轨道交通车辆及其碳排放计算方法、系统

技术领域

本发明属于轨道交通车辆技术领域，尤其涉及一种轨道交通车辆及其碳排放计算方法、系统。

背景技术

轨道交通车辆，作为向全民提供的绿色交通工具，为全民出行过程中的人均碳排放降低做出了卓越贡献，但鉴于机车车辆等大型交通工具本身的能耗仍然十分巨大，只有精准评估产品本身的能源效率和碳排放强度才能为今后提供更为低碳的轨道交通产品提供数据支持。

传统的机车运行中碳排放数据的统计更多通过人工统计的方式进行，需要耗费大量的人力物力，且数据的准确性很难得到保障，因此需要开发出一种机车运行中碳排放的计算方法，使机车运行中产生的碳排放数据可以及时准确进行统计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轨道交通车辆及其碳排放计算方法、系统，以解决人工统计机车运行过程中碳排放数据需耗费大量人力物力，且准确性难以保障的问题。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种碳排放计算方法，用于计算轨道交通车辆运行过程中的碳排放，所述计算方法包括以下步骤：

获取机械间动力电缆上的电压值和电流值；

根据所述电压值和电流值确定车辆的工作模式；

计算不同工作模式下的碳排放量。

进一步地，所述动力电缆上的电压值包括Ⅰ端接触网电压、Ⅱ端接触网电压、动力储能源两端电压和发电机输出电压；所述动力电缆上的电流值包括Ⅰ端高压电缆通过的电流、Ⅱ端高压电缆通过的电流、动力储能源输出电流和发电机输出电流。

进一步地，根据所述电压值和电流值确定车辆的工作模式，具体包括：

当Ⅰ端接触网电压和Ⅰ端高压电缆通过的电流均不为零且Ⅱ端接触网电压、动力储能源两端电压、发电机输出电压、Ⅱ端高压电缆通过的电流、动力储能源输出电流和发电机输出电流均为零，或Ⅱ端接触网电压和Ⅱ端高压电缆通过的电流均不为零且Ⅰ端接触网电压、动力储能源两端电压、发电机输出电压、Ⅰ端高压电缆通过的电流、动力储能源输出电流和发电机输出电流均为零，或Ⅰ端接触网电压、Ⅱ端接触网电压、Ⅰ端高压电缆通过的电流和Ⅱ端高压电缆通过的电流均不为零且动力储能源两端电压、发电机输出电压、动力储能源输出电流和发电机输出电流均为零时，车辆的工作模式为接触网模式；

当动力储能源两端电压和动力储能源输出电流均不为零且Ⅰ端接触网电压、Ⅱ端接触网电压、发电机输出电压、Ⅰ端高压电缆通过的电流、Ⅱ端高压电缆通过的电流和发电机输出电流均为零时，车辆的工作模式为动力储能源模式；

当发电机输出电压和发电机输出电流均大于零且Ⅰ端接触网电压、Ⅱ端接触网电压、动力储能源两端电压、Ⅰ端高压电缆通过的电流、Ⅱ端高压电缆通过的电流和动力储能源输出电流均为零时，车辆的工作模式为柴油机模式；

当Ⅰ端接触网电压、动力储能源两端电压、Ⅰ端高压电缆通过的电流和动力储能源输出电流均不为零且Ⅱ端接触网电压、发电机输出电压、Ⅱ端高压电缆通过的电流和发电机输出电流均为零，或Ⅱ端接触网电压、动力储能源两端电压、Ⅱ端高压电缆通过的电流和动力储能源输出电流均不为零且Ⅰ端接触网电压、发电机输出电压、Ⅰ端高压电缆通过的电流和发电机输出电流均为零，或Ⅰ端接触网电压、Ⅱ端接触网电压、Ⅰ端高压电缆通过的电流、Ⅱ端高压电缆通过的电流、动力储能源两端电压和动力储能源输出电流均不为零且发电机输出电压和发电机输出电流均为零时，车辆的工作模式为接触网模式+动力储能源模式；

