一种基于列车空调动态负荷的在线控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于列车空调动态负荷的在线控制方法，包括步骤：1)建立列车三维模型；2)采集列车所经过城市的经纬度，计算列车行车角度；3)采集列车所经过城市的室外气象参数；4)将当地日期时间、当地经纬度、行车角度、行车速度、环境温度、环境湿度、所载人数、室内温度、室内湿度输入列车空调动态负荷模型；5)根据列车逐时负荷，建立列车空调在线控制模式，实时实地更新输入参数，以此调节列车空调系统运行模式。本发明专利技术不仅优化了列车空调负荷算法，还降低了列车空调能耗，以本发明专利技术应用实施例京广线列车为例，采用在线控制模式的列车空调系统耗电量比采用现有定频模式系统耗电量少21％。

An online control method based on dynamic load of train air conditioning

The invention discloses an on-line control method based on the dynamic load of train air conditioning, which comprises the following steps: 1) establishing a train three-dimensional model; 2) collecting the longitude and latitude of the city through which the train passes, calculating the train running angle; 3) collecting the outdoor meteorological parameters of the city through which the train passes; 4) collecting the local date and time, the local longitude and latitude, and the running angle; The dynamic load model of train air-conditioning system is input by degrees, running speed, ambient temperature, ambient humidity, carrying capacity, indoor temperature and indoor humidity. 5) According to the hourly load of train, the on-line control mode of train air-conditioning system is established, and the input parameters are updated in real time and on the spot to adjust the operation mode of train air-conditioning system. The invention not only optimizes the load algorithm of train air conditioning, but also reduces the energy consumption of train air conditioning. Taking the Beijing-Guangzhou line train as an example, the energy consumption of the train air conditioning system adopting on-line control mode is 21% less than that of the existing fixed frequency mode system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于列车空调动态负荷的在线控制方法
本专利技术涉及列车空调及其自动化控制
，具体涉及一种基于列车空调动态负荷的在线控制方法。
技术介绍
