基于LAIS技术的电力机车精细化能耗数据系统的设计与实现

刘彦峰

摘要：系统为实现电力机车能耗精细化能耗数据采集与应用目标而设计，基于LAIS信息平台，采用数据叠加技术整合能耗精细化数据，为节能操纵分析提供有力的数据基础。

【关键词】LAIS技术 ； 电力机车能耗数据

1.研发背景

能源是社会经济发展的重要物质基础，在建设资源节约型社会的今天，节能降耗已成为解决能源危机的重要举措，保证经济持续发展的当务之急。

神朔铁路电气化机车能耗是运营的重大成本支出，能源单耗是反映机务段运输生产过程的一个重要经济指标。分析能耗增减变化的成因，对领导制定节能降耗措施、完成节能目标、降低成本支出、提高经济效益都具有非常重大的现实意义。目前神朔铁路电力机车使用机械式电表进行能耗计量，采用乘务员交接班时手工抄表的数据采集方式，存在数据实时性差、机械表计量精度低、数据精细化程度低、统计结果误差大等问题。

2.国内外研究现状

为解决上述问题，国内不少学者提出解决方案，大致包括以下两种：

人員添乘、手工抄表：在一定程度上解决了数据精细化程度低的问题。但由于人力资源有限，不能做到每台车、每趟车都采用此方法，导致数据量少，且手工记录难免产生误差，达不到通过大量真实数据进行能耗分析的目的。

在电力机车上加装具备IC卡的新型电表：可分时记录能耗数据，通过人工将数据转储到地面系统，由系统将能耗数据与机车运行信息结合，实现精细化统计分析。该方案仍需人力投入，且铁路部门对机车车载装置的质量要求较高，目前还没有真正能够大批量生产并投入使用的该类新型电表。

3.解决方案

神朔机务段目前在电力机车上使用的是通过北京铁路局科委评审的车载无线传输设备（LAIS车载设备）和能耗监测装置（能耗装置），并建立通信服务系统（LAIS信息平台），可实现机车运行信息和能耗数据的远程无线传输与存储，只需在此基础上开发出相应的数据统计分析软件，即可实现研发目标。

4.系统方案

系统通过同步叠加能耗装置采集的能耗信息和LAIS车载设备采集的机车运行信息，将数据自动汇总出不同供电段、机型、运别、区段等精细化能耗数据，并提供相关统计分析报表，反应用电量在线路上使用情况，体现司机操纵水平。通过对比多趟车的单耗、用电量和吨公里，分析机车运行状态。

能耗数据和机车运行数据的精细化整合是本系统的基础。本文主要围绕神朔机务段现有SS4＼SS4B型双节电力机车开展，担当货运任务时，采用多机重联的方式牵引货物。根据上述情况的需要，精细化数据整合包括如下三个步骤：

4.1.双节机车能耗数据整合

双节机车每节配属独立的LKJ监控记录器（LKJ），安装能耗装置及LAIS车载设备，分别读取机车能耗数据和运行数据，机车工作时，只有一端LKJ开机，担当牵引任务，能耗装置以LKJ时间为基准记录能耗信息，另一端LKJ不开机，能耗装置以自身时钟为基准记录电量信息。

机车双节能耗数据到达地面后，地面系统根据数据库中记录的能耗装置与机车对应关系，判断哪两组能耗数据属于一台机车，并以时间为依据进行同步叠加。

4.2单台机车（双节）能耗数据与运行信息数据整合

机车能耗数据与运行信息数据在到达地面时处于彼此独立的状态，需要将两种数据有机结合，才能够形成精细化的能耗数据。

系统以时间为依据，如机车运行信息传输率为S秒一次，能耗信息传输率为S1秒一次，S1>=S，地面系统在接收数据时，将时间误差范围在S秒内的同一机车能耗数据及运行信息数据进行整合，形成一条完整的单台机车精细化能耗数据（包括：时间、速度、司机手柄级位、列车位置、正/反向有功电能、电流等等）。

