台灣軌道機電系統運轉之研究-總計畫：

(1)

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

台灣軌道機電系統運轉之研究--總計畫：

研究成果報告(精簡版)

計畫類別：整合型

計畫編號： NSC 100-2221-E-011-010-

執行期間： 100 年 08 月 01 日至 101 年 07 月 31 日執行單位：國立臺灣科技大學電機工程系

計畫主持人：陳南鳴

計畫參與人員：碩士級-專任助理人員：王智瑩學士級-專任助理人員：董宥佑

公開資訊：本計畫可公開查詢

中華民國 101 年 10 月 31 日

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中文摘要：本計畫之總體目標希望能涵蓋各種軌道機電系統在營運時的問題探討，以增加其安全性或節省開銷，並規畫下列的研究主題：

（一）本子計畫由中州技術學院資訊工程系王文智教授主持，進行「具節能策略之列車控制系統之分析與設計」的研究。（二）本子計畫由亞東技術學院電機工程系曾乙申教授主持，進行「捷運 750V 直流正極饋線電纜絕緣敗損預警系統研製」的研究。（三）本子計畫由逢甲大學電機工程系黃思倫教授主持，進行「台鐵列車動力牽引設備用電分析與考量儲能設備之省能運行策略」的研究。（四）本子計畫由總計畫主持人台灣科技大學電機工程系陳南鳴教授主持，進行

「鐵路系統因應異常狀況之時刻表調整」的研究。原由台北科技大學電機工程系古碧源教授主持，進行「交流電氣化鐵路列車電力設備切換暫態量測與干擾鑑定」的研究因去年計畫未通過，所以不再討論。經由整合上述各項研究主題，以及參與研究之專家學者，透過分享經驗與知識，分工合作以收事半功倍之效，也為國家培養軌道機電方面的人才。

中文關鍵詞：節能控制､電池儲能系統、直流饋線電纜、絕緣檢測、運行策略、監控技術､鐵路時刻表調整

英文摘要： The overall objective of this project hope to cover a variety of rail electromechanical systems operations to explore and to increase their security or to save money. The topics of each subproject are：

(1) ＇Train control system analysis and design of energy-saving strategies＇conducted by Professor Wen- Jieh Wang of Chou Institute of Technology.

(2) ＇Development of Early Warning System for Insulation Deterioration of the 750V DC Positive Feeder Cables of Mass Rapid Transit＇conducted by Professor Yi-shen Zeng of Oriental Institute of Technology. (3) ＇Analysis and consideration of Taiwan Railway train powered traction equipment electricity energy storage equipment, energy-saving operation strategy＇conducted by Professor Sy-Ruen Huang of Feng Chia University. (4) ＇Timetable Rescheduling for Abnormal Situation in Railway Systems＇conducted by Professor Nanming Chen of Nation Taiwan University of Science and

Technology. ＇AC electrified railway train electrical

(3)

equipment switching transient measurements and interference identification＇conducted by Professor Bih-Yuan Ku of National Taipei University of

Technology，result of last year｀s plan did not pass, it not be discussed.

By integrating these research topics, as well as experts and scholars involved in the study, through the sharing of experience and knowledge, the division of labor in order to achieve maximum effect, train track mechanical and electrical aspects of talent for the country.

英文關鍵詞： Energy saving control, Battery energy storage system,

The DC feeder cables, insulation testing, Operation

strategy, Monitoring technology, Railway schedule

adjustment

(4)

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 ■成果報告

□期中進度報告

總計畫：台灣軌道機電系統運轉之研究

計畫類別： □ 個別型計畫 ■ 整合型計畫計畫編號：NSC 100-2221-E-011-010

執行期間： 100 年 8 月 1 日至 101 年 7 月 31 日

計畫主持人：陳南鳴共同主持人：

計畫參與人員：王智瑩、董宥佑

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)： ■精簡報告 □完整報告

本成果報告包括以下應繳交之附件：

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢

□涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公開查詢

執行單位：國立台灣科技大學電機工程系

中華民國 101 年 8 月 30 日

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1 摘要

本計畫之總體目標希望能涵蓋各種軌道機電系統在營運時的問題探討，以增加其安全性或節省開銷，並規畫下列的研究主題：

（一）本子計畫由中州技術學院資訊工程系王文智教授主持，進行「具節能策略之列車控制系統之分析與設計」的研究。（二）本子計畫由亞東技術學院電機工程系曾乙申教授主持，進行「捷運750V 直流正極饋線電纜絕緣敗損預警系統研製」的研究。（三）本子計畫由逢甲大學電機工程系黃思倫教授主持，進行「台鐵列車動力牽引設備用電分析與考量儲能設備之省能運行策略」的研究。（四）

本子計畫由總計畫主持人台灣科技大學電機工程系陳南鳴教授主持，進行「鐵路系統因應異常狀況之時刻表調整」的研究。原由台北科技大學電機工程系古碧源教授主持，進行「交流電氣化鐵路列車電力設備切換暫態量測與干擾鑑定」的研究因去年計畫未通過，所以不再討論。經由整合上述各項研究主題，以及參與研究之專家學者，透過分享經驗與知識，分工合作以收事半功倍之效，也為國家培養軌道機電方面的人才。

關鍵詞：節能控制﹑電池儲能系統、直流饋線電纜、絕緣檢測、運行策略、監控

技術﹑鐵路時刻表調整

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2 Abstract

The overall objective of this project hope to cover a variety of rail electromechanical systems operations to explore and to increase their security or to save money. The topics of each subproject are：

(1) “Train control system analysis and design of energy-saving strategies＂conducted by Professor Wen-Jieh Wang of Chou Institute of Technology. (2) “Development of Early Warning System for Insulation Deterioration of the 750V DC Positive Feeder Cables of Mass Rapid Transit＂conducted by Professor Yi-shen Zeng of Oriental Institute of Technology. (3) “Analysis and consideration of Taiwan Railway train powered traction equipment electricity energy storage equipment, energy-saving operation strategy＂conducted by Professor Sy-Ruen Huang of Feng Chia University.

(4) “Timetable Rescheduling for Abnormal Situation in Railway Systems＂conducted by Professor Nanming Chen of Nation Taiwan University of Science and Technology.

“AC electrified railway train electrical equipment switching transient measurements and interference identification＂conducted by Professor Bih-Yuan Ku of National Taipei University of Technology，result of last year's plan did not pass, it not be discussed.

