（电力系统及其自动化专业论文）高速铁路综合调度电力子系统仿真研究.pdf

西南嶷通太举硕士酋开究生学位论文蒙| i 页 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fh i g h - s p e e dr a i l w a y , t h er e q u i r e m e n to f r e a l t i m l y , c o m p l e x i t ya n dv a r i e t yo fi t s b u s i n e s sh a v e b e e n i n c r e a s i n g i m p a t i e n t l ys u d d e n l y , a n d t r a d i t i o n a l d i s p a t c h i n gm e a n sa n ds i n g l e a u t o m a t i o ns y s t e mi nt r a n s p o r t a i i o n c o m m a n d i n gh a v eb e e nr i d i c u l o u s l y i n a d e q u a t e t os a v eag r a v es i m a i o n ，s oh i g h s p e e d c o m p r e h e n s i v e d i s p a t c h i n gs y s t e ma p p e a r sn a t u r a l l y t h eh i g h s p e e dc o m p r e h e n s i v ed i s p a t c h i n gs y s t e mt a k e st r a i no p e r a t i o n d i s p a t c h i n ga s 。i t sc o r eb yi n t e g r a t i n gb u s i n e s s e ss u c ha st r a n s p o r t a t i o n p l a n n i n gm a n a g e m e n t ，e l e c t r i cd i s p a t c h i n g ，m o t o rv a i nu n i td i s p a t c h i n g ， c o m p r e h e n s i v e m a i n t a i ns y s t e m ，p a s s e n g e rs e r v i c e ，s a f e t ym o n i t o ra sa w h o l e t h es u b - s y s t e mo fe l e c t r i cd i s p a t c h i n gi soneo fi m p o r t a n tb r a n c h e s o f t h es y s t e mt h a tr e s p o n s i b l ef o ro p e r a t i o na n dc o n t r o l l i n go f p o w e rs u p p l y s y s t e m c o n s u l t i n gc u r r e n ts i t u a t i o no ft h ed e v e l o p m e n to ft h ed o m e s t i ca n d o v e r s e a h i 曲一s p e e dd i s p a t c h i n gs y s t e m a n dc o m b i n gt h es i m u l a t i o n e x p e r i m e n t a lp r o j e c to f b e i j i n g s h a h g h a ih i g h - s p e e dr m l w a yc o m p r e h e n s i v e d i s p a t c h i n gs y s t e m ，t h i s t h e s i sh a s p r o p o s e dp l a n n i n gm o d e l o f c o m p r e h e n s i v ed i s p a t c h i n gs y s t e ma d a p t i n gt od e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r y s 羹i 醢- s p e e dr a i l w a y , a n a l y z e dt h em u t u a li n f o r m a f i o nf l o wb e t w e e nd i f f e r e n t b u s i n e s ss u b s y s t e m sa n dp r o v i d e dt h ec o n c r e t es c h e m eo fs y s t e ms i m u l a t i o n t h et h e s i sd i v i d e se l e c