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車(chē)載能量測(cè)量促進(jìn)環(huán)境保護(hù) 測(cè)量數(shù)據(jù)駕駛
能耗在諸多領(lǐng)域變得越來(lái)越重要，鐵路行業(yè)也不例外。通過(guò)監(jiān)測(cè)每輛列車(chē)的能量、費(fèi)用清單，能夠激推動(dòng)鐵路運(yùn)營(yíng)商優(yōu)化能量使用效率。本文講述了LEM的組件；這是套暫行EN50463的可以實(shí)現(xiàn)能量監(jiān)測(cè)和費(fèi)用核算的系統(tǒng)。
幾乎我們生活中的每個(gè)領(lǐng)域都面臨壓力需要降低能耗引起的二氧化碳排放量才從而減輕對(duì)環(huán)境的破壞。盡管鐵路行業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳排放量比其他運(yùn)輸方式少，但是仍然有必要進(jìn)步提能效。
英國(guó)環(huán)境、食品和農(nóng)村事務(wù)部的研究表明，鐵路運(yùn)輸每乘客每公里產(chǎn)生的CO2量為61g，而汽車(chē)每乘客每公里產(chǎn)生的CO2量140g（汽車(chē)尾氣排放量基于1.5的平均占有率）。鐵路越來(lái)越電氣化提供了種提能效的途徑，但是巨大的資金投入在當(dāng)前充滿挑戰(zhàn)的經(jīng)濟(jì)氣候下不現(xiàn)實(shí)。
對(duì)于實(shí)際消耗能量的鐵路運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，種方法是監(jiān)測(cè)并設(shè)定目標(biāo)降低能耗、成本和排放量。如果鼓勵(lì)司機(jī)避免能源浪費(fèi)－即采取“駕駛”，那么提供每次旅程的詳細(xì)行駛信息就尤為重要。將來(lái)，司機(jī)有可能采用的*速度行駛，它與如何駕駛經(jīng)濟(jì)的新理念相結(jié)合，可以10-20％以上。
對(duì)于化石燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，油耗測(cè)量相對(duì)簡(jiǎn)單些，但是在電氣化 線路牽引能耗測(cè)量系統(tǒng)中，分配的成本和每次旅程的碳影響對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)是必須的 。如果要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目，那么每輛列車(chē)都需要種的車(chē)載能耗測(cè)量方法。
該系統(tǒng)必須記錄能耗和位置，使得運(yùn)營(yíng)商能夠掌握導(dǎo)致能耗的原因，并提供不同電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的費(fèi)用清單。這在歐洲尤其是種挑戰(zhàn)，因?yàn)槟莾旱蔫F路旅行常見(jiàn)。需要支持多個(gè)軌道網(wǎng)絡(luò)和鐵路運(yùn)營(yíng)商的監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 必須規(guī)范化。已經(jīng)制定了暫行EN50463，它與列車(chē)能量測(cè)量相關(guān)的可能要求。
如果制定合理，則會(huì)成功實(shí)施。prEN50463的制定考慮了許多不同利益相關(guān)者的意見(jiàn)，從鐵路運(yùn)營(yíng)商到設(shè)備制造商，此外還考慮了TSI基本要求規(guī)范和UIC建議。
該分為5部分：
·prEN 50463-1：范圍、般架構(gòu)、文件結(jié)構(gòu)、引用、般要求
·prEN 50463-2：從OCL到計(jì)量單元的電壓/電流傳感器測(cè)量鏈
·prEN 50463-3：輸入/輸出數(shù)據(jù)處理和內(nèi)存管理單元
·prEN 50463-4：車(chē)載和“列車(chē)-地面”通信系統(tǒng)
·prEN 50463-5：評(píng)定被測(cè)系統(tǒng)的致和協(xié)同時(shí)采用的測(cè)試程序規(guī)范
能量測(cè)量系統(tǒng)（EMS）的3個(gè)主要功能塊詳見(jiàn)第2-4節(jié)，它們需要處理列車(chē)擬定運(yùn)行的牽引系統(tǒng)（參見(jiàn)圖1）。產(chǎn)生的匯編能量計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)（CEBD）被下載到地面系統(tǒng)，并被鐵路運(yùn)營(yíng)商用來(lái)提能效。
圖1－prEN 50463理念
系統(tǒng)核心是第2部分講述的能量測(cè)量功能（EMF），它測(cè)量電流和電壓，并計(jì)算能耗。EMF包括3部分：
·電壓測(cè)量功能（VMF）
·電流測(cè)量功能（CMF）
·能量計(jì)算功能（ECF）