By integrating these research topics, as well as experts and scholars involved in the study, through the sharing of experience and knowledge, the division of labor in order to achieve maximum effect, train track mechanical and electrical aspects of talent for the country.

Keywords: Energy saving control, Battery energy storage system, The DC feeder

cables, insulation testing, Operation strategy, Monitoring technology, Railway

schedule adjustment

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3 一、緣由與目的

軌道運輸系統因為運輸效率高，節能減炭效果顯著，在全世界都在快速成長中。我國自台北捷運開始興建以來，帶動軌道運輸系統蓬勃發展，陸續興建台北及高雄捷運多條路線，以及高速鐵路。甚至台鐵也受到激勵，陸續推出花東鐵路電氣化、太魯閣號及南迴鐵路電氣化等多項建設計畫，氣象一新。而國內從事軌道機電系統研究的教授很少，須凝聚各校教授的研究能量，才能產生較大的效益。

本計劃之總體目標希望能涵蓋軌道機電系統在台鐵、高鐵、捷運乃至即將推出之輕軌等各個系統在營運時的問題探討。以個人之力，很難探討這麼多問題。

台鐵及高鐵採用交流供電，捷運及輕軌採用直流供電，性質迥異，問題不同。各系統功能不同，速度不同，號誌控制及通訊系統設計也有很大差異，透過整合型計劃，研究人員自然會有較多的學術、實務及資訊交流，可以快速提升人才培育績效，減少研究挫折。

二、子計畫一結果與討論

本計畫之目的係分析與設計一具節能策略之馬達控制法則，並應用於軌道列車控制系統，配合具節能特性之列車運行速度命令，並依據列車運行速度命令設計智慧型控制法則，取代傳統之多段式 PID 控制法則，以減小系統之穩態誤差及縮短系統之反應時間，改善速度突波或轉矩突波效應，進而提高乘客舒適性。

根據文獻[1]內容指出，由於軌道運輸系統的電力成本佔了營運成本的 8%至 16%，而能源價格亦不斷上揚。因此，鐵路運輸的能源消耗佔運作與維護成本的比例將不斷提高，若能採取有效節省能源之策略，將能降低鐵路運輸的營運成本，

並減少整體能源的消耗。具節能特性之軌道列車系統基本流程圖如圖 1 所示：

圖 1 具節能特性之軌道列車系統基本流程圖

在圖 1 中，第一步驟為計算最佳化速度令令，然後傳送至列車驅動系統後，

將分為具自動列車操作系統（Automatic Train Operation, ATO）之無司機員系統

與人工操作之司機員系統，對具自動列車操作系統之無司機員系統，最佳化速度

令令將上傳至 ATO 之車載設備，並由車載設備進行列車之速度控制，以達成節

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4 能目標；另一方面，對人工操作之司機員系統，最佳化速度令令將上傳至司機員系統之儀表，再由人工進行速度控制，並輔以量測設備計算能源消耗，及監視系統響應，並回授相關資訊以重新計算最佳化速度令令，藉以達成節能目標。

目前軌道列車所使用的馬達為交流感應馬達，在本計畫中使用間接磁場導向控制法以控制感應馬達之轉速，其結構圖如圖 2 所示。

圖 2 間接磁場導向控制方塊圖

在列車運行時，再生煞車所產生的能量，係經由第三軌或架空線傳輸回輸電線，再轉移至軌道上的其他列車使用；若軌道上無其他列車，則須將再生煞車所產生的電流，經由列車配置的電阻消耗。由於流經電阻消耗較不具經濟性，故列車可加裝電池儲能裝置，將再生煞車所產生的電能回收儲存，在適當的時機釋放電能供列車使用，以達到更好之經濟效益。圖 3 所示即為具蓄電池儲能裝置之軌道列車驅動系統方塊圖，其中，DC/DC 轉換器為一雙向結構，可在列車進行再生煞車時，將電能對蓄電池充電，而在列車進行加速時，令蓄電池放電以提供額外之電能。

圖 3 具蓄電池儲能裝置之軌道列車驅動系統方塊圖

(9)

5 由於傳統之多段式 PID 控制法則，可能造成系統之穩態誤差及延表系統之反應時間，故本計畫擬設計模糊控制法則作為軌道列車之速度控制器，以減小系統之穩態誤差及縮短系統之反應時間，改善速度突波或轉矩突波效應，進而提高乘客舒適性，其軌道列車速度控制器之結構圖如圖 4所示。模糊控制器之系統架構可分為模糊推論機構(Fuzzy Inference Engine)、存放模糊控制規則和模糊變數定義之知識庫 (Knowledge Base) 、將明確數值模化成模糊變數的模糊化 (Fuzzification) 部份及將模糊型式的推論結果變成明確數值之解模糊化 (Defuzzification)四部份，模糊控制器之方塊圖則如圖 5 所示。

圖 4 基於模糊控制之軌道列車速度控制器結構圖

圖 5 模糊控制器方塊圖

為瞭解具節能策略之列車控制系統的節能效果，在本計畫之模擬中，軌道列車的起始速度為 0 公里/小時（KPH），經由轉換為感應馬達轉速命令 0 弳/秒

（rad/sec），軌道列車速度加速上 80 公里/小時（KPH），等效為感應馬達轉速命

令 350 弳/秒（rad/sec），然後以時速 80 公里/小時（KPH）等速滑行 15 秒鐘，軌

(10)

6 道列車再減速至 0 公里/小時（KPH），整個模擬的列車運行時間為 60 秒鐘，其列車速度命令波形如圖 6 所示。

圖 6 列車速度命令波形圖

同時，本計畫之模擬對象為淡水線高運量捷運系統，其推進模式有三種，即脈波寬度調變(Pulse Width Modulation)，工作於 0 至 22 公里/小時；準六步方波 (Quasi Six Step)，工作於 22 至 42 公里/小時；與六步方波(Six Step)，工作於 42 公里/小時以上[13]；亦即配合列車速度，切換不同的感應馬達驅動方式。圖 7 所示為不具電池儲能系統之軌道列車運行波形圖，圖 8 所示為具有電池儲能系統之軌道列車運行波形圖，由圖 7 與圖 8 之比較可知：經由模糊控制與電池儲能系統之應用，不但可有效降低第三軌電壓，而且可改善軌道列車之速度響應，降低速度突波或轉矩突波效應，提高乘客舒適性，同時，亦可將列車系統之供應電能由 30.5MJ 降低為 29.6MJ，亦即可減少列車系統之能源消耗 3.0%。