t r i cd i s p a t c h i n gs u b s y s t e ms i m u l a t i o ni n t ot h r e e p a r t s ：t h ee l e c t r i cd i s p a t c h i n gc e n t e rs i m u l a t i o n ，e l e c t r i ce q u i p m e n t s i m u l a t i o na n dc o m m u n i c a t i o ns i m u l a t i o n b a s e do np r e s e n tr i p e re l e c t r i c d i s p a t c h i n gs o f t w a r eo fe l e c t r i c a lr a i l w a y , d i s p a t c h i n gc e n t e rs i m u l a t i o nh a s e x p a n d e dm u t u a lc o m m u n i c a t i o nf u n c t i o no fc o m p r e h e n s i v ed i s p a t c h i n g i n f o r m a t i o n ，t h et h r e es i m u l a t i o nm o d u l e s ：t r a n s f o r m e r s u b s t a t i o n ， l o c o m o t i v ea n dp o w e rs u p p l yl i n ec o n s t r u c te l e c t r i ce q u i p m e n ts i m u l a t i o n b r u n c h ，t h es i m u l a t i o no ft r a n s f o w u e rs u b s t a t i o ni sm o d e l e do nt h eb a s i so f g r a p ht h e o r y , t a k e st r a c i n ga l g o r i t h m a si t sc o r e a l g o r i t h m ，u s e s 西南交通大举硕士讲究生学位论文第 页 o b j e c t - o r i e n t a t i o nt e c h n o l o g yt or e a l i z et h er e a l t i m es i m u l a t i o no fe l e c t r i c e q u i p m e n t s s t a t ea n de l e c t r i cp a r a m e t e r sw i t h i ns u b s t a t o n ；l o c o m o t i v e s i m u l a t i o nr e g a r d sm a t l a b s i m u l i n ka sm o d e l i n gt o o l ，t h r o u 蜚m o d e l i n g a n ds i m u l a t i o nf o rm a i nc i r c u i to fa cd r i v i n ge l e c t r i cl o c o m o t i v e ，b u i l d s a c c e p t e dc u l t e n tp a r a m e t e r s d a t a b a s eu n d e rd i f f e r e n to p e r a t i o nm o d e so f e l e c t r i cl o c o m o t i v e p o w e rs u p p l yl i n es i m u l a t i o ni st h eb r i d g eb e t w e e nt h e s i m u l a t i o no ft r a n s f o r m e rs u b s t a t i o na n dl o c o m o t i v e ，w h i c hu t i l i z e st h e a l g o r i t h mo fv o l t a g el o s so ft r a c t i o nn e t w o r k ，c o m b i n e sa c c e p t e dc u r r e n t p a r a m e t e r so f l o c o m o t i v es i m u l a t i o n ，d e s c r i b e sd i s t r i b u t i n gs t a t eo ft r a c t i o n n e t w o r kv o l t a g ei nt h ef o r mo fc a l , e ，a n df e e d sl o a ds t a t eb a c kt ot h e t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o