合肥5号线列车ATO模式节能策略优化

　　一、总体介绍

　　2022年8月，中城协结合中共中央、国务院关于碳达峰、碳中和的相关要求，正式发布《中国城市轨道交通绿色城轨发展行动方案》，统筹碳达峰碳中和行动和绿色城轨发展，指导城轨交通行业绿色转型工作。明确指出：绿色低碳发展是城轨交通行业面临的历史性任务，是城轨交通发展的重大战略，更是城市交通领域实现“双碳”目标的重要举措。

　　截至2024年9月，合肥地铁已开通运营线路共有6条，全市地铁运营线路总长231.8公里，车站171座，随着运营里程增加、客运量攀升、各条线路行车间隔缩短，以及电梯、空调等设备增加，轨道交通运营成本高居不下的问题日显突出，地铁刚性能耗持续增长，能源消耗总量过大成为目前城市轨道交通面临的一大问题。​

　　二、主要做法

　　(一)产学研合作体系构建合肥轨道交通5号线与交控科技股份有限公司建立了深度产学研合作关系，形成了“联合研发-场景验证-成果转发”的创新闭环，并进行场景创新推进，推动“前沿节能技术+轨道应用场景”深度融合。

　　(二)节能技术实施路径

　　通过分析实际运行图数据及相关专业数据，识别出易发生早点的车站，结合该车站不同时段的客运量及ATS默认运行等级进而评估停站时间与区间运行时间的调整空间，并采纳行调、调度关于编图的限制条件、运营组织方式的建议，平衡外部条件编制单车节能运行图。通过现场验证利用平峰时段调整策略节能效果。

　
　站台及区间运行时分优化分析方法

　　1.基于时分协同的牵引制动优化

　　将列车运行过程分为牵引、制动等阶段，针对同一供电分区内的车辆进行统一优化，以列车运行准点为约束条件，以最大化多车牵引、制动阶段的重叠时间为优化目标，提出平峰时段的节能运行图和同一供电分区牵引制动衔接运行图，通过现场验证多车条件下牵引制动匹配的节能效果。

　　2.基于“自学习”的智能驾驶算法优化

　　对列车推荐速度优化，减少不必要牵引，优化控制策略，减少牵引制动切换。通过基于“自学习”的列车准时算法，不断学习优化列车牵引、制动门限。

　　ATO子系统通过查询数据库中记录的坡度、曲率、加速度、制动率等相关参数计算出补偿值，对当前实际速度与目标速度的差值计算出的输出指令进行补偿，以使实际速度能在不同的线路与车辆工况下，精确的输出相应的牵引与制动力，实现对目标速度的跟踪。

　　遇区间下坡道牵引加速时，ATO系统综合考虑坡度、坡道长度等因素，减小请求的牵引力。

　　遇区间上坡道制动减速时，ATO系统综合考虑坡度、坡道长度等因素，减小请求的制动力，避免减速度过大，偏离目标速度曲线引起不必要的再次牵引。

　　3.基于ATO/ATS联动的运行等级动态调整

　　对列车目标速度控制算法优化，ATO与ATS联动实现不同条件下不同运行等级的调用。高峰时段，ATS会根据计划运行图向ATO给出较高级站间计划运行时间指令，通过提高旅行速度增大运力;平峰时段，ATS会根据计划运行图向ATO给出较低等级站间计划运行时间指令，通过增加惰行时间实现节能;在运营过程中ATS也会根据列车的早晚点情况动态调整运行等级。

　　三、取得成效

　　(一)技术指标1.ATO节能控车：ATO速度曲线根据线路条件动态调整减少列车牵引以达到节能减碳;

　　2.ATS\ATO联动节能控车：ATO响应ATS不同运营等级，在非高峰时段减少列车牵引以达到节能减碳;

　　3.基于“自学习”的列车节能运行控制，根据ATS早晚点信息以实现最优的控制曲线减少列车牵引以达到节能减碳。

　　每年共可节约179.53万度电能，

　　(二)经济指标合肥轨道交通5号线采用本成果后，ATO模式的能耗优于原ATO模式的能耗，相较于未应用节能的情况可节约牵引能耗4.65%;以开通运营初期日均上线列车25列，每列日均行驶里程500公里，日均牵引能耗122964kWh计算，日常电客车开行所需电费约0.66元/度，

　　四、技术创新成果通过产学研合作，合肥轨道在节能技术领域取得多项突破，如ATO节能控制算法、牵引制动协同优化以及研发出ATO节能自动运行软件。

　　五、推广应用前景ATS系统根据节能计划运行图规定的列车进站/出站时间，统筹控制同一牵引供电分区内的列车运行，适当调整进出站时间，充分利用再生制动能量。

　　当列车运行偏离了运行计划，ATS系统应根据运营高峰/平峰时段相应的允许偏差值，判断列车早点或晚点运行状况及偏离时差，计算合理区间运行时间，并下达给ATO系统执行。

　　节能计划运行图编制时，宜考虑对于同一供电分区内运行列车的进站和出站作业时间宜最大程度重叠，ATS与ATO应能根据节能计划运行图控制同一供电分区列车牵引制动衔接，充分利用再生制动能。