列车属性对城市轨道交通牵引能耗的影响及列车用能效率评价
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通 过建 立仿 真 系统描 述 了列车 编组 和牵 引性 能对 货 物 列车 能耗 的影 响 。刘海 东等 ＿ ３ ］ 采用 计算 机模 拟 的 方 法研 究 了列 车 质 量 与 牵 引能 耗 的关 系 。Ｉ Ｆ Ｅ ＵＥ ４ ］
１ 影 响牵 引 能 耗 的列 车 属 性
１ ． １ 列车 牵引能 耗模 型
列车用能效率 由多个列车属性共同决定，某一列车 属性 难 以判 断列车 用能 效率 情况 ；既有 研究 尚未 提
出１ 个用 于刻 画列 车用 能效 率 的评 价 指标 ，为实 现 城市 轨道 交通 车辆 节能选 型 提供 依据 。 本 文 通 过 建 立 城 市 轨 道 交 通 列 车 牵 引 能 耗模
基金项 目：国家 “ 九七三”计 划项 目 （ ２ ０ １ ２ Ｃ Ｂ ７ ２ ５ ４ ０ ６ ） ；国家 自然科学基金资助项 目 （ ７ １ １ ３ １ ０ ０ １ ，７ １ ５ ７ １ ０ １ ６ ） 第一作者 ：陈 矗 （ １ ９ ９ ３ －） ，男 ，江西抚州人 ，博士研究生 。Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ：ｃ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｏ ＠ｂ ｊ ｔ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
根据德 国不 同种类列车的数据 ，分析了列车 自重的 降 低对 牵 引能 耗 的影 响程 度 。Ｒ ａ ｇ ｈ ｕ ｎ ａ ｔ ｈ ａ ｎ等＿ ５ ］ 分
别 讨论 了不 同流 线型 设计 对列 车运 行阻 力和牵 引 能
耗 的影 响 。
牵 引 能耗 是 指列 车 在 运行 过 程 中消耗 的电 能 ， 主 要包括 牵 引系统 驱 动列车 运行 的能 耗 、空调 照明 等 车载辅 助设 备运 行 的能耗 （ 辅 助能 耗）及 再 生制
要 ：通过建立城市 轨道 交通 列车牵引能耗 模型 ，分析 影响牵 引能耗 的列车属 性 ，并基 于灵敏度 分析方
法判 断列车属性 对牵 引能耗 的影响程 度 ；定义牵引能耗 模型 中的被积 函数为 列车用 能效率特 征值 ，用 于列 车用
能效率 的评价 。研究结果表 明 ：影 响牵 引能耗 的列 车属 性主要包括列车的质量 、单 位基本阻力 和牵引 电机效 率 ， 这三者 中以列 车质 量对 牵引能耗的影响最大 ，单位基本 阻力对 牵引 能耗 的影 响最小 ，而牵引 电机 效率对 牵引能
以上研 究分 析 了某一 列车 属性 与牵 引能 耗 的关 系 ，但 未判 断各 列 车 属 性对 牵 引 能 耗 的 影 响程 度 。
动反馈 回牵 引电网的能耗 （ 再生制动能耗） 嘲。辅
收稿 日 期： ２ ０ １ ５ － ０ ６ － ２ ０ ；修订 日 期： ２ ０ １ ５ — １ ０ － ０ ９
第３ ７ 卷 ， 第２ 期 ２ ０ １ ６年 ３月
文章编 号 ：１ ０ ０ １ — ４ ６ ３ ２（ ２ ０ １ ６ ）０ ２ — ０ ０ ９ ９ — ０ ７
源自文库
中 ＮＡ 国 铁 道 科 学 ＣＨＩ ＲＡＩ ＬＷ ＡＹ Ｓ ＣＩ ＥＮＣ Ｅ
Ｖｏ Ｉ ． ３ ７ Ｎｏ ． ２
型 ，分析影响牵引能耗的列车属性 ，并采用灵敏度
分析 的方 法判 断各 列 车属性 的重 要程 度 ；提 出列 车 用 能效率 评价 指标 ，并对 比不 同列 车 的指标值 与列 车在 同一 线路 和运 行模 式下 的仿 真能 耗 ，以验证 评 价 指标 的有效 性 。
基本阻力和牵引特性等。列车属性对牵引能耗 的影 响 不容 忽视 。孑 Ｌ 令 洋 等［ １ ］ 基 于 电机效 率对 比了直线 电机系统和旋转 电机系统的牵 引能耗 。Ｈｏ ｙ ｔ 等ｌ ＿ ２ ］
通信作者 ：毛保华 （ １ ９ ６ ３ 一） ，男 ，教授 ， 博士研究生导师 。Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ：ｂ ｈ ｍａ ｏ ＠ｂ ｊ ｔ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