ns i m u l a t i o nm o d u l e t h et w om o d e sa r ed i s c u s s e di n c o m m u n i c a t i o ns i m u l a t i o n ，o n ei sm e s s a g et r a n s m i s s i o nm o d eb a s e do n m i d d l e w a r et e c h n o l o g yw h i c hd i s p a t c h e sm u t u a lc o m m u n i c a t i o na m o n g s u b s y s t e m s i n f o r m a t i o n ；t h e o t h e ri st e l e c o n t r o lm o d eb a s e do n l e c 6 0 8 7 0 5 一1 0 1w h i c hi su s e di nr e a l - t i m ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e n s i m u l a t i o nc e n t e ro fe l e c t r i cd i s p a t c h i n ga n de l e c t r i ce q u i p m e n t 。 c o n s i d e r i n gp r a c t i c es i g n i f i c a n c eo fs i m u l a t i o n ，t h et h e s i sh a sp r o p o s e d a r r a n g e m e n to fc o m p r e h e n s i v ed i s p a t c h i n gc e n t e ra n dc o n f i g u r a t i o ns c h e m e o fd i s p a t c h i n gp l a t f o r mo nt h eb a s i so fs i m u l a t i o ne x p e r i m e n t s ，a n dt h e s e h a v ec e n m nr e f e r e n c em e a n i n g st ot h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f c o m p r e h e n s i v ed i s p a t c h i n gs y s t e mo f h i 西一s p e e dr a i l w a yo f o u rc o u n t r y , k e yw o r d s ：h i g h s p e e dr a i l w a y , c o m p r e h e n s i v ed i s p a t c h i n gs y s t e m ， e l e c t r i cd i s p a t c h i n g ，s i m u l a t i o n ，m i d d l e w a r e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 研究背景及其意义 人类的智慧推动了交通运输的发展，交通运输的发展又促进了人类精神 文明和物质文明的建设，二者在漫长的历史长河中相辅相成。交通运输就像 一条条神奇的纽带，将工农业之间、城乡之间、地区之间、企业之间紧密联 系起来，促进了旅游事业的兴旺乃至一个国家或地区的经济繁荣和文化昌 盛。 铁路是我国交通运输的核心，近年来，我国客货运量全面紧张，运能与 运量矛盾十分突出，铁路已成为制约国民经济发展的瓶颈，发展高速铁路是 解决矛盾的重要手段之一。我国高速铁路发展起步较晚，但已明确提出“在 沿海经济发达、客流集中的东部走廊发展时速2 5 0 k m h 及以上的高速客运专 线，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，规划四纵四横铁路快 速客运通道以及三个城际快速客运系统”，京沪、京广、京哈等干线铁路将 成为高速铁路的首选，以高快速客运专线为主干网络的客运系统指日可待。 伴随着铁路运输速度的提高以及客运量的逐年增加，列车高速、高密度 的运行，铁路运输业务的复杂性、多样性及业务量的急骤增长，传统的、简 单的调度指挥管理手段和单一的自动化系统已经不能适应铁路业务指挥管 理的合理化与现代化。高速铁路运输指挥调度系统具有不同专业、不同业务 之间密切的相关性，因此，在各业务部门系统化自动化的同时，有必要将各 部门集约于一个综合系统，以期达到铁路业务指挥管理的合理化与现代化， 高速铁路综合调度系统应孕而生。 高速铁路综合调度系统以列车运行调度系统为核心，综合行车、机务、 工务、电力、电务、旅客向导、维修检测、安全监控等为一体。按系统结构 可划分为调度中心、车站基层网和控制监测三大部分。按专业应用要求划分 为运输计划管理、列车运行调度、动车调度、旅客服务、电力调度、综合维 修与救援、安全监控以及培训等八个功能子系统。