本發(fā)明涉及一種城市軌道交通控制系統(tǒng)及評價方法，具體為一種城市軌道交通能耗測量控制系統(tǒng)及評價方法，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、實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展以及穩(wěn)增長、惠民生意義重大。近年來，城市軌道交通簡政放權(quán)逐漸進(jìn)入“快車道”。

城市軌道交通的運(yùn)營主要靠消耗電能，其電能的消耗量是相當(dāng)巨大的。中國城市軌道交通協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，截至2015年末，中國大陸地區(qū)共26個城市開通城軌交通運(yùn)營，共計116條線路，運(yùn)營線路總長度達(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，累計客流28.21億人次。按照平均每人公里能耗為0.07千瓦時計算，2015年能耗為1093.99億度。全國軌道交通的里程數(shù)越長，能耗量越大，而且能耗量將會是一個驚人的數(shù)字。如果能夠通過低碳節(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)營部門節(jié)省大量的能源開銷。

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。一方面針對列車的動力系統(tǒng)進(jìn)行建立機(jī)械模型、動力學(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；另一方面對列車的操縱系統(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。在動力系統(tǒng)也有采用電阻制動、再生制動、儲能裝置的節(jié)能方式，但是都是單一的能耗控制，不能實現(xiàn)地面能耗和車載能耗的互聯(lián)，也不能進(jìn)行能量的有效存儲和能量轉(zhuǎn)換，很大程度上浪費(fèi)了能源。同時傳統(tǒng)的能量統(tǒng)計和管理方式也不能對能耗的情況進(jìn)行評價和評估，實現(xiàn)能量優(yōu)化，降低能源的消耗，實現(xiàn)綠色交通、綠色城市。因此，針對上述問題提出一種城市軌道交通能耗測量控制系統(tǒng)及評價方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種城市軌道交通能耗測量控制系統(tǒng)及評價方法，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)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的，一種城市軌道交通能耗測量控制系統(tǒng)，包括車載能耗控制單元、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；

所述車載能耗控制單元包括車載PLC控制模塊以及與所述車載PLC控制模塊連接的、雙能量存儲模塊、電壓采集模塊、電流采集模塊、車載能耗計算模塊、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)杰囕dPLC控制模塊；所述電流采集模塊通過電流傳感器模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊把采集到的電壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰囕dPLC控制模塊。

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

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)行列車基本數(shù)據(jù)、速度-位移曲線、能耗曲線、速度功率曲線、列車運(yùn)行曲線以及其他輔助駕駛系統(tǒng)的顯示；

所述雙能量存儲模塊實現(xiàn)車載電機(jī)的供電和再生制動能量的回收及利用，可以實現(xiàn)再生能量存儲和轉(zhuǎn)換。通過利用超級電容器吸收線路上瞬時變化的大電流沖擊，保護(hù)鋰電池組；利用鋰電池擴(kuò)充儲能系統(tǒng)的存儲容量，彌補(bǔ)超級電容器能量密度小的缺點，提升儲能系統(tǒng)的壽命與動態(tài)響應(yīng)性能的同時降低投資成本，提高儲能經(jīng)濟(jì)性。

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

所述進(jìn)出站RFID模塊通過設(shè)置在站臺進(jìn)出位置的標(biāo)簽來確定車輛的進(jìn)出庫狀態(tài)以及判別列車停車位置的精確度。

優(yōu)選的，所述車載能耗測量系統(tǒng)包括傳感器模塊、平波電抗器、濾波電路、VVVF電路、車載照明電路、車載空調(diào)通風(fēng)電路、車載其它電路、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電路、鋰電池、超級電容、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傳輸車載PLC控制模塊。