(a) 列車速度波形圖 (b) 感應馬達轉速波形圖

0 10 20 30 40 50 60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Time(sec)

Speed(KPH)

Train Speed Command

0 10 20 30 40 50 60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Time(sec)

Speed(KPH)

Train Speed without Battery

0 10 20 30 40 50 60

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Time(sec)

Motor Speed(rad/sec)

Motor Speed without Battery

(11)

7 (c) 第三軌電壓波形圖 (d) 感應馬達轉矩波形圖

(e) 供應電能波形圖 (f) 感應馬達功率波形圖圖 7 不具電池儲能系統之軌道列車運行波形圖

(a) 列車速度波形圖 (b) 感應馬達轉速波形圖

0 10 20 30 40 50 60

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

DC Link Voltage without Battery

Time(sec)

DC Link Voltage(V)

0 10 20 30 40 50 60

-400 -200 0 200 400 600 800 1000

Time(sec)

Torque(Nm)

Motor Torque without Battery

0 10 20 30 40 50 60

0 5 10 15 20 25 30 35

Time(sec)

Energy(MJ)

Supply Energy without Battery

0 10 20 30 40 50 60

-4 -2 0 2 4 6 8 10x 10⁴

Time(sec)

Power(W)

Motor Power without Battery

0 10 20 30 40 50 60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Time(sec)

Speed(KPH)

Train Speed with Battery

0 10 20 30 40 50 60

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Time(sec)

Motor Speed(rad/sec)

Motor Speed with Battery

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8 (c) 第三軌電壓波形圖 (d) 感應馬達轉矩波形圖

(e) 供應電能波形圖 (f) 感應馬達功率波形圖圖 8 具有電池儲能系統之軌道列車運行波形圖

三、子計畫二結果與討論

本計畫之主要目的係就捷運系統之750V直流正極饋線電纜，研製一套以磁調制式直流電流比流器(DCCT)為電纜漏電流偵測設備之絕緣敗損預警系統，期能及早檢測出電纜之絕緣敗損狀況，避免電纜因絕緣事故而燒毀。

經由過去相關文獻顯示，局部放電法[3-5]、光纖測溫法[6, 7]與洩漏電流法 [2, 8]皆為直流電纜絕緣在線檢測之可行方法。經本子計畫之初步研究，局部放電法普遍存在不易克服之信號干擾問題，光纖測溫法則有難以解決預埋管路中之光纖與電力電纜同時佈設困難的問題。因此，本子計畫經審慎評估後，擬採用量測結果可靠、無干擾問題且工程技術困難度較低的洩漏電流法進行直流電纜絕緣的在線檢測。

絕緣性能良好之電纜，其對地洩漏電流，通常為nA至 μA級，而當絕緣出現劣化時，洩漏電流則可能遞增為mA級。為滿足此檢測條件，用於檢測電纜洩漏電流的感測器必須具有相當高的解析度(精度)，故通常採用高靈敏度的穿心式直流微電流感測器，例如：基於磁調制與磁平衡(零磁通)原理的直流電流比流器 (Magnetic Modulated DCCT) (簡稱磁調制式DCCT)[9-11]，而磁調制式DCCT電路

0 10 20 30 40 50 60

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Time(sec)

DC Link Voltage(V)

DC Link Voltage with Battery

0 10 20 30 40 50 60

-400 -200 0 200 400 600 800 1000

Time(sec)

Torque(Nm)

Motor Torque with Battery

0 10 20 30 40 50 60

0 5 10 15 20 25 30 35

Time(sec)

Energy(MJ)

Supply Energy with Battery

0 10 20 30 40 50 60

-4 -2 0 2 4 6 8

10x 10⁴ Motor Power with Battery

Time(sec)

Power(W)

(13)

9 的組成方塊圖如圖9所示[12]。

圖9 磁調制式DCCT電路組成方塊圖

為了要偵測750 V直流正極饋線電纜於線路頭尾兩端的漏電流，依DCCT安裝位置之不同，分別為機房側與導電軌側，因此本計畫購入兩種不同孔徑的 DCCT(型號SLD3-100mA與M85B-100mA)，其孔徑分別為 φ60mm與φ85mm。圖 10與圖11為此兩種DCCT的實際電路照片與接線圖，此二DCCT之製造廠家雖然不同，惟因工作原理相同，故電路、鐵芯與繞組之設計大同小異，且兩者之額定輸入電流I

I

皆為±100 mA、額定輸出電壓V

o

皆為±5 V，即輸出電壓為輸入電流值的50倍(V

_o

=50×I

_I

)。

圖 10 磁調制式 DCCT(型號 SLD3-100mA)實際電路照片與接線圖

(14)

10 圖 11 磁調制式 DCCT(型號 M85B-100mA)實際電路照片與接線圖在圖 12、圖 13 與圖 14 所示為本計畫針對前述兩種 DCCT 所進行之鐵芯磁滯曲線與磁化曲線的量測結果及比較。圖 12 與圖 13 當中，不同顏色的曲線表示不同的 OPA 電源電壓，其中最外層的磁滯曲線為正常電源電壓(±9V)的情況，每往內一層，OPA 電源電壓減少 1V。雖然圖 12 與圖 13 顯示，相同 OPA 電源電壓情況下，SLD3-100mA 鐵芯之剩磁 Br 與矯頑磁力 Hc 皆略大於 M85B-100mA。

惟由圖 14 則可得知，SLD3-100mA 鐵芯之 B/H 比值大於 M85B-100mA，故其仍較易磁化。

圖12 DCCT(型號SLD3-100mA)鐵芯磁滯曲線與磁化曲線

(15)

11 圖13 DCCT(型號M85B-100mA)鐵芯磁滯曲線與磁化曲線

圖14 DCCT鐵芯磁化曲線之比較

為瞭解磁調制式DCCT之工作原理及其零輸入與正負滿刻度響應，乃由圖10 所示的 DCCT 實際接線圖及圖14所示的鐵芯磁化曲線，建立如圖15所示的 Multisim電路並進行模擬。由圖16到圖18所示的模擬結果可知，在磁平衡的閉迴路控制作用之下，磁調制式DCCT確實具有良好的零輸入與正負滿刻度響應，惟穩定時間略長，約為3秒鐘。