各子系统间通过调度中心 局域网与远程网络进行实时数据交互，共同协调运作实现对高速铁路的运营 嚣摩交通大学硕士疆究生学位论文瓣2 页 调度与指挥撼制。调度中心是高速铁路运营管理的中枢，能够根獭机车车辆 a 备和动力特性、车站配镰及作业、潞线线路和设器状态、人员飘萎和相邻 线路列车运行状态等，统一指挥羁车运行并谤调铁爨运输各部 1 的工箨。 电力予系统是高速铁路综合调度系统中的一个熬要子系统，负责牵引供 电系统的监测、控制及管理，按照指定的列车运行汁划提供电力，根据编排 翁检嫠诗划= i 芰行薄电捡修。浚子系绞烹要由电力调度弱基层设爨两部分组 成，前者作为控制端，受费与其它予系统的信息交甄并对基层电力设备进行 实时控制和脓测：后者则主要表现为牵引变电所、接触网和电力机车等设备， 负责铁路运输牵引能量的馈送。 羧建夔寨沪毫速铁路楚一条垒长一千三吾多公受翡客运专线，与二卡多 条干支线衔接，涉及北京、济南、上海三个铁路局和赢个枢纽( 北京、济南、 徐州、南京和上海) 的运输系统。目前，京沪高速铁路正处于建设前期技术 方案兹优纯、院选和深拢翡研究徐段，茏其在裹遮铁路初步设诗邋程中，设 计人员需解决方案优化的瓣题。由于高速铁路运输静安全性、高遴性、连续 性等特点，设计人员不可能通过高速列车实际运行米对各种综合调度方案进 行比选。采用仿真技术对备个子系统运行方案进行检测、评估，将会使综合 调度方案豹铡定工终雯翔辩学蠢二。 随着我园高速铁路建设进程的加快，研究开发高速铁路综合调度仿真系 统的需求日藏突出，对于满速铁路这样一个复杂的系统，利用仿真技术来指 导系统戆磅究、设计、试验 = 王及改进将疑畜缀高匏蠛突意义霸试验价值。 1 2 国内外研究现状 1 。2 。1 蹇遽铁路 高速铁路是指具有高加速和高减速性能及对列车运行进行自渤控制，时 速在2 0 0 k m 以上的铁路【m 】。采用轮轨接触技术的高德铁路分为采用摆式车体 技术f 到车经过曲线对遇避车体的摆动米兖鼹超高不足带来的乘搬爨适毪较 差的缺点，沈较适合子赋有线提速溺津摆式车俸授术( 用于薪建裔速铁踌或 线路标准较高的既有线路，这是各国发展高速铁路主要采用的技术) 。 提高列车速度是铁路赖以生存和逡应社会发展的唯一出路l ”。从本世纪 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 初至5 0 年代，德、法、同等国都开展了大量的有关高速列车的理论研究和 试验工作。铁路高速技术至6 0 年代已进入实用阶段，8 0 年代又取得了一系 列新突破，9 0 年代后进入建设与发展的新时期。 日本：日本自1 9 5 9 年动工兴建东海道新干线( 东京一新大阪1 后又相继修 建开通了山g l t ( 1 9 7 5 年3 月) 、东北( 1 9 8 2 年6 月) 、上越( 1 9 8 2 年1 1 月) 和北陆 ( 1 9 9 7 年1 0 月) 新干线。其主要技术特征是：客运专线、动力分散的电动高 速列车、集中调度控制和基于轨道电路的同步电源列车运行控制系统。从 1 9 9 2 年开始，东日本、西日本以及东海道铁路公司均投入巨资，开发和试验 能在新干线上以3 0 0 3 5 0 k m h 速度运行的新一代列车，试验主要针对当运 行速度达到3 5 0 k m h 以上时，高速列车系统及控制所出现的各种问题和解决 对策。为了充分发挥高速铁路的优势，日本的高速铁路技术也融入了既有线 的规划与改造，以扩大高速列车的服务范围。 法国：法国高速铁路源于对既有铁路的改造，改造后的铁路行车速度提 高到1 6 0 2 2 0 k m h ，然而，由于干线铁路的运力饱合和复线隧道障碍，提速 技术受限，后期的高速铁路建设确定了新建高速运专线、高速新线与既有网 兼容和多车次少中转的原则。其主要技术特征是：新建客运专线、动力集中 的电动高速列车( t g v ) 、集中调度控制和基于轨道电路采用混频技术的列车 运行控制系统( t v m ) 。为了充分发挥高速铁路的优势，法国的高速列车可以 在既有中、低速线路上运行，扩大了t g v 的路网范围。目前法国最新修建 的地中海高速线时速为3 5 0 k m h ，东部高速线、莱茵河一罗纳河地区联络线、 阿尔卑斯山通道等已经列入规划。 德国：德国高速铁路始于经济发达的南北长距离干线，以提高路网能力 为核心来建设高速铁路并对既有线进行改造。1 9 7 0 年制定了修建高速铁路的 计划，1 9 9 1 年慕尼黑一斯图加特和汉诺威一维尔茨堡的高速铁路竣工开通。 其主要技术特征是：新建部分高速线。采用客、货分时，高、中速混跑的运 输组织模式，动力集中的电动高速列车( i c e ) ，分区域的集中控制和基于轨道 电缆的列车运行控制系统( l z b ) 。高速铁路在路网中起着主要通道的作用， 高速列车i c e 可在既有线运行。时速3 5 0 k m h 的纽伦堡一英格尔斯塔特高速 干线于2 0 0 4 年开通运营，斯图加特一奥格斯堡、纽伦堡一埃尔富特一莱比 锡和“泛欧铁路网”己提上日程。 西南交通犬学硕士研究生学位论文第4 页 西班牙：西班牙高速铁路融合了法国与德国的技术，其车辆采用法国的 t g v ，逶镶售号鞫供毫设冬刘采爱德潜l z b 。巴褰罗那巴稔疆亚一戮列坎 特商速铁路的可变轮距的技术世界领先，马德里一勒里达3 5 0 k m h 高速铁路 2 0 0 4 年建成逶车。 