優(yōu)選的，車載能耗計算方法為：

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為車載總能耗，W₂為列車主要能耗；W₃為牽引電機(jī)的能耗；W₄為再生制動能耗，W₅為車載照明、空調(diào)通風(fēng)以及其他能耗，W_ot為車載系統(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)管理單元實現(xiàn)車載數(shù)據(jù)和地面數(shù)據(jù)的互聯(lián)和各個部分的通訊，把車載能耗控制單元和地面能耗控制單元連通起來，數(shù)據(jù)通訊模塊通過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)存儲模塊用來進(jìn)行車載和地面數(shù)據(jù)的存儲，通過物聯(lián)網(wǎng)把數(shù)據(jù)存儲到云平臺或者云空間；數(shù)據(jù)調(diào)度模塊實現(xiàn)車載和地面數(shù)據(jù)的調(diào)度，發(fā)送到城軌列車調(diào)度中心顯示模塊用來顯示速度-距離曲線、能耗曲線、速度-位移曲線；數(shù)據(jù)處理模塊用來處理存儲的各種數(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)的報表，同時還具有主動容錯控制功能。

優(yōu)選的，所述地面能耗單元利用電能表進(jìn)行計算和分析能耗，地面能耗數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)管理單元存儲到數(shù)據(jù)中心，其中空調(diào)根據(jù)天氣及現(xiàn)場溫度自動調(diào)整，保證現(xiàn)場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)時間控制使用電梯進(jìn)行分流，車站照明設(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現(xiàn)自動控制燈管亮度和開關(guān)。

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

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量控制系統(tǒng)的評價方法，

對系統(tǒng)能耗體系進(jìn)行評價：

(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)營里程的牽引能耗指標(biāo)：

該指標(biāo)反映了時間、車輛類別及線路節(jié)能坡采用的因素，不同的運(yùn)營期能耗表現(xiàn)明顯不同，采用節(jié)能坡的線路對節(jié)省能耗有幫助，車型不同則能耗不同，該指標(biāo)則能體現(xiàn)不同車型能耗的比較；

(3)基于運(yùn)營里程的動力能耗指標(biāo)：

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

(4)再生制動利用比率：

再生制動能耗利用率：

其中，再生制動能量比率反映了列車再生能量的利用在列車運(yùn)營過程中的所占比例，結(jié)合再生制動能耗利用率，很好地體現(xiàn)再生能量的利用效果；再生制動能耗利用率反映再生制動能量的利用情況，利用率越高說明系統(tǒng)性能越好；

(5)精確停車評價指標(biāo)為：K_s＝|S_r-S_i|

式中，S_r為實測的停車距離，S_i為理想停車距離，該指標(biāo)反映列車停車精度，用于保證乘客安全和列車運(yùn)行安全，指標(biāo)越小越好；

(6)運(yùn)行舒適度評價指標(biāo)為：

式中，v為運(yùn)行速度，S為運(yùn)行距離，通過列車的加速度變化率，衡量列車舒適度，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)點率的評價指標(biāo)為：

式中，t_p為計劃運(yùn)行時間，t_r為實際運(yùn)行時間，該指標(biāo)反映了列車運(yùn)行的準(zhǔn)時性，保證列車在調(diào)度時間內(nèi)準(zhǔn)時到達(dá)各個站點并準(zhǔn)時發(fā)車，該指標(biāo)越小，說明準(zhǔn)點率越高。

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量系統(tǒng)，不需要進(jìn)行列車受力分析和建模，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、再生制動能量及輔助能耗的測量和監(jiān)控，具備能耗數(shù)據(jù)實時存儲和顯示功能，可以通過數(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，具有故障檢測功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能夠準(zhǔn)確上報。

(2)系統(tǒng)采用的雙能量模塊，實現(xiàn)了儲能系統(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)可以通過分段顯示各個運(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，并對司機(jī)操縱情況及其對節(jié)能的影響進(jìn)行分析評價，對推進(jìn)節(jié)能、優(yōu)化操縱技術(shù)具有非常好的指導(dǎo)意義。

(4)通過建立能耗多元目標(biāo)評價體系，可以直接對現(xiàn)有線路進(jìn)行能耗的評估，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、運(yùn)營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)，可以提高列車的動力品質(zhì)、能耗和控制特性，提升列車的經(jīng)濟(jì)性、舒適性與可靠性。