4.3本务、重联机车能耗数据整合

以双机四节机车牵引重车情况为例，只有本务机车参与主控操纵，因而重联机车工作情况对分析乘务员节能操纵没有分析价值，根据神朔机务段需求调研结果，以整列机车耗电量为基准进行能耗统计，即可避免总重吨公里分劈计算，又可以更加直观地体现机车运行过程中的耗电情况。因此，本系统采用将本务、重联机车所有能耗数据累加后，以本务机车为主体进行能耗统计的方案。

为实现上述要求，在（1）（2）步骤中已实现本务、重联机车各自精细化数据的整合，下面再根据本务、重联机车担当车次相同这一特性，地面系统以机车担当车次及时间为依据，将同车次且时间误差小于等于S秒的本务、重联机车精细化能耗数据进行同步整合，并存入数据库，为后期能耗统计及分析提供数据基础。

5. 软件设计

系统功能模块划分为五大类：LAIS信息平台、电力机车能耗统计、能耗分析、节能操纵模型及系统维护。

下面仅对本系统主要功能模块进行介绍。

5.1. 整列机车能耗数据累加

整列机车能耗数据累加模块负责将整列机车（包括本务、重联机）的所有机车能耗数据进行同步叠加，并分别按照区间及担当车次划分数据，进行存储，为后期的能耗统计提供数据基础。

5.2. 能耗数据统计

该模块实现精细化能耗统计，根据不同的查询条件，分车型、分日期统计、分值乘司机统计机车能耗情况，包括：总重吨、万吨公里单耗、总走行、起始时间、起始地点、机车基本信息、乘务员信息等等，可根据要求进行排序。

5.3. 能耗精细化统计

该模块实现按任意运行区段进行能耗统计，包括：总重吨、万吨公里单耗、总走行、起始时间、起始地点、机车基本信息、乘务员信息等等，可根据要求进行排序。

为了能更好体现电力机车能耗数据的应用，通过数据二次叠加后，还需要根据实际数据进行业务数据整合，从而实现数据展现符合业务需求的应用，特别是神朔铁路现有的运输体质，编组方式，数据组织形式为：以同一车次为索引，组织同一牵引任务多车参与数据组合与运算，并通过数据运算体现相应的机车运用指标及能耗使用指标

5.4. 能耗数据分析

能耗数据经过系统整合后，统计机车值乘及电能消耗情况，为分析机车值乘操纵与电能消耗关系提供数据依据。可根据查询条件进行设置，可设定标准单耗值，以此值作为评价标准，对于超出此单耗值的值乘车次进行高亮显示：

能耗曲线分析图主要展现本务机车以位置（公里标）为X轴，展现限速曲线、速度曲线、网压曲线、电流曲线、有功电能（耗电）曲线，直观展示机车值乘的情况。

5.5 系统维护

对系统字典表数据及配属、机车、LAIS车载设备、能耗装置情况的维护。

6.结束语

电力机车能耗统计与分析系统的研发，建立在神朔机务段LAIS信息平台基础上，采用电力机车能耗、网压数据与列车运行数据信息的同步叠加技术，实现电力机车能耗精细化数据的整合、统计和应用，为机车能耗分析提供有效的数据基础，有效提高信息获取机制和高效的决策手段，从而进一步提高公司能耗现代化管理水平。

作为智能化的应用平台，系统还可不断增加和完善功能，如增加局间电费核算功能，为局间用电量结算提供有力的数据依据，并集成神朔铁路车机工电辆等相关专业，开发更多应用功能，促进铁路信息化的加快实施。

【参考文献】

[1] 张崇阳，论电力机车能耗问题[J].科研，2017（03）：164.

[2] 胡金东.交通节能潜力分[J].长安大学学报（社会科学版），2008，10（3）：39-42.