当发电机输出电压和发电机输出电流均大于零、Ⅰ端接触网电压和Ⅰ端高压电缆通过的电流均不为零且Ⅱ端接触网电压、动力储能源两端电压、Ⅱ端高压电缆通过的电流和动力储能源输出电流均为零，或发电机输出电压和发电机输出电流均大于零、Ⅱ端接触网电压和Ⅱ端高压电缆通过的电流均不为零且Ⅰ端接触网电压、动力储能源两端电压、Ⅰ端高压电缆通过的电流和动力储能源输出电流均为零，或发电机输出电压和发电机输出电流均大于零、Ⅰ端接触网电压、Ⅰ端高压电缆通过的电流、Ⅱ端接触网电压和Ⅱ端高压电缆通过的电流均不为零且动力储能源两端电压和动力储能源输出电流均为零时，车辆的工作模式为接触网模式+柴油机模式；

当发电机输出电压和发电机输出电流均大于零、动力储能源两端电压和动力储能源输出电流均不为零且Ⅰ端接触网电压、Ⅱ端接触网电压、Ⅰ端高压电缆通过的电流和Ⅱ端高压电缆通过的电流均为零时，车辆的工作模式为柴油机模式+动力储能源模式；

当发电机输出电压和发电机输出电流均大于零、Ⅰ端接触网电压、Ⅰ端高压电缆通过的电流、动力储能源两端电压和动力储能源输出电流均不为零且Ⅱ端接触网电压和Ⅱ端高压电缆通过的电流和均为零，或发电机输出电压和发电机输出电流均大于零、Ⅱ端接触网电压、Ⅱ端高压电缆通过的电流、动力储能源两端电压和动力储能源输出电流均不为零且Ⅰ端接触网电压和Ⅰ端高压电缆通过的电流均为零，或发电机输出电压和发电机输出电流均大于零且Ⅰ端接触网电压、Ⅰ端高压电缆通过的电流、Ⅱ端接触网电压、Ⅱ端高压电缆通过的电流、动力储能源两端电压和动力储能源输出电流均不为零时，车辆的工作模式为接触网模式+柴油机模式+动力储能源模式。

进一步地，当车辆的工作模式为接触网模式时，车辆产生的碳排放为间接排放，具体计算公式为：

其中，E

当车辆的工作模式为动力储能源模式时，不计车辆产生的碳排放量，即车辆产生的碳排放量为0；

当车辆的工作模式为柴油机模式时，车辆产生的碳排放为直接排放，具体计算公式为：

E

当车辆的工作模式为接触网模式+动力储能源模式时，车辆产生的碳排放为E

当车辆的工作模式为接触网模式+柴油机模式时，车辆产生的碳排放的具体计算公式为：

E

其中，E

当车辆的工作模式为柴油机模式+动力储能源模式时，车辆产生的碳排放为E

当车辆的工作模式为接触网模式+柴油机模式+动力储能源模式时，车辆产生的碳排放为E

基于同一构思，本发明还提供了一种碳排放计算系统，用于计算轨道交通车辆运行过程中的碳排放，所述计算系统包括：

第一电压传感器，用于采集Ⅰ端接触网电压；

第二电压传感器，用于采集Ⅱ端接触网电压；

第三电压传感器，用于采集动力储能源两端电压；

第四电压传感器，用于采集发电机输出电压；

第一电流传感器，用于采集Ⅰ端高压电缆通过的电流；

第二电流传感器，用于采集Ⅱ端高压电缆通过的电流；

第三电流传感器，用于采集动力储能源输出电流；

第四电流传感器，用于采集发电机输出电流；

液位传感器，用于采集柴油机燃油箱的液位；

控制模块，用于获取第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器和第四电压传感器采集的电压值，获取第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器和第四电流传感器采集的电流值，根据所述电压值和电流值确定车辆的工作模式，以及计算不同工作模式下的碳排放量。