附圖說明

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)明的車在能耗測量系統(tǒng)示意圖；

圖3為本發(fā)明的地面能耗測量系統(tǒng)示意圖；

圖4為本發(fā)明的列車能耗指標(biāo)評價體系構(gòu)建思路示意圖。

具體實施方式

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

實施例一：

如圖1-4所示，一種城市軌道交通能耗測量控制系統(tǒng)，包括車載能耗控制單元、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；

所述車載能耗控制單元包括車載PLC控制模塊以及與所述車載PLC控制模塊連接的、雙能量存儲模塊、電壓采集模塊、電流采集模塊、車載能耗計算模塊、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)杰囕dPLC控制模塊；所述電流采集模塊通過電流傳感器模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊把采集到的電壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰囕dPLC控制模塊。

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

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)行列車基本數(shù)據(jù)、速度-位移曲線、能耗曲線、速度功率曲線、列車運(yùn)行曲線以及其他輔助駕駛系統(tǒng)的顯示；

所述雙能量存儲模塊實現(xiàn)車載電機(jī)的供電和再生制動能量的回收及利用；

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

所述進(jìn)出站RFID模塊通過設(shè)置在站臺進(jìn)出位置的標(biāo)簽來確定車輛的進(jìn)出庫狀態(tài)以及判別列車停車位置的精確度。

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

其中，所述雙能量模塊包括再生制動電路、鋰電池、超級電容、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傳輸車載PLC控制模塊。

其中，車載能耗計算方法為：

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為車載總能耗，W₂為列車主要能耗；W₃為牽引電機(jī)的能耗；W₄為再生制動能耗，W₅為車載照明、空調(diào)通風(fēng)以及其他能耗，W_ot為車載系統(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)管理單元實現(xiàn)車載數(shù)據(jù)和地面數(shù)據(jù)的互聯(lián)和各個部分的通訊，把車載能耗控制單元和地面能耗控制單元連通起來，數(shù)據(jù)通訊模塊通過TCP/IP進(jìn)行數(shù)據(jù)的通訊和傳輸；數(shù)據(jù)存儲模塊用來進(jìn)行車載和地面數(shù)據(jù)的存儲，通過物聯(lián)網(wǎng)把數(shù)據(jù)存儲到云平臺或者云空間；數(shù)據(jù)調(diào)度模塊實現(xiàn)車載和地面數(shù)據(jù)的調(diào)度，發(fā)送到城軌列車調(diào)度中心顯示模塊用來顯示速度-距離曲線、能耗曲線、速度-位移曲線；數(shù)據(jù)處理模塊用來處理存儲的各種數(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)的報表，同時還具有主動容錯控制功能。

其中，所述地面能耗單元利用電能表進(jìn)行計算和分析能耗，地面能耗數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)管理單元存儲到數(shù)據(jù)中心，其中空調(diào)根據(jù)天氣及現(xiàn)場溫度自動調(diào)整，保證現(xiàn)場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)時間控制使用電梯進(jìn)行分流，車站照明設(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現(xiàn)自動控制燈管亮度和開關(guān)。

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

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量控制系統(tǒng)的評價方法，

對系統(tǒng)能耗體系進(jìn)行評價：

(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)營里程的牽引能耗指標(biāo)：

該指標(biāo)反映了時間、車輛類別及線路節(jié)能坡采用的因素，不同的運(yùn)營期能耗表現(xiàn)明顯不同，采用節(jié)能坡的線路對節(jié)省能耗有幫助，車型不同則能耗不同，該指標(biāo)則能體現(xiàn)不同車型能耗的比較；

(3)基于運(yùn)營里程的動力能耗指標(biāo)：

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

(4)再生制動利用比率：

再生制動能耗利用率：

其中，再生制動能量比率反映了列車再生能量的利用在列車運(yùn)營過程中的所占比例，結(jié)合再生制動能耗利用率，很好地體現(xiàn)再生能量的利用效果；再生制動能耗利用率反映再生制動能量的利用情況，利用率越高說明系統(tǒng)性能越好；

