轨旁设备少,尤其适合城市轨道交通的大修改造项目。

城市轨道交通基坑工程变形控制值研究

[目的]设置监测项目的变形控制值,对施工安全进行控制,以确保施工期间结构自身及周边环境稳定性,是城市轨道交通工程施工非常重要的工作内容。采用明挖法时,变形控制值因所处地质条件的不同而表现出较为明显的差异,需进一步明确不同地质条件下基坑的变形控制值。[方法]以北京地铁基坑工程为研究案例,分两个区域(西部、中东部)分别收集、整理了基坑工程的监测数据。选取基坑地面沉降、围护桩顶/墙顶处沉降、围护桩顶/墙顶处水平位移、围护桩体/墙体处水平位移作为监测项目,利用统计分析方法对这四类监测项目的控制值进行深入研究,并研究了变形值与基坑设计深度H的关系,针对两个区域基坑的四类监测项目分别提出了控制建议值。[结果及结论]这四类监测项目的控制建议值为:西部区域基坑建议分别取25~40 mm和0.10%H~0.20%H、15 mm、15 mm、25~40 mm和0.10%H~0.20%H;中东部区域基坑建议分别取30~50 mm和0.15%H~0.30%H、20 mm、20 mm、30~50 mm和0.15%H~0.30%H。

城市轨道交通超长隧道双车追踪模式下火灾烟气控制与人员安全疏散研究

[目的]城市轨道交通发车间隔一般较短,在超长隧道内会出现同方向行驶两列列车的情况,一旦发生火灾容易造成重大财产损失和人员伤亡,因此需对超长隧道双车追踪模式下的火灾烟气蔓延规律和人员安全疏散策略进行研究。[方法]采用FDS(火灾动力学模拟)软件和Path-finder软件,建立超长隧道火灾模型和人员安全疏散模型,对双车追踪模式下的火灾烟气蔓延规律,以及人员疏散进行仿真分析。[结果及结论]双车追踪模式下,前车尾部着火,通过临界风速纵向通风可保证前车火灾安全;火源下游烟气前锋的蔓延速度为3.20 m/s,至600 s时烟气蔓延至后车,620 s时烟气可完全覆盖后车;烟气温度沿隧道纵向衰减很快,且温度衰减符合双指数模型规律。双车追踪模式下,减小联络通道间距可减少人员疏散总时间,对人员疏散时离开列车的时间影响不大;开启列车端门和疏散平台一侧车门,可显著减少人员疏散时间。在超长隧道双车追踪的最不利火灾场景下,人员疏散存在困难,可通过减小联络通道间距保障人员疏散安全。

城市轨道交通全自动运行线路多专业速度控制与匹配设计研究

城市轨道交通多专业间的协调性是决定能否充分实现预期能力、发挥投资效益的关键环节,列车运行速度是其中一个重要方面,是城市轨道交通技术装备、技术标准、运营管理水平的重要标志。针对不同专业速度控制存在的重叠防护问题,通过剖析通信、信号、车辆、线路、环境等对全自动运行(FAO)线路列车运行速度的限制,提出列车自动运行(ATO)模式、列车自动防护(ATP)模式、蠕动模式和洗车模式4种典型运行模式下的速度匹配控制方案,讨论了根据线路等级速度拟定正线区间结构设计速度、车辆构造速度、车辆超速防护触发速度、车辆最大动态包络线计算速度、最高ATP顶篷速度、最高ATO目标速度的方法,并给出多专业匹配设计关键速度建议值。同时借助仿真手段,结合不同站间距设置与最短时间速度曲线计算,进一步针对速度等级为80,100 km/h以及120 km/h的线路分别讨论了站间距的匹配设计,建议三者站间距分别不少于1.0,1.4 km以及2.5 km。开展多专业速度控制与匹配设计的优化,有助于最大化发挥系统和设备性能,保证线路整体运营水平。

城市交通轨道车辆管控虚拟重构方法设计

为确保自动驾驶车辆在道路交通环境中的安全性,并实现对其整体化和精准化组织调度,文章引入了虚拟车辆管控理论,深入研究了城市交通轨道车辆的虚拟管控重构方法。该方法采用多目标排序方式,对交通轨道上的车辆进行虚拟重构,设计了一种多目标虚拟线路交通轨道重构策略。此外,构建了轨道交通车辆的虚拟调度重构模型,并通过动态交互处理方式实现了虚拟调度的计算。经过测试验证,在不同路段的时间控制下,该方法表现出良好的实时请求接受和处理能力,实时请求接受率超过1.2%,证明了其高性能和高效率。同时,虚拟重构的车辆平均行驶速度误差控制在3.2%以内,体现了其高精准性。