进一步地，所述动力储能源为蓄电池组。

进一步地，所述控制模块为列车控制管理系统TCMS或新增的控制器。

基于同一构思，本发明还提供了一种轨道交通车辆，包括如上所述的碳排放计算系统。

有益效果

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明根据动力电缆上的电压值和电流值识别出车辆所处的工作模式，然后计算出不同工作模式下的碳排放量，实现了轨道交通车辆碳排放量的自动计算，大大提高了碳排放的计算效率和计算准确性，降低了计算成本，为实现全价值链碳中和的总体目标提供了数据支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中碳排放计算方法流程图；

图2是本发明实施例中各传感器在车辆上的安装示意图；

图3是本发明实施例中系统工作原理图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种碳排放计算方法，用于计算轨道交通车辆运行过程中的碳排放，该计算方法包括以下步骤：

步骤1：获取机械间动力电缆上的电压值和电流值；

步骤2：根据步骤1获取的电压值和电流值确定车辆的工作模式；

步骤3：计算不同工作模式下的碳排放量。

步骤1中，利用电压传感器采集机械间动力电缆上的电压值，利用电流传感器采集机械间动力电缆上的电流值。电压传感器包括第一电压传感器U

步骤2中，根据步骤1中各电压传感器U

表1根据电压值和电流值判断车辆的工作模式

表1中，U

步骤3中，车辆的工作模式不同，碳排放量的计算方式不同。车辆目前主要通过接触网或内燃机车获取能量，由于从接触网或第三轨获取的能量并不会直接产生排放，因此所产生的碳排放为间接排放；而内燃模式时通过燃烧柴油获取能量，属于直接排放，因此所产生的碳排放为直接排放。即本实施例中，车辆工作在接触网模式时，由于车辆本身并不产生碳排放，而是发电厂发电并为接触网供电时产生碳排放，因此接触网模式下的碳排放为间接排放，即间接排放是指车辆从外部受流时(即从接触网取电)产生的碳排放，直接排放是指车辆的柴油机通过燃烧柴油产生能量时产生的碳排放，主要根据柴油的消耗量来计算。

当车辆的工作模式为接触网模式时，车辆产生的碳排放为间接排放，单个接触网模式下碳排放量的具体计算公式为：

其中，E

根据式(1)可知，车辆从接触网取电时的间接碳排放量等于车辆运行中产生的能耗×车辆运行区域电网年平均供电排放因子，不同地区的τ不同，由国家相关部门发布，例如华北地区电网年平均供电排放因子为0.7669tCO

当车辆的工作模式为蓄电池模式时，车辆不产生碳排放，因此不计车辆产生的碳排放量，即车辆产生的碳排放量为0。

当车辆的工作模式为柴油机模式时，车辆产生的碳排放为直接排放，单个柴油机模式下碳排放量的具体计算公式为：

E

其中，E

本实施例中，燃油为柴油，柴油密度ρ为0.8，液位传感器采集的数据为柴油体积，由于柴油质量为吨，因此柴油消耗量等于(D

低位发热量、单位热值含碳量、碳氧化率为常用化石燃料相关参数推荐值中柴油的特性值。柴油的低位发热量Q

当车辆的工作模式为接触网模式+蓄电池模式时，车辆产生的碳排放为E

当车辆的工作模式为接触网模式+柴油机模式时，车辆产生的碳排放的具体计算公式为：

E

其中，E

当车辆的工作模式为柴油机模式+动力储能源模式时，车辆产生的碳排放为E

当车辆的工作模式为接触网模式+柴油机模式+动力储能源模式时，车辆产生的碳排放为E

本发明实施例还提供了一种碳排放计算系统，用于计算轨道交通车辆运行过程中的碳排放，该计算系统包括：第一电压传感器U

第一电压传感器U

本实施例中，控制模块可以为列车控制管理系统TCMS，也可以为新增的控制器。各传感器将采集的数据发送给TCMS，TCMS对数据进行记录并根据公式(1)～(3)计算出不同工作模式时的碳排放量。车辆在混合动力模式时涉及到直接碳排放和间接碳排放，需要将直接碳排放和间接碳排放分别计算，然后求和。TCMS与车辆显示屏连接，通过车辆显示屏进行碳排放数据的显示。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。