(5)精確停車評價指標(biāo)為：K_s＝|S_r-S_i|

式中，S_r為實測的停車距離，S_i為理想停車距離，該指標(biāo)反映列車停車精度，用于保證乘客安全和列車運(yùn)行安全，指標(biāo)越小越好；

(7)運(yùn)行舒適度評價指標(biāo)為：

式中，v為運(yùn)行速度，S為運(yùn)行距離，通過列車的加速度變化率，衡量列車舒適度，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)點率的評價指標(biāo)為：

式中，t_p為計劃運(yùn)行時間，t_r為實際運(yùn)行時間，該指標(biāo)反映了列車運(yùn)行的準(zhǔn)時性，保證列車在調(diào)度時間內(nèi)準(zhǔn)時到達(dá)各個站點并準(zhǔn)時發(fā)車，該指標(biāo)越小，說明準(zhǔn)點率越高。

實施例二：

如圖1-4所示，一種城市軌道交通能耗測量控制系統(tǒng)，包括車載能耗控制單元、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；

所述車載能耗控制單元包括車載PLC控制模塊以及與所述車載PLC控制模塊連接的、雙能量存儲模塊、電壓采集模塊、電流采集模塊、車載能耗計算模塊、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)杰囕dPLC控制模塊；所述電流采集模塊通過電流傳感器模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊把采集到的電壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰囕dPLC控制模塊。

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

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)行列車基本數(shù)據(jù)、速度-位移曲線、能耗曲線、速度功率曲線、列車運(yùn)行曲線以及其他輔助駕駛系統(tǒng)的顯示；

所述雙能量存儲模塊實現(xiàn)車載電機(jī)的供電和再生制動能量的回收及利用；

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

所述進(jìn)出站RFID模塊通過設(shè)置在站臺進(jìn)出位置的標(biāo)簽來確定車輛的進(jìn)出庫狀態(tài)以及判別列車停車位置的精確度。

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

其中，所述雙能量模塊包括再生制動電路、鋰電池、超級電容、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傳輸車載PLC控制模塊。

其中，車載能耗計算方法為：

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為車載總能耗，W₂為列車主要能耗；W₃為牽引電機(jī)的能耗；W₄為再生制動能耗，W₅為車載照明、空調(diào)通風(fēng)以及其他能耗，W_ot為車載系統(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)管理單元實現(xiàn)車載數(shù)據(jù)和地面數(shù)據(jù)的互聯(lián)和各個部分的通訊，把車載能耗控制單元和地面能耗控制單元連通起來，數(shù)據(jù)通訊模塊通過GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)的通訊和傳輸；數(shù)據(jù)存儲模塊用來進(jìn)行車載和地面數(shù)據(jù)的存儲，通過物聯(lián)網(wǎng)把數(shù)據(jù)存儲到云平臺或者云空間；數(shù)據(jù)調(diào)度模塊實現(xiàn)車載和地面數(shù)據(jù)的調(diào)度，發(fā)送到城軌列車調(diào)度中心顯示模塊用來顯示速度-距離曲線、能耗曲線、速度-位移曲線；數(shù)據(jù)處理模塊用來處理存儲的各種數(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)的報表，同時還具有主動容錯控制功能。

其中，所述地面能耗單元利用電能表進(jìn)行計算和分析能耗，地面能耗數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)管理單元存儲到數(shù)據(jù)中心，其中空調(diào)根據(jù)天氣及現(xiàn)場溫度自動調(diào)整，保證現(xiàn)場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)時間控制使用電梯進(jìn)行分流，車站照明設(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現(xiàn)自動控制燈管亮度和開關(guān)。

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

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量控制系統(tǒng)的評價方法，

對系統(tǒng)能耗體系進(jìn)行評價：

(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)營里程的牽引能耗指標(biāo)：

該指標(biāo)反映了時間、車輛類別及線路節(jié)能坡采用的因素，不同的運(yùn)營期能耗表現(xiàn)明顯不同，采用節(jié)能坡的線路對節(jié)省能耗有幫助，車型不同則能耗不同，該指標(biāo)則能體現(xiàn)不同車型能耗的比較；