近20年来，中国高铁从无到有，发展迅猛，目前我国高铁里程占世界高铁总里程已超过50％，中国“四纵四横”高铁主骨架基本建成，到2025年中国高铁的通车里程将达3.8万里，形成“八纵八横”的高铁网。随着技术进步，中国干线铁路空调车的保有量和占比逐年提高，根据《2016年铁道统计公报》中国铁路客车拥有量为7.1万辆，其中，动车组为2586标准组、20688辆。列车能耗逐年上升，其中，列车空调耗能作为列车耗能中的主要成分，占70％左右，因此准确计算列车空调负荷有助于节能优化模式的确定，进一步降低列车实际行驶能耗。中国列车铁道部标准(TB1951—87)运用稳态的方法对特定环境条件下的负荷进行计算，并将负荷的计算值作为列车空调系统设计的基础，显然这不能反应列车在整个运行过程中的负荷变化。通过这种方法选型的空调能耗往往偏大，而中国列车空调的动态负荷计算方法的研究相对较少，且多集中在理论分析阶段，并没有将列车空调的动态负荷和实际功耗相结合。目前高铁列车空调系统多采用由两台压缩机组成的两套制冷回路系统，即通过压缩机的启停来实现制冷量0、50％、100％的调节，且列车空调产品比较单一，主要产品仅有29kW、35kW、40kW、45kW四种规格。为此，本专利技术专利建立了列车空调动态负荷模型，通过输入不同的参数得出列车运行过程中的负荷，采用反应系数法求解目标函数。为进一步地促进列车空调的节能，并基于动态负荷模型提出了一种在线控制模式，确保不同线路的列车空调相比于现在的列车空调均有不同程度的节能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于列车空调动态负荷的在线控制方法，从动态负荷计算出发，可以解决当前稳态负荷计算所带来的能耗过大的弊端，同时，根据动态负荷模型建立了一种列车空调系统在线控制模式，改良了当前空调的控制方式，从以上两个方面使得列车空调能耗大大降低。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种基于列车空调动态负荷的在线控制方法，主要涉及两个方面，一是建立目前高铁线路的动态负荷模型，二是根据动态负荷模型制定控制模式，包含以下步骤：S1、建立列车三维模型，主要包括列车长、宽、高、窗墙比、围护结构参数；S2、采集当地时间列车所经过城市的经纬度，通过计算得出列车行车角度；S3、采集列车所经过地区的室外气象参数；S4、将列车所经过当地的时间经纬度、行车角度、行车速度、室内外温湿度、所载人数作为输入参数，输入到列车空调动态负荷计算模型中；S5、依照建立的列车空调动态负荷模型，建立列车空调在线控制模式，实时实地的控制列车空调系统的运行，使得列车空调系统所制备的冷量正好满足列车所需冷负荷。进一步地，所述的围护结构参数包括围护结构热扩散系数、导热系数、材料密度、厚度。进一步地，所述的步骤S2中根据列车所经过当地的经纬度计算列车行车角度过程如下：ΔL＝111×Δl×COS(ln)(式2)ΔH＝111×Δh(式3)式中：θ表示列车行驶方向与南向的夹角，ln表示列车所经过站点的经度，Δl表示相邻两站点之间的经度差，Δh表示相邻两站点之间的纬度差，ΔL表示相邻两站点之间的东西距离，ΔH表示相邻两站点之间的南北距离。进一步地，所述的步骤S3、采集列车所经过地区的室外气象参数通过温湿度采集模块在线获得，或通过当地气象站网上传输获得。进一步地，所述的室外气象参数包括室外温度参数和室外湿度参数。进一步地，所述的列车空调动态负荷计算模型包括：(1)太阳辐射负荷模型Qrad，具体如下：Qrad＝S×I×g×C(式4)式中：S表示车窗面积，I表示围护结构接收太阳辐射总强度，g表示太阳得热率，C表示全遮阳系数。其中：I＝ID+Id+IR+IB(式5)式中：ID表示围护结构接收太阳直接辐射强度，Id表示围护结构接收太阳散射辐射强度，IR表示围护结构接收天空散射辐射强度，IB表示围护结构接收大气长波辐射强度。(2)围护结构导热负荷模型Qcond，运用反应系数法求解围护结构导热负荷，具体如下：Qcond＝YtZ-Ktr(式6)式中：Y表示传热反应系数，tZ表示室外综合温度，tr表示室内温度，K表示围护结构总传热系数。其中：传热反应系数Y计算如式(7)：(3)新风负荷Qfresh，具体如下：Qfresh＝n×ρ×25×(hout-hin)/3.6(式8)式中：n表示列车所载人数，ρ表示空气密度，hout表示室外空气焓值，hin表示室内空气焓值。(4)人员负荷Qpeople，具体如下：Qpeople＝nq(式9)式中：n表示列车所载人数，q为每人所需负荷。进一步地，所述的列车空调在线控制模式具体如下：比较列车动态负荷与空调系统制冷量是否相等，若不是，调节压缩机运行模式以保持制冷量满足负荷调节，若满足动态平衡，则一直在线采集室外气象参数数据，实时实地更新控制方式。