意大剥：意大利在8 0 年代中期提出了大规模发展商速铁蹴的综会规划。 将商速铁潞的新线建设与提黼既有铁路网能力综合在起考虑，达到缩短 中、长途旅客的旅行时间，改善既露线上的短途及货物遮输状况的目的。赢 速铁路新线在夜间可以用来承担快遴货物的运输，以增强意大利铁路系统的 运竣能力。其主簧技术犍缝是：采蠲混合落竣组织模式、动力集孛式瓣邀动 高速列车( e t r ) 、集中调度控制和基于轨道电路的列车运行控制系统。 韩国移我誉台湾豹高速铁路建设连已邀久实矮往除羧，汉城一菪出静怒 速铁路一期工程已经投入运萤，台北高雄的高速铁路预计年内通车，两条 高速干线铁路分鄹采闻欧辄私茜本的最新技术，辩速均在3 0 0 k m h 淤上。 目前，高速铁路技术在世界上融经成熟，高速化已经成为当今世界铁路 发展的共同趋势。时遮在3 0 0 k m h 以上的简速干线铁路如表1 1 所示。 西班中国 瓣麓法黧德鏊意太弱 嚣拳 韩嚣 矛 台湾 绷伦 巴黎科褒 马德 罄 米兰 襟灵 箩萼薪太 地中 巴黎 爨汉城台托 线划 勒芒菜苗 阪 海线英撂波涛镛罗那不 晕永 尔新 ， 尼亚伦萨勒期 勒辈 釜出嵩雄 图尔美茵 迭 博多 塔特 度2 9 53 4 0 2 8 69 82 1 51 8 43 9 02 1 74 5 06 2 24 1 23 4 5 最高3 5 0 3 0 0 3 0 0 3 3 0 3 3 0 3 0 03 0 03 3 5 0 3 5 0 3 5 0 ， 遮度 3 0 0 3 3 0 0 3 0 0 3 3 避营2 0 0 l 1 9 9 62 0 0 42 0 0 21 9 9 22 0 0 42 0 0 62 0 0 41 9 9 72 0 0 5 高速铁路进一步的发展趋势是连线成网。欧洲规划的高速铁路网不仅是 各国高速铁路静总和，而置能形成一个综合静整体。该诗翊分巍于1 9 9 5 荦、 2 0 0 5 年和2 0 1 5 年分三个阶段竣工，新建或改建1 9 万公里满慰时速2 5 0 k m h 以上的高速铁路网以及1 1 万公里的时速1 6 0 2 0 0 k m h 的联络线和支线，以 捷连接欧溯所鸯的主要城枣。屡时欧洲垮踺现世器上最方便、最经济的地颟 嚣南交通大学硕士研究生攀位论文繁5 页 高速运输系绒，欧洲大陆城市闻都通过搿速铁路连接越来，并还将向亚洲延 伸，形成洲际的高速铁路网。 在毫速铗藏静藜按零方鬻，曩本、德潜、法国、串鋈等委在磺剿磁悬浮 铁路，使车体在轨道上浮越一定高度，然后以直线嗽机作为动力撤动列车前 进，其试验时速已达5 1 7 k m h 。美国有人设想在管邋内利用真空原理，设计 一秘真空磁热列车，最高辩速搀达2 2 0 0 k m h 。可见，涟着科技静进步，高速 镶路将冠薪弼箨，不断剖耨。 1 2 2 综龠调度系统 裹速铁鼹综合调度系羧是高速铁黢逶藿管理翻列车运行控毒l 懿孛枢，是 离速铁路高颛技术的集中体现：是离速铁路运营管髓现代化、鑫动亿、安全 高效的标志；是提供乘客便捷、优质服务的窗口。一个高效率、现代化的综 合调度系统，是充分发挥离速铁路运输熊力的前提，是高速铁路的运行安全 稻茯覆鼹务豹绦障。 高速铁路调度指挥系统涉及运输缀织、机车车辆、通信信号、供电、安 全监控、维护救援、旅客服务等多个学科。目前国外高速铁路调度系统基本 划分为三秘类鍪 。l3 ： 第一类以爨本为代表，搬据高速客运专线的特点稻需要，梅建独立于蕊 有线路的高速铁路综合调度系统，全线巢中控制。 第二类以德国为代表，其高速线为既有线路的部分，调度累统以地区 为孛心建立灞寝控麓孛心，按莲装集审装裁。 第三类以法国和西班牙为代表，以线路为目标建立了控制中心。充分考 虑了既有线与高速铁路的兼容问题。 聂本鹃鹱手线调度攒撵系统基本上楚独立豹系绞，其调度系统戆擒建适 成高速铁路运行的特点，充分考虑了离速行车所伴随的高风险靛及行车安全 对调度系统的依赖性，突出了安全的熏要地位：充分考虑了高速旅客有效利 用对闯的强烈愿望，把正点作为工作核心，构建了鬃各专业功能为一体的综 会调度系绞【溺。该系统浚逶辕诗裁麓建头，综台了与行车有关熬备方覆豹内 容，使整个调度指挥系统众面协调她工作。综合调腋系统已经成为日本新干 线的大脑，通过由c o m t r a c 到c o s m o s 的过渡嶷现了更大范嗣的集中和 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 统一管理，将基地管理、维护作业等全部交由调度中心管理。日本高速铁路 运营控制管理中心通过集中管理得到最大的经济利益，新干线运营以来，累 计运送近6 0 亿人次，目前每天运行7 5 0 列以上的高速列车，迄今未发生过 一次因行车事故而引起的旅客伤亡，平均列车晚点时间在一分钟以内，综合 调度系统发挥了巨大作用畔】。 德国因为高速线是既有线的一部分，因此其调度指挥系统也与既有调度 指挥系统融为一体，从体系结构到管理方式完全与既有线相同。德国铁路设 置一个中央调度指挥中心和按区域划分的7 个调度指挥分中心。调度指挥中 心按工作进程分为4 个级别。调度指挥系统具有运输指挥、自动冲突解决、 自动调度、信息服务等功能。德国铁路非常注重把高新科技运用到运输指挥 中，干线行车指挥集中化，由指挥中心操纵近百公里范围内的所有信号、道 岔和各种运行设备。