(3)基于運(yùn)營里程的動力能耗指標(biāo)：

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

(4)再生制動利用比率：

再生制動能耗利用率：

其中，再生制動能量比率反映了列車再生能量的利用在列車運(yùn)營過程中的所占比例，結(jié)合再生制動能耗利用率，很好地體現(xiàn)再生能量的利用效果；再生制動能耗利用率反映再生制動能量的利用情況，利用率越高說明系統(tǒng)性能越好；

(5)精確停車評價指標(biāo)為：K_s＝|S_r-S_i|

式中，S_r為實測的停車距離，S_i為理想停車距離，該指標(biāo)反映列車停車精度，用于保證乘客安全和列車運(yùn)行安全，指標(biāo)越小越好；

(8)運(yùn)行舒適度評價指標(biāo)為：

式中，v為運(yùn)行速度，S為運(yùn)行距離，通過列車的加速度變化率，衡量列車舒適度，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)點率的評價指標(biāo)為：

式中，t_p為計劃運(yùn)行時間，t_r為實際運(yùn)行時間，該指標(biāo)反映了列車運(yùn)行的準(zhǔn)時性，保證列車在調(diào)度時間內(nèi)準(zhǔn)時到達(dá)各個站點并準(zhǔn)時發(fā)車，該指標(biāo)越小，說明準(zhǔn)點率越高。

該系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的各種機(jī)械和動力能耗模型，不需要進(jìn)行大量非線性分析和智能優(yōu)化計算，而車載能耗單元通過直接測量車載的電壓和電流，實現(xiàn)能量的記錄和計算，可以實時分析列車的能耗變化情況，以便對列車在運(yùn)行過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，方便計算和分析能耗的變化。同時可以通過數(shù)據(jù)傳輸單元實現(xiàn)車載能耗的上傳和存儲，可以實現(xiàn)車載能耗的實時記錄。

針對再生制動能量利用率不高，需要鋪設(shè)專用線路，所以設(shè)計了雙能量存儲模塊，進(jìn)行停車制動能量回收、坡道保速制動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、超級電容、再生制動電路、DC/AC逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、控制器等組成，可以實現(xiàn)再生能量存儲和轉(zhuǎn)換。通過利用超級電容器吸收線路上瞬時變化的大電流沖擊，保護(hù)鋰電池組；利用鋰電池擴(kuò)充儲能系統(tǒng)的存儲容量，彌補(bǔ)超級電容器能量密度小的缺點，提升儲能系統(tǒng)的壽命與動態(tài)響應(yīng)性能的同時降低投資成本，提高儲能經(jīng)濟(jì)性。

該系統(tǒng)的電機(jī)采用永磁同步直流電機(jī)，可以提高列車的動力品質(zhì)、能耗和控制特性，提升列車的經(jīng)濟(jì)性、舒適性與可靠性。使用直流電就可以使啟動噪聲減少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)更簡便。到2020年前后，全國將建設(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，全國每年新線運(yùn)營能耗將節(jié)約2.4億元。

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

通過利用所測數(shù)據(jù)建立客運(yùn)周轉(zhuǎn)量能耗指標(biāo)、基于運(yùn)營里程的牽引能耗指標(biāo)、基于運(yùn)營里程的動力能耗指標(biāo)、再生制動利用比率、再生制動能耗利用率、精確停車評價指標(biāo)、運(yùn)行舒適度評價指標(biāo)和運(yùn)行準(zhǔn)點率的評價指標(biāo)等能耗評價標(biāo)準(zhǔn)，形成能耗評價報告。不僅可以對線路能耗進(jìn)行評價，還可以對設(shè)備能耗、管理能耗等進(jìn)行評價和研究，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。

從整個軌道交通系統(tǒng)的角度出發(fā)，對軌道交通系統(tǒng)節(jié)能的理論依據(jù)、評價方法、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現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實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，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(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施方式。