圖 15 DCCT(型號 SLD3-100mA)之 Multisim 模擬電路

(16)

12 圖16 DCCT零輸入響應之Multisim模擬結果

圖17 DCCT正滿刻度響應之Multisim模擬結果

圖18 DCCT負滿刻度響應之Multisim模擬結

然後進行DCCT連續承受電流測試，以單芯線纏繞DCCT之磁路200匝，並通以±6A之眽波電流2小時，如圖19所示，使DCCT磁路上感應±1200AT之眽波磁動勢(為額定值之12000倍)，之後斷電靜待退磁，量測結果詳圖20到圖22。在圖21 中顯示，當DCCT輸入電流為+1200A或-1200A時，DCCT之輸出電壓皆為+8V，

表示DCCT之鐵芯已達到磁飽和。在圖22顯示，於輸入電流剛斷電之際，DCCT

因鐵芯剩磁的關係，仍有0.05V的剩磁電壓存在，之後逐漸退磁，於1小時後回復

(17)

13 至歸零狀態。

圖19 DCCT接線圖

圖20 ±1200A眽波輸入電流與DCCT輸出電壓歷時圖

圖21 ±1200A眽波輸入電流與DCCT輸出電壓波形

(18)

14 圖22 輸入電流斷電後1小時內之DCCT輸出電壓歸零歷時圖

四、子計畫三結果與討論

本研究擬針對台鐵列車系統建立能源使用估計模型進行研究，並評估台鐵列車節能機制的運行策略。由於台鐵是屬於「非自動列車駕駛」系統，同樣的區段可以更換不同的司機員，使得能源消耗不盡相同。因此，台鐵列車司機員的駕駛行為對節能機制更顯得格外重要。若能夠完成本土化台鐵運行能源使用估計模型，並即時告知司機員最佳運行速度，使每個路段區間的駕駛行為均能達到節能運行的目標，除了降低台鐵的運行成本外，更可以達到節能減碳的效果。

在本計畫中針對台鐵 EMU700 型電聯車進行探討，EMU700 型電聯車也是台灣第一次進行全車自製（尤其包括機電系統）的電聯車組，是以 4 輛 EMC-EP-ET-EM 為一組，如圖 23 所示。但其在編組固有之設計中一組僅有一個駕駛室，故在運轉時以 8 輛為一個固定編組來運用，EMU700 型電聯車開關元件皆為 IGBT(絕緣柵雙極電晶體)，煞車方式為再生式電軔。與 EMU500 型電聯車相比，EMU700 型電聯車不僅在開關元件上有所更換使其運用效能更高，並利用再生式電軔所回收而來之能量也能回饋至電車饋線上再利用，提高了能量使用效率。也符合現今世界的趨勢。

圖 23 EMU700 型電聯車基本編組

EMU700 型電聯車為動力分散式列車，其牽引系統電路圖如圖 24 所示，其

牽引動力之簡述如下：電車饋線上 25KV 之高壓交流電由集電弓引入列車上，經

由列車上之真空斷路器入於變壓器之一次側，並於變壓器之二次線圈側感應出

1500V 之交流電，列車於開始通電將啟動運行時，IGBT 整流器不會啟動，其電

流會先經過下方之二極體整流電路流入 IGBT 整流器後方之直流鏈結，當直流鏈

(19)

15 結電壓穩定於 2300V 後，IGBT 整流器才會進行整流控制，並將其直流鏈結電壓提升至 2800V，電流再由直流鏈結流至 IGBT 變流器轉換成三相交流電壓傳輸給列車牽引馬達，使馬達發生牽引作用進而推動列車前進。

圖 24 EMU700 型電聯車牽引動力系統簡圖

其中 EMU700 型電聯車採用之電軔方式為再生式電軔，即列車進行煞車時，馬達將被視為發電機，將列車之動能轉換為電能來達到煞車之目的，電軔時電流將經由原路徑回饋至集電弓，再經由電車饋線至變電站或給予其他附近列車利用，部份則回流至列車上之靜態變流器，使其再利用。電軔示意圖如圖 25 所示。

圖 25 EMU700 型電聯車於電軔之示意圖

實際會勘時針對EMU700型電聯車實車測量的量測點為電聯車的主變壓

器一次側之電壓與電流、主變壓器二次側之電壓與電流、電聯車靜態變流器

之電壓與電流、以及牽引馬達所產生之電壓與電流，藉以做為模型建立之基

礎。其量測時之電路簡圖如圖26所示。

(20)

16

集電弓

V

2

25kV 60Hz

A

U V W

TM1

SIV1 SIV2

A A

A V

V

1 4 6

8 3 5

7

1.變壓器之一次側電壓 2.變壓器之一次側電流 3.靜態變流器之電壓 4.靜態變流器之電流 5.變壓器之二次側電壓 6.變壓器之二次側電流 7.牽引馬達之電壓 8.牽引馬達之電流 量測位置：

V

圖 26 預計量測之電路簡圖

本次試車車輛為測試車，量測路段從新竹站到彰化站，再由彰化站開往花蓮，最後從花蓮回到新竹站，沿途不載客且每站皆停，而本次報告在眾多量測路段中，選取南港到汐科之路段之完整紀錄資料，來做深入探討。南港站至汐科站之量測時間共計為 229 秒，於路段途中有經過一中性區間。由圖 27 中可以看出，

EMU700 型電聯車於起步加速時，其牽引馬達功率跟著車速遞增，並於約 50 秒時開始等速運行，並於 125 秒時可發現到牽引馬達功率有明顯的下降至 0，為不出力之狀態，而靜態變流器功率則於稍後也降至 0，則是因為當時電聯車經過中性區間之緣故。圖 28 為整個路段行駛時之牽引馬達電壓及電流之變化，以及與功率和坡度之對照圖。由圖中 125 秒到 150 秒之間可以明顯看出牽引馬達平均電壓、電流皆為 0 的狀態，再對應至同一張圖之坡度圖，則可以判斷出此時應為 EMU700 型電聯車在下坡時所進行的惰力運行，而在 175 秒後電聯車實施電軔減速至約 50km/hr，並等速一段時間後，再以惰力運行之方式滑行進站。

圖 27 南港到汐科路段之速度(紅線為車速限制)、坡度、牽引馬達功率、靜態變流

器功率圖

(21)

