СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ЭЛЕКТРОПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА
METHOD FOR UNDERGROUND ELECTRIC TRAIN TRAFFIC CONTROL

Изобретение относится к подземному транспорту, в частности к способам управления движением электропоездов метрополитена.
Для имеющегося подвижного состава различают три основных режима: тяга, выбег и торможение. Динамика движения электропоезда в этих режимах оказывает существенное влияние на электропотребление и энергетические показатели системы электроснабжения линии метрополитена.
Известен способ управления движением электропоездов метрополитена, включающий моделирование перемещений электропоездов по линии метрополитена, выполнение тяговых расчетов для перегонов с определением расходов электроэнергии, составление графиков движения электропоездов и ведение каждого электропоезда в режимах тяги, выбега и торможения. При этом моделирование перемещений поездов осуществляют непрерывным способом, одновариантные тяговые расчеты делают графоаналитическим методом, составляют графики движения поездов, а выбор оптимального управления движением каждого электропоезда в режимах тяги, выбега и торможения производят при максимальном электропотреблении (см., например, "Электроснабжение метрополитенов. Устройство, эксплуатация и проектирование" / Под ред. Е.И.Быкова. М.: Транспорт, 1977, с.362-390).
Данный способ является наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу.
К недостаткам известного способа следует отнести большие материальные и финансовые затраты при его использовании, основную часть которых составляют затраты на повышенное потребление электроэнергии в связи с невозможностью выбора оптимальных с точки зрения электропотребления режимов движения электропоездов и невозможностью поддержания оптимальных режимов в процессе ведения поезда по линии.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа управления движением электропоездов метрополитена, обеспечивающего получение нового технического результата, а именно
- снижение расхода электроэнергии при совпадении действительных режимов, осуществляемых при ведении электропоезда по линии метрополитена, с оптимальными, определяемыми на стадии проектирования и соответствующими минимальным ежегодным приведенным затратам транспортной организации и минимальному расходу электроэнергии на движение электропоезда по линии, а также
- снижение материальных затрат на оборудование и
- экономию средств на эксплуатацию подвижного состава.
Поставленная задача решается тем, что в способе управления движением электропоездов метрополитена, включающем моделирование перемещений электропоездов по линии метрополитена, выполнение тяговых расчетов для перегонов с определением расходов электроэнергии, составление графиков движения электропоездов и ведение каждого электропоезда по линии в режимах тяги, выбега и торможения, при моделировании воспроизводят движение электропоездов по линии метрополитена с дискретным шагом по времени и в такой же последовательности выполняют многовариантные тяговые расчеты, при этом оптимальные режимы ведения каждого электропоезда и времена хода по перегонам выбирают на стадии проектирования по минимуму ежегодных приведенных затрат транспортной организации при минимальном расходе электроэнергии на движение электропоезда по линии.
Сущность изобретения и его преимущества по сравнению с известным способом станут более понятными и очевидными из нижеследующего подробного описания примера его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.
Фиг.1 - схема моделирования перемещений электропоездов по линии метрополитена.
Фиг.2 - графики скорости и тока в зависимости от пройденного пути.
Фиг.3 - график расхода электроэнергии в зависимости от времени хода электропоезда по перегону.
Фиг.4 - графики зависимости ежегодных приведенных затрат от времени хода электропоезда по линии и отдельных составляющих затрат.
Процесс управления движением начинают с имитационного моделирования дискретных перемещений электропоездов по линии во времени с небольшим шагом Δt=2 c.
При таком моделировании (фиг.1) для радиальной линии движение осуществляют от начальной отметки «0» по перегонам линии до конца по одному пути, а после оборота по тупикам - по другому пути в обратном направлении.
В той же последовательности для каждого перегона выполняют многовариантные тяговые расчеты численным методом с таким же шагом Δt.
Зависимости скорости движения электропоезда от пути и времени хода v (s, t), потребляемого тока также от пути и времени хода i (s, t), расхода электроэнергии W определяют для каждого времени хода электропоезда по перегону txпер.