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：本专利技术公开了一种基于列车动态负荷模型的在线控制方法，其优点在于建立了列车动态负荷模型，克服了稳态负荷计算偏大的缺点，充分考虑了列车运行的具体情况，所计算负荷更符合列车空调实际情况，在此基础上制定的在线控制模式，根据列车运行实况调节列车空调系统运行模式，使得空调系统制冷量与负荷处于动态平衡中，优化了列车空调性能，减小了列车空调耗电量。附图说明图1是列车空调动态负荷计算模型示意图；图2是列车空调在线控制流程图；图3是本专利技术实施例的列车动态负荷模型计算结果示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例本实施例公开了一种基于动态负荷模型的在线控制方法，其具体实施依赖于列车空调动态负荷模型，列车空调动态负荷如图1所示，计算过程采用ANSIC语言编程，输入列车沿途参数和围护结构参数得出列车动态负荷，其中，某个列车行车时间段输入数据格式如下：表1.列车空调动态负荷模型所需输入参数在线控制流程图如图2所示，具体如下：1)当列车开始发车时，先保持列车空调系统压缩机低频运转；2)在线采集列车空调所在地室外环境温湿度；3)将采集到的温湿度、经纬度、日期时间、行车速度角度、所载人数输入到动态热负荷模型，得出负荷；4)将负荷与列车空调制冷量进行比较，当列车所需负荷大于列车空调系统制冷量时，提高压缩机频率增大制冷量，当列车所需负荷小于空调系统制冷量时，减小压缩机频率，最终达到列车空调负荷和制冷量动态平衡；5)列车继续行驶，持续更新输入参数，并比较列车空调负荷和列车制冷量的大小关系，在线改变压缩机频率，使两者一直处在动态平衡。例子：假设一辆列车2017年7月23日8:00从北京开往广州，每一个小时记录列车运行情况，则列车的运行参数如表2所示。表2.京广线列车运行参数假设设定室内温度为25℃，列车所载人数为85人，列车车型为CHR380AL动车本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于列车空调动态负荷的在线控制方法，其特征在于，所述的在线控制方法包括以下步骤：S1、建立列车三维模型，所述的列车三维模型包括列车长、宽、高、窗墙比、围护结构参数；S2、采集当地时间列车所经过城市的经纬度，通过计算得出列车行车角度；S3、采集列车所经过地区的室外气象参数；S4、将列车所经过当地的时间经纬度、行车角度、行车速度、室内外温湿度、所载人数作为输入参数，输入到列车空调动态负荷计算模型中；S5、依照建立的列车空调动态负荷计算模型，建立列车空调在线控制模式，实时实地的控制列车空调系统的运行，使得列车空调系统所制备的冷量正好满足列车所需冷负荷。

【技术特征摘要】
1.一种基于列车空调动态负荷的在线控制方法，其特征在于，所述的在线控制方法包括以下步骤：S1、建立列车三维模型，所述的列车三维模型包括列车长、宽、高、窗墙比、围护结构参数；S2、采集当地时间列车所经过城市的经纬度，通过计算得出列车行车角度；S3、采集列车所经过地区的室外气象参数；S4、将列车所经过当地的时间经纬度、行车角度、行车速度、室内外温湿度、所载人数作为输入参数，输入到列车空调动态负荷计算模型中；S5、依照建立的列车空调动态负荷计算模型，建立列车空调在线控制模式，实时实地的控制列车空调系统的运行，使得列车空调系统所制备的冷量正好满足列车所需冷负荷。2.根据权利要求1所述的一种基于列车空调动态负荷的在线控制方法，其特征在于，所述的围护结构参数包括围护结构热扩散系数、导热系数、材料密度、厚度。3.根据权利要求1所述的一种基于列车空调动态负荷的在线控制方法，其特征在于，所述的步骤S2中根据列车所经过当地的经纬度计算列车行车角度过程如下：ΔL＝111×Δl×COS(ln)(式2)ΔH＝111×Δh(式3)式中：θ表示列车行驶方向与南向的夹角，ln表示列车所经过站点的经度，Δl表示相邻两站点之间的经度差，Δh表示相邻两站点之间的纬度差，ΔL表示相邻两站点之间的东西距离，ΔH表示相邻两站点之间的南北距离。4.根据权利要求1所述的一种基于列车空调动态负荷的在线控制方法，其特征在于，所述的步骤S3、采集列车所经过地区的室外气象参数通过温湿度采集模块在线获得，或通过当地气象站网上传输获得。5.根据权利要求1或4所述的一种基于列车空调动态负荷的在线控制方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫江虹，李冲，姜峰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44