17 圖 28 南港到汐科路段之坡度、牽引馬達電壓、牽引馬達電流、牽引馬達功率圖圖 29 與圖 30 分別為電聯車主變壓器一次側與主變壓器二次側於南港至汐科路段之電壓、電流及功率之變化波形圖。由此兩張圖中比較可以知道主變壓器一次側之電壓非常穩定，而主變壓器二次側之電流以及功率之變化圖皆隨著主變壓器一次側做變化。在功率圖中 150 秒至 180 秒之區間，其功率為負，則是 EMU700 型電聯車施用電軔之緣故。而在馬達不出力時，可以發現到主變壓器二次側之電壓會有略微上升之情形。

圖 29 南港到汐科路段之主變壓器一次側電壓、電流及功率圖

(22)

18 圖 30 南港到汐科路段之牽引馬達電壓、二次側電壓、二次側電流、二次側功率圖圖 31 為南港至汐科路段電聯車主變壓器於電聯車加速時以及電聯車施用電軔時之電壓及電流之變化，將其電壓與電流重疊之後可以發現到，主變壓器二次側之電壓與電流於加速時是成同相位之狀態，而在施用電軔時，其電流則與電壓則會呈現反相之情形。

圖 31 南港到汐科路段之電聯車加速時與電軔時之電壓電流波形圖

圖 32 為南港至汐科路段之靜態變流器(SIV)之電壓、電流以及相對應之功率

變化圖，由圖中可以看出靜態變流器之功率相當穩定，除了通中性區間有降至為

0 之外，並沒有隨著列車加速或是減速而有相對應之變化。

(23)

19 圖 32 南港到汐科路段之靜態變流器電壓、靜態變流器電流及功率變化圖 EMU700 型電聯車的整體牽引系統包含了主變壓器、牽引變流器、牽引馬達等，不管列車作加速或是施行電軔煞車，其流經之路徑皆會經過三者，針對前兩個部份的數據建立模型分別如圖 33 及圖 34，再來建立牽引馬達之控制模組以及納入列車行駛阻力等參數，最終將其整合成一完整之列車模型，如圖 35 所示。

圖 33 EMU700 型電聯車主變壓器之模型圖

圖 34 IGBT 整流器以及直流鏈結模組圖

(24)

20 圖 35 列車馬達模組

將上述三個模組連接整合之後即可完成 EMU700 型電聯車牽引動力系統模組，如圖 36，模擬之時間為 45 秒，前 5 秒為預充電電路對直流鏈結充電的階段，

然後於 5 秒後二次側開關閉合，開始加速至 80km/hr，於第 20 秒時等速運行 10 秒，於第 30 秒時開始進入煞車階段，於第 45 秒時完全靜止。圖 37 為速度命令訊號和馬達實際之轉速。圖 38 為變壓器二次側之電壓與電流在加速與減速(電軔) 之變化，可以看到加速時之電壓與電流同相，於電軔時可以看到電流與電壓成反相之狀態。圖 39 為直流鏈結之於模擬時之電壓與電流變化，可以看到電壓於電軔時會有些微增高之情況，而電流則與加速時之流向相反。圖 40 為牽引馬達在加速時與電軔之電壓電流之變化。

圖 36 牽引動力系統模組圖

圖 37 速度命令訊號和馬達實際之轉速圖

(25)

21 圖 38 變壓器二次側之電壓電流在加速(上圖)與減速(下圖)之變化圖

圖 39 直流鏈結之電壓與電流變化圖

圖 40 牽引馬達在加速(上圖)與電軔(下圖)之電壓電流之變化圖

五、子計畫四結果與討論

本計畫的目的在以電腦程式模擬人工排點的技巧，縮短排點所需的時間，除了產生可以使用的時刻表外，並加入最佳化決策的考量，以減少不必要的超時時間，在決策最佳化的過程中，將納入個別列車旅程時間的因素及衝突解決技巧。

原臺鐵為雙線雙向鐵路系統，但假如不幸發生站間事故，將改變為單線雙向通車，

因此將以一個實際之單線雙向東西向鐵路系統班表為例，同時收集、整理、運用

(26)

22 實際排點的專家所具備的知識，做為時刻表調整的決策依據。時刻表調整的工作分成兩部分：列車衝突的偵測與解決及時刻表最佳化。透過列車衝突的偵測與解決可以確保系統營運的安全。而時刻表最佳化問題是一種複雜的組合最佳化問題，

若以人工排定時刻表，將是複雜且耗時的工作。傳統上時刻表最佳化方法分成模擬分析法(Simulation Analysis)、數學規劃法(Mathematical Programming)、啟發式演算法(Heuristic Algorithms)或稱人工智慧法(Artificial Intelligence)[13,14,15]等。

本計畫將使用矩陣形式呈現列車運行圖，矩陣的行(Column)為時間。鐵路時刻表一般以分鐘為單位，因為一天有24小時，每小時有60分鐘，因此矩陣共有1440 行。矩陣的列(Row)表示車站及站間。每一部列車將使用一個二維矩陣紀錄列車運行圖中的位置。為了區隔及表示所有列車，因此必須使用三維矩陣紀錄整個運行圖的所有資料。本計畫另外有考量號誌系統中的「閉塞區間」概念，所謂「閉塞區間」是指當一部列車佔據某個閉塞區間，除非該區間被釋放，否則列車不得進入該區間。因此，其他列車必須在接近時開始煞車，以避免誤入該區間。上述觀念包含區間佔用與釋放的觀念，非常容易運用在排班程式中列車衝突的表示。

在判斷列車是否衝突時，僅需要比較各列車是否在同一時段佔用相同的站間主線或車站股道即可。

一般鐵路運輸以客車為優先考量，所以列車排點以客車優先排定，待客車排定後才納入貨車進排點，因此一般客車的實際旅程時間都會接近預計旅程時間，

故本計畫針對貨車做排點時間優化，使用模糊推論系統(Fuzzy Inference System)，

並利用專家知識適度調整模糊規則，以提升班表整體效能。圖 41 為模糊系統控制器的基本架構，此架構為單輸入單輸出[15]。因參數設計，本計畫將使用雙輸入單輸出的模糊系統控制器，雙輸入個別為目標值與實際值的差(ΔE)與同向相鄰班次出發時間差(ΔCE)。目標值與實際值則為各班次超時百分比與實際超時百分比，研究中全部貨車班次超時百分比(即目標值)設定為 30％。相鄰班次的出發時間差(ΔCE)是指任何一班次出發時間與同向相鄰兩班次出發時間的時間差 [16,17]。