１ Ｏ Ｏ
中
国
铁
道
科
学
第 ３ ７ 卷
助 能耗 主要 受 车载辅 助设备 、气 温 、线路 敷设 方式
的影 ， ｑ Ｉ Ｅ ，与列 车属性 的关 系不 明显 ；再 生制 动 能
１ ２ ０ ｍ・ ｓ ～ 。列 车牵 引力与 牵引 电流相 关联 ，由牵 引 电机效 率决 定 。牵 引 电机 效率 可 以表征 为列 车 的 牵 引力 与速 度 的乘 积 除 以牵 引 电压与 牵引 电流 的乘 积 。因此 ，影 响牵引 能耗 的列 车属性 主要 有列 车质 量 、单 位基 本 阻力 和牵 引电机 效率 。
耗 的影响程度 随着牵 引电机效 率的提高而减小 ；分别采用列 车用 能效率特 征值和仿 真 的方 法对 同一线路 上运行
的列 车进行牵 引能耗 比较 ，得到的列 车牵引能耗排序完 全一致 ，说明列 车用能效 率特征值 可 以准 确判别列 车用
能效率 的高低 ；根 据列 车用 能效 率特征值随速度变化 的规律 ，可 以分析 不同列 车在不 同类 型线路 上节能 运行 的 适用性 ，为城市轨道交通 车辆 的选 型提供 依据 。 关键词 ：牵引能耗 ；列 车属性 ；列 车用能效 率 ；城市轨 道交通
Ｍａ ｒ ｃ ｈ， ２ ０ １ ６
列 车属 性对 城 市 轨道 交通 牵 引能 耗 的 影 响及 列车 用 能效 率评 价
陈 壶 ，毛保 华 ，柏 赘 ，贾文峥 ，李竹君
（ １ ．北京交通 大学 城市复杂系统理论与技术教育部重点实验室 ，北京 ２ ．交通运输部 科学研究院城市交通研究 中心 ，北京 摘 １ ０ ０ ０ ４ ４ ； １ ０ ０ ０ ２ ９ ）
中 图分 类 号 ：Ｕ２ ６ Ｏ ． １ ３ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ
城市轨道交通系统能源消耗总量 巨大，其 中的
牵 引能耗 是 城 市 轨 道 交 通 系 统 能耗 的 重 要 组 成 部 分 ，约 占总 能 耗 的 ５ ０ ［ １ ］ 。分 析 牵 引 能 耗 的影 响 因素有 助于 降低 牵引 能耗 ，对 节约 能源 、降低 运 营 成 本具 有重 要意 义 。 城 市轨 道交 通列 车 的属性 包括列 车 质量 、单 位
１ 影 响牵 引 能 耗 的列 车 属 性
１ ． １ 列车 牵引能 耗模 型
列车用能效率 由多个列车属性共同决定，某一列车 属性 难 以判 断列车 用能 效率 情况 ；既有 研究 尚未 提
出１ 个用 于刻 画列 车用 能效 率 的评 价 指标 ，为实 现 城市 轨道 交通 车辆 节能选 型 提供 依据 。 本 文 通 过 建 立 城 市 轨 道 交 通 列 车 牵 引 能 耗模
基金项 目：国家 “ 九七三”计 划项 目 （ ２ ０ １ ２ Ｃ Ｂ ７ ２ ５ ４ ０ ６ ） ；国家 自然科学基金资助项 目 （ ７ １ １ ３ １ ０ ０ １ ，７ １ ５ ７ １ ０ １ ６ ） 第一作者 ：陈 矗 （ １ ９ ９ ３ －） ，男 ，江西抚州人 ，博士研究生 。Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ：ｃ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｏ ＠ｂ ｊ ｔ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
根据德 国不 同种类列车的数据 ，分析了列车 自重的 降 低对 牵 引能 耗 的影 响程 度 。Ｒ ａ ｇ ｈ ｕ ｎ ａ ｔ ｈ ａ ｎ等＿ ５ ］ 分
别 讨论 了不 同流 线型 设计 对列 车运 行阻 力和牵 引 能
耗 的影 响 。
牵 引 能耗 是 指列 车 在 运行 过 程 中消耗 的电 能 ， 主 要包括 牵 引系统 驱 动列车 运行 的能 耗 、空调 照明 等 车载辅 助设 备运 行 的能耗 （ 辅 助能 耗）及 再 生制
要 ：通过建立城市 轨道 交通 列车牵引能耗 模型 ，分析 影响牵 引能耗 的列车属 性 ，并基 于灵敏度 分析方