在鐵路應(yīng)用中，電流和電壓測(cè)量以及能耗計(jì)算面臨個(gè)重大的工程挑戰(zhàn)。驅(qū)動(dòng)現(xiàn)代化列車(chē)需要消耗巨大電能，多制式貨運(yùn)列車(chē)過(guò)6.4 MW，這就意味著EMS必須處理大的電壓和電流。EMS都必須配置能夠處理電氣化鐵路網(wǎng)不同電壓的VMF（交流電25 kV @ 50 Hz、15 kV @ 16.7 Hz；直流電750 V、1500 V或 3000 V）。EMS必須，zui終可能被普遍采用的是0.5 R（每個(gè)部件到0.5R1）。
鐵路領(lǐng)域同時(shí)還面臨環(huán)境挑戰(zhàn)：EMF必須能夠應(yīng)對(duì)寬運(yùn)行溫度和強(qiáng)機(jī)械應(yīng)力。系統(tǒng)必須能夠防止灰塵和水進(jìn)入－些運(yùn)營(yíng)商規(guī)定外殼必須達(dá)到IP65。溫度波動(dòng)可能較大，設(shè)計(jì)者必須考慮有可能形成冷凝。
在如此的電源電壓下，VMF面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是充分。LEM的DV系列電壓傳感器鐵路領(lǐng)域而設(shè)計(jì)，可以測(cè)量這類(lèi)大電壓，失調(diào)低、（0.5R和0.75R）、線度好。該傳感器表現(xiàn)出良好的共模能－測(cè)量2根導(dǎo)體間的實(shí)際電壓差并忽略普通對(duì)地電壓失調(diào)。
CMF的開(kāi)發(fā)也有挑戰(zhàn)，因?yàn)榇箅娏鳒y(cè)量很難達(dá)到0.5R。zui常用的電流傳感器－霍爾效應(yīng)－不能達(dá)到需要。采用分流器可能是種簡(jiǎn)單的替代方案，測(cè)量小電阻上的壓降，從而能夠通過(guò)歐姆定律計(jì)算電流。不過(guò)，這種方法存在固有缺陷，分流器消耗的電能會(huì)導(dǎo)致散熱問(wèn)題。
LEM公司開(kāi)發(fā)的種CMF傳感器0.5R的要求。采用閉環(huán)磁通門(mén)能夠確的、良好的線度并消除插入損耗，LEM開(kāi)發(fā)的CMF傳感器，可以測(cè)量4kARMS的電流，prEN 50463中規(guī)定的0.5R要求。這種ITC 4000傳感器同時(shí)還表現(xiàn)出的：鐵路領(lǐng)域個(gè)重要的特點(diǎn)就是固有電噪音。開(kāi)發(fā)0.5R的CMF的難度說(shuō)明了個(gè)事實(shí)即ITC 4000是當(dāng)前*款可以達(dá)到這個(gè)規(guī)格的傳感器。
ECF是個(gè)復(fù)雜功能。在鐵路領(lǐng)域中，電能計(jì)算比我們?cè)趯W(xué)校學(xué)到的電壓與電流的簡(jiǎn)單相乘復(fù)雜。電壓和電流不斷變化，采用交流電時(shí)，電壓和電流不可能同相。相移導(dǎo)致比例的電能流入火車(chē)然后又返回，這種現(xiàn)象稱之為“無(wú)功功率”。能量又返回電網(wǎng)，盡管看起來(lái)沒(méi)有影響，但實(shí)際上，無(wú)功功率可能被耗散為供電網(wǎng)的無(wú)用功率。因此prEN 50463要求EMF計(jì)算無(wú)功和有功（實(shí)際）功率。
圖2－EM4T II結(jié)構(gòu)圖
圖2顯示的LEM EM4T II（ 牽引能量表II）是如何實(shí)現(xiàn)EMF的很好例證。EM4T II從 CMF和VMF獲取讀數(shù)，也能連接到GPS 裝置允許繪制帶有位置數(shù)據(jù)負(fù)載曲線。GPS接口同樣提供了度的時(shí)鐘信號(hào)用于時(shí)間沖壓負(fù)載信息 。
可以利用串行接口從EM4T II讀取數(shù)據(jù)。從EM4T II內(nèi)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)提取出來(lái)然后通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)。
EM4T II可以配置第2個(gè)接口，系統(tǒng)鐵路運(yùn)營(yíng)商的特定要求。
車(chē)載能量測(cè)量和報(bào)告需要個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，它不能計(jì)算能量，還能記錄位置、時(shí)間戳數(shù)據(jù)并隨后將信息傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)。不過(guò)，開(kāi)發(fā)的EMS時(shí)的個(gè)zui大挑戰(zhàn)是測(cè)量電流和電壓。雖然沒(méi)有得到批準(zhǔn)，但是0.5R這挑戰(zhàn)規(guī)范的VMF和CMF組件已經(jīng)推出。將它們與ECF部件結(jié)合起來(lái)，采用其他現(xiàn)成的GPS和通信產(chǎn)品就可能開(kāi)發(fā)出prEN 50463要求的車(chē)載EMS。解決方案的盡早開(kāi)發(fā)，能夠盡快展開(kāi)部署。這將意味著，我們不必等待很久就能看到歐洲鐵路駕駛帶來(lái)的環(huán)境和財(cái)務(wù)收益。
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