На фиг.2 указаны режимы тяги, выбега и торможения. Цифрами 1, 2 и 3 отмечены места выключения тяги. Цифре 1 (фиг.2) соответствует наибольшее время хода под током и наибольший расход электроэнергии Wмакс (фиг.3) и минимальное время хода tхмин, а цифре 3 - наименьший расход электроэнергии Wмин и наибольшее время хода tхмакс.
Оптимальный режим ведения электропоезда определяют на стадии проектирования. После выполнения тяговых расчетов известен диапазон изменения времени хода электропоезда по линии. Так, минимальное значение Тхмин равно сумме минимальных времен хода по перегонам с учетом стоянок на станциях, то же максимальное значение Тхмакс:
Тхмин=Σtxперjмин+Σtстj,
Тхмакс=Σtxперjмакс+Σtcтj.
Выбор времени хода электропоезда по линии, соответствующего оптимальному режиму, выполняют с использованием экономического критерия - ежегодных приведенных затрат. Основные составляющие критерия указаны в формуле:
З=С+(α+α')·К+Ен·К,
где С - стоимость электроэнергии, потребляемой поездами за 1 год;
α - амортизационные отчисления на капитальный ремонт,
α' - отчисления на содержание поездных бригад;
К - стоимость подвижного состава, обращающегося на линии;
Ен - нормативный коэффициент эффективности.
На фиг.4 цифрой 4 отмечен график ежегодных приведенных затрат «З»;
.
цифрой 5 - график суммы затрат (α+α')·К+ЕнК;
цийрой 6 - график стоимости электроэнергии «С», потребляемой на тягу электропоездов.
Стоимость электроэнергии на тягу С уменьшается с увеличением времени хода поезда по линии. Капиталовложения К увеличиваются. Действительно:
К=в·м·Nл,
где в - стоимость одного вагона, руб;
м - количество вагонов в электропоезде;
Nл - количество электропоездов, обращающихся на линии.
Nл=Тх/Тпик,
где Тпик - интервал между электропоездами в часы пик.
График З(Тх) имеет минимум, соответствующий оптимальному времени хода поезда по линии Тхопт.
Нахождение Тхопт выполняют с одновременным определением времен хода электропоезда по каждому перегону. В качестве критерия выбора взят минимальный расход электроэнергии на движение электропоезда по линии.
Процедуру выбора предсталяют в виде динамического процесса во времени от Тхмин до Тхмакс. Для Тхмин известны минимальные времена хода по перегонам. Далее увеличиваем Тх на шаг по времени Δt (с таким же шагом выполняются тяговые расчеты ). Делается это за счет увеличения времени хода перегона, для которого уменьшение расхода электроэнергии наибольшее.
Для каждого Тх рассчитывают и запоминают затраты «З» и времена хода электропоезда по перегонам.
Минимальное значение затрат «З» будет соответствовать искомому оптимальному времени хода электропоезда по линии Тхопт с известными временами хода электропоезда по перегонам txпер.
На основании полученных данных о временах хода по перегонам и по линии метрополитена составляют график движения электропоездов.
В результате выбора оптимального режима ведения электропоезда по линии для каждого перегона становятся известными времена хода под током, время начала и длительность выбега, начало и окончание торможения, т.е. моменты управления режимами движения электропоезда.
Таким образом, используя предложенный способ, реализованный в процессе применения системы автоведения электроподвижного состава, осуществляют управление движением электропоездов метрополитена.
Как видно из приведенного примера осуществления изобретения, благодаря выбору оптимального режима движения электропоезда на стадии проектирования достигнуто снижение расхода электроэнергии при совпадении действительных режимов движения электропоезда по линии метрополитена с режимами, соответствующими минимальным ежегодным приведенным затратам транспортной организации и минимальному расходу электроэнергии на движение электропоезда по линии, что в свою очередь приводит к повышению экономичности и долговечности подвижного состава, снижению тепловыделений и улучшению экологической обстановки в метрополитене.
Предлагаемое изобретение имеет изобретательский уровень, так как получен неожиданный технический результат, относящийся к средству, воплощающему данное изобретение, которое частично характеризуется признаками носителя информации, предназначенного для непосредственного участия в процессе управления движением электропоездов метрополитена.