法兰克福调度指挥分中心是一个涵盖铁路、轻轨和地铁 的综合运输指挥中心1 0 ”。 法国和西班牙高速铁路的经营管理尚未形成独立的系统，其调度系统的 构建思想受既有线的影响和制约，其调度业务仅包含客运组织、行车组织及 机车车辆方面的调度，系统结构和调度功能相对简单，在协调配合、应急处 理等方面有待进一步发展| o 引。 国内铁路行车指挥技术和装备自改革开放以来有了很大发展【0 6 1 0 7 1 。电力 监控、变电站自动化、轴温探测、微机化调度集中、微机联锁等已经推广应 用。车次追踪、实迹运行图自动描绘、计算机辅助列车运行计划【6 那以及d m i s 和t m i s 系统都取得了可喜的进展，为研究设计高速铁路调度中心控制系统 及其关键设备打下了一定基础。与国外相比，我国的调度中心自动化水平目 前仍然很低，在列车运行指挥、列车运行计划管理、能源管理、设备管理与 维护、旅客服务等方面，与高速铁路综合调度中心的要求还有很大差距。目 前国内广深准高速铁路和秦沈客运专线调度系统正在实施，但其均是以调度 集中为核心的行车指挥自动化系统，调度系统的功能还比较单一。1 9 9 9 年 2 0 0 0 年，在环形试验铁道进行秦沈高速客运专线调度指挥系统的实验研究获 得了大量数据和经验，2 0 0 3 年铁道部高速办主持的京沪高速铁路综合调度系 统仿真试验项目为进一步的调度方案选型和研发工作铺平了道路。 西南交通太学硕士研究生学位论文第7 页 1 3 研究方法 高速铁路综合调度系统是采用集中控制方式来指挥列车运行，综合调度 指撵中心静穰本任务是舞车运行管理、行车控裁疆及与行车有关的各项调凌 工 乍。该躁统是高速列车安全正点逡行的技术保t 正，是建立在控制论、系统 论、信息论、计算机理论和人工智熊理论等多学科基础上的一种分布式控稍 系统，电力调度予系统则是该系统中受责零引供电系统运行与控制的一个重 要分支。 敞列车运行调度豹是度嚣，到攀诗划的实时调整势螫对电气位铁道牵弓l 供电系统的运行状态产生实时影响，牵引变电所煎荷、馈线电流、功率因数、 接簸网亳灌分蠢等均将涎之交纯； 从综合维修的角度看，缎修计划的制定与电力调度息息相关，牵弓l 变电 所运行方式、开关位嚣驻及牵弓| 闻带电状态等各种信意整均需与综合维修蘸 计划相一致； 从列车群、跨线列车和旅客服务的角度看，列车的速度、工况、阻力、 载踅等傣患也壹接影响善牵弓| 貘电系统翦受萄与谐波： 总而言之，影响高速铁路供电系统的因素可分为两类：一类是确定性的 因素，麴运输线路( 线路豹缎度、鼗线半经、轿隧等) 、襄车信息( 爨车零 辆类型、正况、载重) 、车站信号联锁控制系统、列车控制系统、以及列举 基本计鲻运行圈等。茹一类楚不确斑因素，鲡运输线路上的突澄清况、交瞧 所謦乜牵引嘲设备故障、恶劣天气、自然灾密等。对于确定性的因素，可以通 过分析，预先建立调度方案；对予随机往因素，只能依靠电力调度系统与行 车、安全监控等其它调度系统的实孵信息交互来进行电力能澈昭指撵调配。 考虑到上述因素。高速铁路综合调度电力子系统的研究采用理论研究和 系统绩冀檩结会戆方法： 1 、采用数据库技术对存储模型进行研究。数据库跫数据管理技术的最 新技术，是计算辊学科静一个重要静分支。高速铁籍综台调凄系统涉及静部 门多、工种多、设备多，涉及到机、车、工、电、辆的静态数糕和动态数据， 如线路的坡度、曲线举径、轿隧等，站场的到发线、道岔、倍号机等，机车 的牵引力、到动性旋、编组情况等，列车的早娩点信息、调整计划等，电力 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 的变电所布置、供电方式、牵引网类型以及阻抗参数等。数据量巨大且关系 复杂，宜采用数据库技术对数据进行有效管理。在研究中，本文采用数据库 建模技术对行车信息和供电信息进行建模，建立关系数据库模型。 2 、采用中间件( m i d d l e w a r e ) 技术解决综合调度系统中各子系统间的通 信与信息交互。各个子系统在综合调度系统中的功能相对比较独立，特别是 在现有调度系统向综合调度系统的升级改造过程中，各子系统有可能基于不 同的平台和开发环境，因此必须寻找一种比较恰当的“松耦合”方式以解决 各个子系统之间的通信问题。中间件不是一个孤立的软件，而是一个独立的 软件层。它提供平台( 硬件和操作系统) 和应用之间的通用服务，具有标准 的程序接1 2 1 和协议，从而避免了应用系统与具体平台之间的紧耦合。针对不 同的操作系统和硬件平台，中间件可以有符合接口和协议规范的多种实现， 本文研究并给出了基于中间件技术的仿真通信平台以及开发实例。 3 、采用面向对象理论和三层分布式体系进行仿真建模。面向对象属于 计算机软件工程学中的一个学科分支，该理论认为客观世界是由众多相互联 系的实体组成，每个实体具有自己的属性和方法。面向对象建模理论主张在 对系统进行建模时，首先抽象出系统中的众多实体( 抽象的或具体的) ，建 立系统的对象模型：其次根据客观世界的变化规律抽象出对象之间的联系； 最后确定每个对象的属性以及操作的具体实现过程。高速铁路综合调度系统 涉及众多的实体，对于这些实体以及这些实体之间的动态关系，宜采用面向 对象理论建模。 4 采用系统仿真技术对系统进行模拟和分析。系统仿真技术是采用相 似性的原理对真实系统进行模拟的- f q 技术，是系统设计和系统分析的个 强有力的工具。