基于牵引网电压和空载电压的多储能系统区间能量管理策略

近年来,随着“双碳”政策的推动,储能技术在城市轨道交通中的应用愈发广泛,呈现出点到线的发展趋势。当一条线路中有多站安装储能装置时,想要进一步提升储能系统的节能效果,必须要解决不同站储能装置的充放电策略个性化设计,以及多储能间协调控制这两个问题。因此,该文提出一种基于实时牵引网电压和空载电压的多储能系统区间能量管理策略。该策略基于多个牵引变电站的空载电压和牵引网电压,对能量管理区间内的列车状态和列车剩余功率进行辨识,基于此计算区间内储能装置的充放电阈值基准值初值及基准值变化的斜率。为进一步提升节能和稳压效果,该策略基于充放电周期、牵引网电压超限频次及储能系统的荷电状态(SOC)等参数,对基准值及其更新斜率进行实时校正。该文在北京地铁的实际线路中进行了验证,结果表明,相较于基于本站空载电压的能量管理策略,提出的策略在降低系统能耗和稳定牵引网电压方面都具有显著的改善效果。

基于分布式协同控制技术的分散式无功补偿技术方案研究

结合实际工程的应用实例从分散式无功补偿方案的提出、分布式协同吸收方案的理论、具体工程方案的设计进行简单的论述。结合线路开通后的实际运行工况,利用设置于正线的能量回馈吸收装置实现了分散式无功补偿,该方案可减少或完全取消设置于主变电所侧的SVG容量,充分开发和利用了能馈吸收装置的能力,节约了工程投资,实现了既定设计目标。

城市轨道交通线网客流管控系统设计及实现

为提高轨道交通运营企业抵御大客流风险的能力,设计研发城市轨道交通线网客流管控系统。面向客流调度员的实际业务需求,设计管控方案管理、方案智能编制、方案预评估、方案后评估等4项核心功能,通过动态客流分配、客流控制算法等技术,对线网级客流进行科学化、智能化、全流程管理。该系统已在北京地铁试点应用,应用表明,该系统弥补了既有经验式管理的不足,提高了客流安全风险防控水平,能够为智能化运营管理提供技术支持。

考虑电池SOC一致性的城轨交通MHESS功率分配策略

在城市轨道交通中,通常采用多混合储能系统(MHESS)来解决列车在牵引和制动过程中所引起的牵引网络电压波动问题。该系统由超级电容器和锂电池组成,旨在平滑功率波动,实现“削峰填谷”。考虑到MHESS多个混合储能系统之间可能存在初始状态不一致的情况,提出一种考虑电池SOC一致性的RBF-PID控制策略,用于兼顾直流稳压特性以及电池储能系统寿命保护最优。由列车运行速度需求得到牵引功率需求,采用滑动平均滤波(MAF)算法将高频功率指令分配给超级电容,低频功率指令分配给电池与牵引网。进一步地,考虑到混合储能系统间初始状态不一致情况下的电池寿命保护问题,通过合理设计功率分配切换规则,在初始SOC较低电池的传统电压外环控制中引入基于电池SOC一致性的RBF-PID控制,合理控制电池的充放电电流,防止过冲、过放现象,从而延长电池寿命。为验证所提控制策略的有效性,使用Matlab/Simulink仿真软件进行仿真验证。实验结果表明,所提方法能够降低初始SOC较低电池的放电深度,有效保护储能元件。

基于边缘控制逻辑的车站机电设备监控系统一体化设计

[目的]现有城市轨道交通管理模式还是以线为对象进行管理,网络化管理效能还未能充分发挥,如何更加集约、有效地对城市轨道交通网络进行管理,已成为各地城市轨道交通运营企业所面临的共同课题。以车站机电设备集中管控为目标,提出了基于边缘控制逻辑的车站机电设备监控系统一体化设计方案。[方法]分析了城市轨道交通网络化管理发展趋势以及网络化管理制约因素;提出了基于IT/OT(信息技术/运营技术)融合的边缘控制自动化发展方向;介绍了既有车站机电设备监控系统的技术架构和基于机电一体化的车站机电设备监控系统建设方案,并分析了该建设方案的技术特点和实施效果。[结果及结论]基于边缘控制器搭建车站机电设备管理系统,形成云边端架构,可实现对车站机电设备的集中管理,使控制体系更简洁、更安全、更高效、更经济。试点结果表明,基于边缘控制逻辑的车站机电设备监控系统一体化设计方案可行,可提升网络化管理能力。