Fuzzifier Inference Engine

Fuzzy Rule Base

Defuzzifier Plant

x

µ(x)

µ(y)

y x

States or output

圖 41 模糊控制的基本架構[5]

一列車的同向相鄰班次出發時間差(ΔCE)計算，以該班次兩個同向相鄰班次

出發時間的時隔，並取其較大者，再以所有班次中的最大時隔為分母，得到班次

的ΔCE，並以圖 42 為例說明如何計算ΔCE 值。圖中有 3 個同向班次的列車，

(27)

23 各班次出發車站及月台分別為：班次 1 在車站 A 的 2A 月台，班次 2 在車站 A 的 2B 月台，班次 3 在車站 A 的 2B 月台。圖中橫坐標每一格代表一分鐘。d1 表示班次 1 從車站 A 的 2A 月台出發與班次 2 開始停靠車站 A 的 2B 月台的時隔，

該時隔有 11 分鐘。d2 表示班次 2 從車站 A 的 2B 月台出發與班次 3 開始停靠車站 A 的 2B 月台的時隔，該時隔有 14 分鐘。在計算班次 2 的ΔCE 值時，是將班次 2 的前後 d1 與 d2 兩時隔中取其較大的值(在此例子為 d2)，並以所有班次中的最大時隔 d 為分母，則班次 2 的ΔCE 為 d2 對 d 的比值[16,17]。

時間車站月台

及站間區間

車站 B 車站 A

月台

2A 1B 1A 2B 2A 1B 1A 2B

班次2 班次3

d1 d2 停站時間

班次1

班次3出發時間班次2出發時間

班次1出發時間

圖 42 列車運行簡圖

以下為表 1 是貨車各班次計畫停靠車站及停靠時間表，表 1(a)與(b)個別為貨車之西東向與東西向，並將鐵路系統及班表之實際情形做時刻表模型建立與分析 [18]。

表 2 為原始班表與第一次改善後之貨車超時情形。最短旅程時間為列車從起

始站至終點站的站間行駛時間加上預計停留時間，但不包括會車及超車之所需時

間。列車的超時為因會車或待避所需時間，也相當於實際旅程時間減掉最短旅程

時間之值。超時百分比為列車超時除以最短旅程時間之比例。經過車站數為該班

次從起始站至終點站所經過的車站數。表中為超時比例較大之前十部貨車，合計

最短旅程時間為 3,410 分鐘。超時百分比較大之前十部貨車合計超時為 1,409 分

鐘佔最短旅程時間之 41.32%。全部貨車合計最短旅程時間為 16,082 分鐘，超時

為 3,276 分鐘佔最短旅程時間之 20.37%。而第一次改善則為共同主持人柯博仁教

授利用模糊專家系統調整客貨車出發時間，藉以改善客貨車之嚴重超時情形，且

客貨車之到站時間均與原本一致。全部貨車的超時及超時百分比為 2,952 分鐘及

18.36%，分別比原先減少了 324 分鐘及 2.01 %，因此，班表的整體性能獲得提

升。其次，超時百分比最大的前十部貨車合計超時為 1,226 分鐘，合計超時百分

比為 36.11%，分別減少了 183 分鐘及 5.21%，所以各別列車的超時情形也獲得

改善[16,17,18]。

(28)

24 表 1(a) 貨車停站計畫班次

車站

各貨車班次在各站之停留時間(min) (西向東)

1 3 5 7 19 21 9 11 13 33 29 27 31 35 49 15 17

A2 30

A12 144 32

A13 30 31 35 34 45 30 A15 56

A16 22 A17 41

A19 30 46

A20 50 60 74 60 65 364 64 60 60 60

A22 120

A23 50

A25 57

A26 39

A29 47 50

A32 30 50 26 30 25 30 25 25 40 表 1(b) 貨車停站計畫

班次

車站

各貨車班次在各站之停留時間(min) (東向西)

2 4 6 8 20 22 10 12 14 32 28 34 36 16 18

A32 40

A29 50

A25 57

A23 35 50

A22 37

A20 50 193 60 160 80 62 70 64 60 60

A19 70

A17 26 57 63

A15 57

A14 50

A13 25 172 40 45

A2 61 26

(29)

25 表 2 原始班表與第一次改善後之貨車超時情形

項次班次

最短旅程時間

(min)

超時 (min)

超時百分比

(%)

第一次改善後超時(min)

第一次改善後超時百分比

(%)

經過車站數 1 25 166 104 62.65 61 36.75 13 2 33 601 359 59.73 292 48.59 32 3 35 463 222 47.95 219 47.30 12 4 24 166 69 41.57 65 39.16 13 5 34 485 180 37.11 160 32.99 12 6 13 502 185 36.85 180 35.86 19 7 28 177 57 32.20 44 24.86 9 8 31 170 54 31.77 51 30.00 9 9 10 442 120 27.15 99 22.40 19 10 17 238 59 24.79 55 23.11 13

前十大

超時列車 3,410 1,409 41.32 1,226 35.95 總列車 16,082 3,276 20.37 2,952 18.36

本研究之鐵路系統路線之總站數為 36 站。在超時比例較大之前十部貨車中，

當列車班次路程較長時，經過的車站數也較多，則可以調整的空間也相對較少。

本計畫選擇 34、25、24、31 四部列車，此四部列車之經過總站數約在 9 至 13 站左右，相對於其他列車較少，因此本計畫將以這四部列車做範例。表 3 為調整此四部貨車出發時間之改善前後的情形。在此四個案例中，均調整貨車出發時間以避開擁塞時段。例如：34 號班次，其出發時間從 05:50 延後至 06:56 後，雖然出發時間延後約一個小時，但抵達終點站的時間不變。超時從 160 分鐘降至 94 分鐘，節省 66 分鐘。班次超時百分比也從 32.99%下降至 19.38%，降低了 13.61%。

