動(dòng)車組能耗和節(jié)能技術(shù)分析

1、動(dòng)車組能耗和節(jié)能技術(shù)分析摘要：隨著中國(guó)高速鐵路建設(shè)的蓬勃開展,越來越多的動(dòng)車組投入到快速延伸的高速鐵 路路網(wǎng)之中,為廣闊旅客提供快捷舒適的出行體驗(yàn).然而,動(dòng)車組作為高鐵運(yùn)輸系統(tǒng)中的主要 耗能設(shè)備,其能耗已對(duì)運(yùn)輸本錢產(chǎn)生重要影響,動(dòng)車組運(yùn)營(yíng)節(jié)能問題日益突出.節(jié)能運(yùn)行限制 策略是發(fā)揮動(dòng)車組節(jié)能、平安、準(zhǔn)時(shí)等效勞水平的關(guān)鍵所在,通過優(yōu)化動(dòng)車組列車運(yùn)行工況,可以最大限度地降低列車能耗.關(guān)鍵詞：動(dòng)車組；能耗；節(jié)能技術(shù)1動(dòng)車組的受力與運(yùn)行方式對(duì)能耗的影響1.1 動(dòng)車組受力分析根據(jù)牛頓定律,動(dòng)車組運(yùn)行時(shí)的受力原理可推算出當(dāng)動(dòng)車組運(yùn)行速度到達(dá)200km/h時(shí),空氣阻力占運(yùn)行阻力的80%并且隨速度的增加呈拋物線

2、式快速增加.1.2 動(dòng)車組運(yùn)行方式動(dòng)車組在運(yùn)行時(shí),其運(yùn)行方式將受到主觀和客觀因素影響.主觀因素包括動(dòng)車組運(yùn)行速 度、運(yùn)行時(shí)間、啟停次數(shù)、司機(jī)操作方式、輔助系統(tǒng)工作方式等由運(yùn)營(yíng)部門和動(dòng)車組操作者 根據(jù)運(yùn)行圖和司機(jī)操作標(biāo)準(zhǔn)等文件決定的因素；客觀因素包括由動(dòng)車組線路限速曲線半徑、 坡道坡度等原因、臨時(shí)限速天氣、線路施工等原因、分相區(qū)數(shù)量和位置等不可抗力決定 的因素.仿真計(jì)算說明：動(dòng)車組運(yùn)行速度、站間距和啟停次數(shù)對(duì)動(dòng)車組能耗有明顯的影響,動(dòng)車組能耗隨著運(yùn)行速度的提升而增加,站間距越長(zhǎng)動(dòng)車組的能耗越低,頻繁的啟停將降低動(dòng)車組牽 引傳動(dòng)系統(tǒng)的利用率,導(dǎo)致動(dòng)車組能耗增加.2動(dòng)車組固有參數(shù)對(duì)能耗的影響為研究動(dòng)

3、車組固有參數(shù)對(duì)能耗的影響,對(duì)動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)效率、質(zhì)量、運(yùn)行阻力動(dòng) 車組根本運(yùn)行阻力取:F阻力1=3.3+0.0466v+0.000915V2、輔助系統(tǒng)能耗與動(dòng)車組能耗的關(guān) 系進(jìn)行仿真計(jì)算分析.模擬動(dòng)車組從 0開始滿牽引力啟動(dòng),在速度到達(dá)350km/h時(shí)保持恒速 運(yùn)行,在到達(dá)終點(diǎn)前轉(zhuǎn)最大電制動(dòng)減速直至停車根據(jù)制動(dòng)力特性計(jì)算確定施加最大電制動(dòng)的 位置,接觸網(wǎng)網(wǎng)壓為27.5kV,不考慮環(huán)境、分相區(qū)位置和線路限速對(duì)動(dòng)車組的影響.仿真計(jì) 算時(shí)動(dòng)車組主要約束參數(shù)見表1.表1仿真計(jì)算時(shí)動(dòng)車組主要約束參數(shù) A* kn 7,'咐 6b ill *' & *修 / * 1kin hi

4、ni ' K*a廊力卜帆04=j£Jt新在小匹立5威 舉*利心-卜 也 S %"Ifl-JEIftlBB*a“2.1 動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)效率和能耗關(guān)系設(shè)置不同的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)效率參數(shù),根據(jù)表1中主要約束參數(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算,仿真計(jì)算結(jié) 果見圖1.從圖1可知,牽引傳動(dòng)系統(tǒng)效率的提升對(duì)能耗有顯著影響,牽引傳動(dòng)系統(tǒng)效率每提 升1%能耗便減少1.03%.引傳用展跳地率/鼻圖1動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)效率和能耗關(guān)系仿真計(jì)算結(jié)果2.2 動(dòng)車組質(zhì)量和能耗關(guān)系設(shè)置不同的動(dòng)車組質(zhì)量參數(shù),根據(jù)表1中主要約束參數(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算,仿真計(jì)算結(jié)果見圖 2.從圖2可知,動(dòng)車組質(zhì)量的變化對(duì)能耗有影響,動(dòng)車組質(zhì)量

5、每降低1%能耗能減少0.82%q 圖2動(dòng)車組質(zhì)量和能耗關(guān)系仿真計(jì)算結(jié)果設(shè)置不同的動(dòng)車組運(yùn)行阻力,根據(jù)表1中主要約束參數(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算,仿真計(jì)算結(jié)果見圖 3.從圖3可知,動(dòng)車組運(yùn)行阻力的降低對(duì)能耗有顯著的影響,運(yùn)行阻力每降低1%,能耗能夠 減少1.5%&右.3 5®04 3 330 urn12002 ISO2 3mn看和RI力八%圖3動(dòng)車組運(yùn)行阻力和能耗關(guān)系仿真計(jì)算結(jié)果2.4 輔助系統(tǒng)能耗和動(dòng)車組能耗關(guān)系輔助系統(tǒng)能耗主要為空調(diào)系統(tǒng)能耗、充電機(jī)系統(tǒng)能耗、照明系統(tǒng)能耗以及其他系統(tǒng)能耗的總和,其能耗值均為定值且與動(dòng)車組的運(yùn)行速度呈現(xiàn)弱相關(guān)性,因此隨著動(dòng)車組運(yùn)行速度的增加,輔助系統(tǒng)的能耗

6、在動(dòng)車組總能耗中的比例快速下降并保持穩(wěn)定,比重小于2%,其變化量對(duì)總能耗的變化影響不大.2.5結(jié)論通過動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)效率、質(zhì)量、運(yùn)行阻力、輔助系統(tǒng)能耗與動(dòng)車組能耗關(guān)系的仿 真計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：(1)提升牽引傳動(dòng)系統(tǒng)效率可顯著地降低動(dòng)車組的能耗,原因是在牽引傳動(dòng)系統(tǒng)效率提升 后動(dòng)車組能夠?qū)恳β蕮p耗降低,進(jìn)而降低網(wǎng)端功率,減少能耗；(2)降低動(dòng)車組質(zhì)量和運(yùn)行阻力是降低能耗最有效的途徑；(3)輔助系統(tǒng)能耗在動(dòng)車組進(jìn)入高速段后保持穩(wěn)定,其變化對(duì)整個(gè)動(dòng)車組能耗影響不明 顯.3新技術(shù)對(duì)能耗的優(yōu)化分析根據(jù)動(dòng)車組牽引彳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成,影響牽引傳動(dòng)系統(tǒng)效率的主要因素有：齒輪傳動(dòng)裝置效 率、牽引電動(dòng)機(jī)效率、牽引變流器效率和主