基于滑模控制的虚拟编组列车追踪控制策略

[目的]现有的基于移动闭塞的列车控制系统中,相邻列车之间存在较大的安全裕度,在面对潮汐客流现象时,区段的运输效率同区段的实际运力需求无法匹配。虚拟编组列车能够提高线路的运力,同时能更好地适应不平衡的通勤客流。因此,需研究适用于虚拟编组列车的高精度追踪控制策略。[方法]针对虚拟编组列车运行控制问题,提出了一种基于滑模控制的虚拟编组运行控制策略。建立了列车动力学模型和虚拟编组列车运行控制模型;设计了非奇异终端滑模控制器,并对所设计的控制器进行了仿真测试。[结果及结论]在所提出的虚拟编组控制策略下,虚拟编组列车的位置跟踪误差和速度跟踪误差能够沿滑模面在有限时间内渐近收敛到零。在仿真验证的4列列车中,当首列列车运行状态发生改变时,虚拟编组中的其余列车会在很短的时间内跟踪期望的速度轨迹,验证了所提出的控制策略对虚拟编组列车追踪控制的有效性。

应用于轮对主动径向控制的数字阀控液压系统研究

针对主动径向液压伺服控制系统发热量过高的问题,文章提出了一种基于脉冲编码调制技术的轮对主动径向数字阀液压控制系统方案,以高速开关阀脉冲编码调制控制代替伺服阀控制,从根源上解决热量产生的主要环节。文章介绍了脉冲编码调制数字阀控制原理,推导了脉冲编码调制数字阀控液压系统数学模型,提出了包含位置控制和压力控制的速度前馈项的闭环控制器设计方法;在完成系统的位置轨迹跟踪控制性能仿真后,搭建脉冲编码调制数字阀控液压系统试验台,开展了车辆通过曲线半径250 m线路时关于轮对的期望位置轨迹跟踪性能试验和故障工况试验。试验结果表明,系统不仅具有较好的位置轨迹跟踪控制精度,而且有较好的容错性能,为解决主动径向液压伺服控制技术应用于车辆时系统出现发热的问题提出了解决方案。

城轨项目数智化造价管理应用研究

城轨建设是一项庞大复杂的工程,其特点是投资大、建设周期长、参建单位多,虽然经济效益低,但社会效益显著。住建部明确提出要加强工程造价数据积累,推行清单计量,建立工程造价数据库,坚持市场在资源配置中的决定性作用等要求,在“十四五”规划中也提出迎接数字时代,激活数据要素潜能,所以数字造价管理转型迫在眉睫。文章通过介绍城轨造价管理面临的现实困境,提出分别从创建标准化技术经济指标体系,建立智能化投资测算模型,BIM模型与造价信息同步集成,形成标准化的工程量清单体系,搭建城轨造价数据库,构建造价管理共享平台等6大应用路径,实现数智化造价管理,从而提升造价管理体系,促进城轨行业高质量发展。

城市轨道交通智慧客服体系建设探讨

针对既有客服体系中存在的乘客服务需求感知水平低,服务提供渠道单一以及运营服务管控成本高、效率低等问题,以新时代背景下高质高效出行需求为抓手,通过对不同乘客群体出行链需求分析,提出以服务及时性、便捷性、精准性、主动性为目标,充分应用大数据、人工智能等技术,构建以智慧客服平台为核心,中心与车站两级管控,线上与线下双线服务的多元需求驱动的城市轨道交通智慧客服新型架构体系,突破既有体系在数据融合、设备平台集成、服务质量、服务效率等方面的瓶颈,在满足乘客全时程服务的同时重点突破服务“最后一米”的高效执行问题,通过在北京地铁进行典型线路示范应用,为全面提升我国城市轨道交通系统智慧化服务与管理进程提供可复制、可移植的技术系统和应用范式。

基于深度Q网络的城市轨道交通协同限流方法

为解决城市轨道交通高峰小时区间满载率过高的问题,本文提出一种基于深度强化学习的城市轨道交通协同限流控制方法。该方法利用历史客流数据建立线网层面的限流仿真环境和智能体模型,以区间满载率为状态,以限流策略为动作,以客流体验为奖励,通过多轮强化学习训练产生最优的限流方案。随后利用北京地铁线网数据构建仿真实验并验证了该方法的有效性。仿真结果表明,协同限流方法可以有效降低断面客流量,缓解高峰小时区间拥挤程度,提高乘客出行舒适度。