高速铁路综合调度系统的建设需要大量的投资，系统的设计、 分析、验证等各个环节对系统优化建设起着重要作用；另一方面，如果等到 系统建成使用之后再对综合调度系统进行实验，则会严重干扰铁路运输的正 常运行、影响行车安全。因此，采用系统仿真技术有利于指导高速铁路的建 设优化。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第9 页 1 4 研究内容与结构 本论文结合铁道部科技发展计划项目“高速铁路综合调度仿真实验”开 展。高速铁路综合调度仿真系统是针对我国铁路运行特点，采用仿真技术， 在实验室中完成对综合调度系统功能及其工作环境仿真的系统。该系统主要 实现在仿真条件下的系统运行、模拟外部环境的变化对系统的影响以及它们 之间的互动关系。通过仿真优化综合调度系统设计，检验按照需求制订的技 术条件和接口标准能否达到要求。 高速铁路综合调度仿真系统包括运输计划管理、列车运行调度、动车调 度、旅客服务、电力调度、综合维护和救援、安全监控以及培训等八个功能 子系统。电力调度子系统仿真主要负责牵引供电系统的监测、控制及管理， 按照指定的列车运行计划提供电力，根据编排的检修计划进行停电检修等内 容。该予系统由调度端仿真和电力设各仿真两部分组成，前者的主要功能是 根据综合调度系统的计划信息对整条线路的停送电状况进行控制，并将电力 设备仿真系统在不同条件下的运行状态信息反馈给相关子系统；后者则主要 仿真牵引变电所、接触网和电力机车的运行状态。 论文采用理论研究与软件仿真相结合的方法，将整个仿真系统分为变电 所仿真、供电线路仿真、电力机车仿真以及通信仿真几个部分，随着铁道部 “高速铁路综合调度仿真实验”项目的开展而逐步完善，研究内容如下： 分析高速铁路综合调度系统体系结构与功能配置，按照系统需求划 分电力调度仿真子系统的仿真模块； 利用面向对象和数据库技术建立变电所仿真模型，该模型能够根据 不同的主接线形式进行灵活配罨，较为贴切的仿真现场运行状态： 基于t c p i p 协议的现行电力规约i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 编程实现仿真调度 端和仿真设备端的远动通信，实现仿真远动； 基于i b m 公司的m q s e r i e s 进行应用性开发，实现电力调度子系统与 其相关予系统的“松耦合”消息传递( 已通过“高速铁路综合调度仿真实验” 项目调试) ； 根据电力机车工作原理，利用m a t l a b s i m u l i n k 对电力机车的主电 路建模，分析机车在几种典型工况下的受流状态，建立仿真数据库： 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 利用相关的交互信息通过人机交互软件从数据库中查询得到仿真入 口参数结合供电线路的信息，仿真计算牵引变电所馈线电流和牵引网电压 分布状况，实现与列车运行图相结合的动态仿真； 对仿真试验流程和试验结果进行了分析，给出了综合调度中心的调 度台布置方案和电力调度工作流程； 通过电力调度子系统的仿真研究提出电气化铁路供电系统的仿真思 路以及模块化方案，指出了研究工作的发展方向，对仿真系统应用于我国高 速铁路建设的前景进行了展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 第二章系统分析 2 。1 熹速铁路综合调度系统分析 2 。1 1 我国拟建高速铁路特点 我圈毫速铁路受社会经济发震以及国内实际情况鲍限制，基础设餐如机 车车辆、牵弓l 供电、列车自控系统、监测和诊断系统、调度系统等不可能仓 部引进园外设餐，。而必然是借艇国外技术，依靠国内研发力量，形成我国独 立知识产敬的高速铁路技术。我国高速铁路将是全国路网的一部分，与既有 铁路有潜密切的联系，高速铁路运输的特点必然是高速列车和中速列车混台 运行，考虑到乘车旅行的按续往，我国高速铁路还将穿越或共用既有线枢缱 和站场，必须保证高速铁路运输高速、安全、正点、舒适。 我国铁路授术玻策中琵经明确提出“在沿海经济发达、客流集中的东部 走虢发展时速2 5 0 k m h 及戳上懿鬻速客运专线”。涟蓑秦沈离速客运专线躲 建设戳及裘沪离逮铁路豹技寒论话，菠国离遴铁鼹建设愁经进入实霞性除 段。 2 1 2 国内既有铁路调度系统 我国既有铁路运输调度系统由四级调度机构组成，即铁道部调度中心、 铁路局调度指挥中心、分局调度所和祷站段调度蜜，系统层次结构如图2 1 所示。虽然今年铁道部改革撤销了分局机构，但是调度系统的变化和麓组还 需要一段时间，本论文依旧按照原来的调度层次进行分析。在这四级机构中， 分局调度所是慝接指徉列车运行的，静菇段调度室是粪体瓶行者，而铁道部 和铁路局两级是垒路及路局运输舔常计翊的编制与分解梳构，戳分界港为基 本控制点，在宏观上控帝梳车、车辆及车流，使箕均衡交接撺棚。 分局调度所的特煮是：分王受责、统领导、共鬻协作、相嚣制终。分 局调度所裔孽各个工种( 鼗务调度台) 在嚣计划主任静统一领导下鬣绕秘( 班) 计翊静编翻和执行，按分工开震王俸。各专_ 谴工种分掰统一镁导下一级调度 进行工作，将统一和分工豹原炙| l 爨穿于整令缀织j 建程中。分弱调度组织过程 嚣南交通大攀颂士醑究生攀位论文第 2 页 是一个“流水线”，每个工种在这个过程中仅仅完成一部分工 乍。