在 34 號班次中，可以發現其預計停留時間、站間運行時間與轉轍器調整時間皆沒變，卻節省了 1 個小時的營運時間。可推想有可能是因為利用電腦排班可以更精確的控制其進站與出站時間及站間佔道之情形，以達到最佳的時刻表規劃，如此一來，也可以減少司機員上班的時間，以節省人事成本。在 25 號班次，其出發時間從 00:48 延後至 11:14，延後了 10 個半小時。超時從 61 分鐘降至 27 分鐘，

節省 34 分鐘。班次超時百分比也從 36.75%下降至 16.27%，降低了 20.48%。可

推想在凌晨時段，可能此路程較為擁塞，因此才需延後 10 個半小時以達運行時

間最佳化，如果業者可以配合時間，相信業者可以有很好的運輸開銷。在 24 號

班次，其出發時間從 19:39 提早至 11:25，提早了約 8 個小時。超時從 65 分鐘降

至 40 分鐘，節省 25 分鐘。班次超時百分比也從 39.16%下降至 24.10%，降低了

15.06%。在 24 號班次貨車中，則是以提早的方式來安排列車行駛，可以發現提

早出發時間也可以有相當不錯的績效。在 31 號班次貨車，其出發時間從 07:35

(30)

26 延後至 13:53，延後了約 6 個小時多。超時從 51 分鐘降至 24 分鐘，節省 27 分鐘。

班次超時百分比也從 30.00%下降至 14.12%，降低了 15.88%，也有相當不錯的表現。

表 3 移動單一班次至離峰時刻之改善狀況

班次 34 24 25 31

最短旅程時間(min) 485 166 166 170

行經站數 13 13 13 10

改善前狀況

初始站出發時間 05:50 19:39 00:48 07:35 到達終點站時間 16:35 23:30 04:45 11:16 超時時間 (min) 160 65 61 51 超時百分比 (%) 32.99 39.16 36.75 30.00

改善後狀況

初始站出發時間 06:56 11:25 11:14 13:53 到達終點站時間 16:35 14:51 14:27 17:07 超時時間(min) 94 40 27 24 超時百分比(%) 19.38 24.10 16.27 14.12

改善效率

超時時間之改善(min) 66 25 34 27 超時百分比之改善(%) 13.61 15.06 20.48 15.88

從模擬結果得知，經第一次改善後，時刻表已有不錯的表現，再以個案做延續之改善後，更可確定使用電腦化排班是必要的，不僅可以避免額外估算的待避時間，還可以更精確的安排每班列車的運行時間及使用路線以減少人事與運行成本。且鐵路公司如果可以適時地與業者協調，並將列車從尖峰時段調整至離峰時段時，其超時時間將有明顯的改善。從上述所使用的範例可得知，其每部貨車之超時時間至少節省 25 分鐘以上，且超時百分比均可降低 13%以上，最高甚至有 20%的改善表現。如此一來，鐵路公司不僅可達到節省營運成本又可兼顧節能減碳之環保概念。

六、計畫結果自評

子計畫一已完成一具節能策略之馬達控制法則，因為傳統的多段式 PID 控制法則，可能造成系統之穩態誤差及延表系統之反應時間，故設計以模糊控制法則作為軌道列車之速度控制器，以減小系統之穩態誤差及縮短系統之反應時間，

在本計畫之模擬對象為淡水線高運量捷運系統，其推進模式有三種，即脈波寬度

調變(Pulse Width Modulation)，工作於 0 至 22 公里/小時；準六步方波(Quasi Six

Step)，工作於 22 至 42 公里/小時；與六步方波(Six Step)，工作於 42 公里/小

(31)

27 時以上[13]；亦即配合列車速度，切換不同的感應馬達驅動方式。針對不具電池儲能系統之軌道列車運行波形圖與具有電池儲能系統之軌道列車運行波形圖進行比較，以及模擬的結果可知：經由模糊控制與再生煞車所產生的電能回收儲存，

在適當的時機釋放電能供列車使用的電池儲能系統之應用，不但可有效降低第三軌電壓，而且可改善軌道列車之速度響應，降低速度突波或轉矩突波效應，提高乘客舒適性，同時，亦可將列車系統之供應電能由 30.5MJ 降低為 29.6MJ，亦即可減少列車系統之能源消耗 3.0%。

子計畫二已完成綜整捷運系統750 V直流正極饋線電纜之絕緣敗損與燒毀原因、探討各種偵測直流電纜絕緣性能的方法、研析DCCT之電路工作原理、DCCT 操作特性之電路模擬與實測等四大項研究。由於捷運750 V直流正極與負極饋線電纜並非佈設於同一路徑，所以運用DCCT於單一線路之漏電流量測法，但由於流過DCCT的電流為線路電流值，通常遠遠超過額定量測範圍，導致DCCT鐵芯磁飽和，故只能於無載的情況下進行漏電流量測，再者因750 V直流負極饋線電纜於無載情況下並不帶電，所以並無流通電流，因此只能量測正極饋線電纜之洩漏電流。然後透過電路解析以及Multisum模擬與操作特性量測等研究方法，已達成預期的目標，由結果可知：磁調制式DCCT具有良好的零輸入與正負滿刻度響應操作特性，其穩定時間約為3秒。磁調制DCCT之線性度良好，且飽和電流為額定輸入電流的125%以上。磁調制DCCT於大輸入電流情況下，確實會有磁飽和現象，惟不致造成DCCT損壞，且於電流切斷後1小時內即可完成退磁回復歸零狀態。經由上述之磁調制式DCCT操作特性，證實其可以運用於捷運750 V直流正極饋線電纜之漏電流量測。

子計畫三已完成台鐵列車系統建立能源使用估計模型研究，以確實掌握台鐵運行系統的能源使用量，並考量儲能設備的省能運行策略，利用軟體 Matlab/Simulink 來進行 EMU700 型電聯車模型之建立依據。藉由實際於現場會勘 EMU700 型電聯車以及跟隨列車所紀錄之各量測點所量測得到的各項狀態量測數據，同時針對 EMU700 型電聯車之各運轉方式之狀態來做分析，並針對電聯車牽引系統之主變壓器二次側、牽引變流器，以及電聯車牽引馬達做分析以及建立個別的模組。同時利用可控制之速度訊號輸入牽引變流器計算，使其用來控制馬達轉速，並將其模組整合後模擬出列車在加速以及施用電軔時馬達電壓以及電流變化之不同，同時製作了馬達負載轉矩模型，並加入電聯車之行使阻力、坡度阻力等相關阻力，使其模型更加精確。由實驗模擬圖形得知：變壓器二次側之電壓與電流在加速與減速(電軔)之變化，可以看到加速時之電壓與電流同相，於減速(電軔)時可以看到電流與電壓成反相之狀態。針對直流鏈結之模擬時之電壓與電流變化，可以看到電壓於減速(電軔)時會有些微增高之情況，而電流則與加速時之流向相反。將上述的研究結果，做為模型建立之基礎，並可將實驗結果做為電聯車運轉模式之判斷依據。