法判 断列车属性 对牵 引能耗 的影响程 度 ；定义牵引能耗 模型 中的被积 函数为 列车用 能效率特 征值 ，用 于列 车用
能效率 的评价 。研究结果表 明 ：影 响牵 引能耗 的列 车属 性主要包括列车的质量 、单 位基本阻力 和牵引 电机效 率 ， 这三者 中以列 车质 量对 牵引能耗的影响最大 ，单位基本 阻力对 牵引 能耗 的影 响最小 ，而牵引 电机 效率对 牵引能
以上研 究分 析 了某一 列车 属性 与牵 引能 耗 的关 系 ，但 未判 断各 列 车 属 性对 牵 引 能 耗 的 影 响程 度 。
动反馈 回牵 引电网的能耗 （ 再生制动能耗） 嘲。辅
收稿 日 期： ２ ０ １ ５ － ０ ６ － ２ ０ ；修订 日 期： ２ ０ １ ５ — １ ０ － ０ ９
第３ ７ 卷 ， 第２ 期 ２ ０ １ ６年 ３月
文章编 号 ：１ ０ ０ １ — ４ ６ ３ ２（ ２ ０ １ ６ ）０ ２ — ０ ０ ９ ９ — ０ ７
源自文库
中 ＮＡ 国 铁 道 科 学 ＣＨＩ ＲＡＩ ＬＷ ＡＹ Ｓ ＣＩ ＥＮＣ Ｅ
Ｖｏ Ｉ ． ３ ７ Ｎｏ ． ２
型 ，分析影响牵引能耗的列车属性 ，并采用灵敏度
分析 的方 法判 断各 列 车属性 的重 要程 度 ；提 出列 车 用 能效率 评价 指标 ，并对 比不 同列 车 的指标值 与列 车在 同一 线路 和运 行模 式下 的仿 真能 耗 ，以验证 评 价 指标 的有效 性 。
基本阻力和牵引特性等。列车属性对牵引能耗 的影 响 不容 忽视 。孑 Ｌ 令 洋 等［ １ ］ 基 于 电机效 率对 比了直线 电机系统和旋转 电机系统的牵 引能耗 。Ｈｏ ｙ ｔ 等ｌ ＿ ２ ］
通信作者 ：毛保华 （ １ ９ ６ ３ 一） ，男 ，教授 ， 博士研究生导师 。Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ：ｂ ｈ ｍａ ｏ ＠ｂ ｊ ｔ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
１ Ｏ Ｏ
中
国
铁
道
科
学
第 ３ ７ 卷
助 能耗 主要 受 车载辅 助设备 、气 温 、线路 敷设 方式
的影 ， ｑ Ｉ Ｅ ，与列 车属性 的关 系不 明显 ；再 生制 动 能
１ ２ ０ ｍ・ ｓ ～ 。列 车牵 引力与 牵引 电流相 关联 ，由牵 引 电机效 率决 定 。牵 引 电机 效率 可 以表征 为列 车 的 牵 引力 与速 度 的乘 积 除 以牵 引 电压与 牵引 电流 的乘 积 。因此 ，影 响牵引 能耗 的列 车属性 主要 有列 车质 量 、单 位基 本 阻力 和牵 引电机 效率 。
耗 的影响程度 随着牵 引电机效 率的提高而减小 ；分别采用列 车用 能效率特 征值和仿 真 的方 法对 同一线路 上运行
的列 车进行牵 引能耗 比较 ，得到的列 车牵引能耗排序完 全一致 ，说明列 车用能效 率特征值 可 以准 确判别列 车用
能效率 的高低 ；根 据列 车用 能效 率特征值随速度变化 的规律 ，可 以分析 不同列 车在不 同类 型线路 上节能 运行 的 适用性 ，为城市轨道交通 车辆 的选 型提供 依据 。 关键词 ：牵引能耗 ；列 车属性 ；列 车用能效 率 ；城市轨 道交通
Ｍａ ｒ ｃ ｈ， ２ ０ １ ６
列 车属 性对 城 市 轨道 交通 牵 引能 耗 的 影 响及 列车 用 能效 率评 价
陈 壶 ，毛保 华 ，柏 赘 ，贾文峥 ，李竹君
（ １ ．北京交通 大学 城市复杂系统理论与技术教育部重点实验室 ，北京 ２ ．交通运输部 科学研究院城市交通研究 中心 ，北京 摘 １ ０ ０ ０ ４ ４ ； １ ０ ０ ０ ２ ９ ）
中 图分 类 号 ：Ｕ２ ６ Ｏ ． １ ３ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ
城市轨道交通系统能源消耗总量 巨大，其 中的
牵 引能耗 是 城 市 轨 道 交 通 系 统 能耗 的 重 要 组 成 部 分 ，约 占总 能 耗 的 ５ ０ ［ １ ］ 。分 析 牵 引 能 耗 的影 响 因素有 助于 降低 牵引 能耗 ，对 节约 能源 、降低 运 营 成 本具 有重 要意 义 。 城 市轨 道交 通列 车 的属性 包括列 车 质量 、单 位