在数据流 程土荟王静怒辕互莰存豹关系，逶逡羧蕹翡交换关系实褒其管遴癸袭，荛鼓 此作为权限和考核的标凇。 豳2 1 既畜调度系统结构圈 传统的各级调度机构錾本都是针对货物运输而设髯的，与旅客运输有关 的只有一个客运调度台，丽列车调度台8 0 以上的工作量是安排与指挥调度 区段警悫豹涌车终篷及赞甥癸车懿运嚣。各缓镶发熬习臻诗翔内容主要楚 “装、卸、排”及货物刿率的开行计划。这种调度指挥方式不适虚高速铁路 客运的特点和要求。因此，我国高速铁路综合调度机构应有别予现行调度系 统，必须根据“商速”及“客运专线”的特点进行构建。根据爨髓对国终三 种类型豹诵痰系统豹了解，必须试谈翔，律随着铁鼹客运量豹增细，列车商 速与高密度的运行，铁路运输业务的复杂性、多样性及业务量的急骤增长， 用传统的、简单的调度指挥管理手段甚至单一的自动化系统来谋求铁路业务 塞挥营理熬会理馥移瑷代键基是耱痰零蘩。毫速铰鼹运辕豢挥调疫具毒不羁 专业、不阐般务之间密切的相关性，因此，在各业务部门系统化囟动化的同 时，有必要将各部门集约于一个综合系统，以期达到铁路业务指挥管理的台 理他与现代化】。高速铁路综合调度系统也应鞋鼗为强的开展磺究。 西粥交通大学硕士哥 究生学位论文第1 3 页 2 。l 。3 综合调度系统功缝 2 ， 。3 。1 综合调发系统结构 根据高速铁路运黼的特点，为保证高速铁路高效、安全地运行，高速铁 路综合调瘦系绕为猿立静系统，荬钵系络籀如图2 2 搿示，崮上层警灌橇关、 综合调艘中心、基层站段及现场设备四层组成，麒核心是综台调度中心和耩 屡链彀5 潞黔l 。 图2 2 综台调度系统结构困 综禽调度中心受舞高速铁路全线旅客弼车的运行盏控，统一编稍许划、 统一调度指挥。这个中心相巍于现有铁路调度系统中的分局调度所，其上屡 不再设调度机构，直接指挥翻常运输生产；它以行车为核心，围绕安全、砸 点鲍中，妊任务，透过器专业谩度台囱基层蛄段发布调度鑫令。考虑剿我国铁 路的发展需求，综合调度中心与既商调度系统和其它线路的综合调魔中心商 一定夔镶愚交嚣帮选务联系。 基鼷站段烧受令后的执行机构。按调度中心的命令组织实施。 主麓管理机构为箕领导鄢门i 可醣商综合谲度孛心各监务舔门发送稳关 指示，佩一切调度命令必须通过棚失业务调度台发布。 铁路沿线现场设备主要有两类； 受控系统：如运行书的列车群、变电艨、事赦现场、维修现场等。 嚣赢交通大攀硕士矮究生掌位论文第14 页 信息源系统：地丽监测系统、灾害监测系统、人工监测系统等。 2 。，3 。2 子系统划分与功熬配置 综合调壤系统醵猁率运行调度系统为核心，综台行车、枫务、工务、奄 力、电务、旅客向导、维修检测、安仝监控等为一体。其功能按专业应用要 求划分为运输计划管理、列车运彳亍调度、动车组调度、旅客服务、电力调度、 练合维护与救援、安全鼗羟瑷及臻铡等，令秘l 予系统。 运输计划予愆统； 制订整个系统的列车运行计划、动车组运用计划、乘务掇运用计划 等与运输有关的慧零计划： 交受计翔及实藏诗翔的潮订与下达； 对实际运输的有关疑料进行统计。 列车运行调度子系统： 姣攘运输诗刘管疆子系统钊悫熬舆车运行安燧诗划，缀织实蘧列车 运行； 根据行车计划控制高速线上镪列车的运行，实时监督、记录、统 计镣一列车的运 亍状提； 通j 筵专线及蠢两举站帮列车转送各耱行车数据帮指令： 在出现异常状况时能自动发出调整行车计划和纠正不正常情况的安 全措施命令； 乍栽数攥警理、缭骖闺疆豹攘定叛及下达列车安全习纛遴簿嚣霉匏 其他指令。 澍车组调度乎系统： 对离速动车组及巾速剜车的分配、运用、台帐及故障修联进霉亍管理： 难韵车段( 矫) 滋行管莲； 根据列车运行情况发送改变动车组运用、乘务人员行程变量指令： 监视动车组运行状况，提出瑟换和修改指令： 辩韵车缰鞠乘务人受运翊谤列翻凌辜组豹瑟豢检查送行管理。 旅客服务予系统： 及时、全面地掌糕客流、客票、列车运行及早晚点信息； 嚣赢交通大学硕士研究生攀位论文第1 5 页 及时准确地在列车上、站台、进出站口、售票厅、假车室以及 i n t e r n e t 、寻呼台等各种旅客可接触到的地方以自动广播和屏幕 显承豹形式囊旅褰帮客运久爨缀告； 提供电脑查询、窖票自动预售、时钟显示以及列车上旅客信息服务。 电力调度予系统： 受责牵弓 供电系缝稠设冬拱电系统的监视、控制、监测及管理； 禳獬瓣车开章亍计划秀之提供魄力； 根撼计划安排供电的维修管理； 实时监视高速铁路各牵引变电所及供电线路的工作状况以及调整电 力系统运行绩凌，激爨迂裹逮藏车正拳运行瓣霉豹稳定邀力供痤； 设备并常情况和灾害事故情况时提出适当的指示芳迅速恢复供电； 对供电线路、设备、设施的圈常检查进行安排和管理。 综合维护与救援子系统： 聪龛线线路狡撬遴行篷溺及餐瑗； 管溅线路的f | 常维护及保养； 安排施工、工务设施检修； 敖滚疆历管理，维护诗剡管理； 集巾对全线的僚譬及相关的控制设备状态遥行监灏； 通髓各专业机房环境监测系统及时掌握电务设备及其工作环境的状 态，台理安排维修，保证系缆羹三常运转； 敖障诲嚣下及辩袋取有效搔熬，使危害降鬟羰低程度； 在靛生事故灾害时，提供紧急救援方案： 负爨线路维修计划、慢行区段指定以及灾密情况修复作业安排： 在鞔捡车定鬏检测数据豹基磁上对灏试数爨及线路巡筏入员熬检查 报告等进霉亍管遵。 安全监控予系统