子計畫四已完成利用類似人工排點的方式建立時刻表 (Timetable)模型，收集

與整理排班之站內股道數、站間運行所需時間及客貨車預計停留時間後，並使用

MATLAB 等軟體來建立時刻表排班之模型，模型之設計主要為利用軌道號誌系

統中「閉塞區間」概念，且考慮衝突解決技巧，如：出站檢查、進站檢查、前後

車檢查及股道選擇。並以矩陣型式描述列車排班問題，矩陣可以表示全部列車在

各股軌道與站間區間的佔用情形，同時也可以分解各列車的佔用情況，在最佳化

(32)

28 方法的設計與使用將更有彈性。而最佳化之方法為使用模糊專家系統來調整同向相鄰班次出發時間差以縮短班次之運行時間達時刻表最佳化。經本計畫以個案做延續之改善後，更可確定使用電腦化排班是必要的，不僅可以避免額外估算的待避時間，還可以更精確的安排每班列車的運行時間及使用路線以減少人事與運行成本。且鐵路公司如果可以適時地與業者協調，並將列車從尖峰時段調整至離峰時段時，其超時時間將有明顯的改善，其每部貨車之超時時間至少節省 25 分鐘以上，且超時百分比均可降低 13%以上，最高甚至有 20%的改善表現，鐵路公司不僅可達到節省營運成本又可兼顧節能減碳之環保概念。本計畫之主要工作在時刻表的建模，並透過對既有時刻表進行分析與研究，提升時刻表的性能，並從中獲得排點知識，並收集、整理人工排點專家的知識，藉以協助建置後續研究的排點專家系統。日後如果可同時納入刪除及增加班次的功能，藉由調整班次的數量及減少不必要的停靠站，將可在鐵路系統有異常狀況時，有更彈性的時刻表調整與延誤時間之改善。本計畫目前已投稿於 Transportation Planning and Technology，

題目為 A New Method for Improvement of Freight Train Timetable of Single-Track Railway System，目前在審稿階段。

(33)

29 八、參考文獻

[1] 孫志煌，“高鐵列車節省能源策略之模擬分析”,成功大學碩士論文, 1998.

[2] 白建社、江秀臣、沈小軍、曾奕、達世鵬、竇同江、沈堅強，基于直流漏泄電流的無鎧裝電纜絕緣性能檢測方法城市軌道交通研究，第9卷，第1期，第 25-27頁，2006年1月。

[3] J. B. Mathes, T. J. Whelan, C. J. Uhlrich, “DC partial discharge detection and analysis techniques,＂2002 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, pp. 736–739, Dec. 2002.

[4] P. H. F. Morshuis, J. J. Smit, “Partial discharges at DC voltage- their mechanism, detection and analysis, ＂ IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 12 , No. 2, pp. 328–340, April 2005.

[5] X. Shen, Y. Zhang, Q. Shi and W. Li,, “Discharge in low voltage EPR DC cable under special situations,＂ IEEE 9th International Conference on the Properties and Applications of Dielectric Materials, ICPADM 2009, pp. 70–72, Harbin, 19-23 July 2009.

[6] M. Aihara, Y. Ebinuma, M. Minami, M. Murakawa, “Insulation monitoring system for XLPE cable containing water sensor and optical fiber,＂Proceedings of the 3rd International Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials, Vol. 2, pp. 765–768, 8-12 Jul 1991.

[7] 郭仿軍，利用光纖傳感器對直流系統絕緣的監測，激光雜誌，第23卷，第4 期，第51頁，2002年。

[8] X. Shen, Y. Zhang, Q. Shi and W. Li, “Feasibility of living monitoring EPR DC cable based on different DC current method, ＂ IEEE 9th International Conference on the Properties and Applications of Dielectric Materials, ICPADM 2009, pp. 313–316, Harbin, 19-23 July 2009.

[9] 向小民、曾維魯、高學軍，一種新式磁調制直流電流量測方法，華中理工大學學報，第26卷，第12期，第65-67頁，1998年12月。

[10] 曾維魯、向小民，單片機相差式磁調制直流電流測量儀，儀表技術，1998 年第6期，第12-13頁，1998年6月。

[11] 越彩虹、姜克志、盛文利，磁調制式固定偏差直流系統絕緣在線檢測，吉林電力，2000年第6期，第12-13頁，2000年12月。

[12] 深圳市迦威電氣有限公司，穿孔式直流小電流感測器，中華人民共和國專利，授權公告號CN2482694，2002年3月20日。

[13] 中興工程顧問社，“臺鐵車輛排程最適化之研究”，交通部運輸研究所委託計畫，MOTC-IOT-94-EBB004，2004。

[14] 林育宏，“臺鐵列車緊急排班決策模式之研究”，中原大學碩士論文，97 年7 月。

[15] C. T. Lin and C. S. G. Lee, “Neural Fuzzy Systems: A Neuro-Fuzzy Synergism to Intelligent Systems, American: Hall,” 1996.

[16] 簡先弘，“單線鐵路系統貨運列車時刻表的改善”，中興大學碩士論文，100 年 12 月。

[17] B. R. Ke, C. L. Lin and H. H. Chien, “Improvement of Freight Train Timetable

for Single-Track Railway System”, 2012 International Symposium on Computer,

(34)

30 Consumer and Control, pp.456-459, 2012.

[18] WSA/DE-Consult/VITEC, “Final Report of Feasibility Study and Preiminary

Design”, Upgrading Hai Noi-Lao Cai Railway, Kunming- Haiphong Transport

Corridor Project, 2006.

(35)

國科會補助專題研究計畫成果報告自評表

請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況、研究成果之學術或應用價值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）、

是否適合在學術期刊發表或申請專利、主要發現或其他有關價值等，作一綜合評估。

1. 請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況作一綜合評估

■ 達成目標

2. 研究成果在學術期刊發表或申請專利等情形：

論文：□已發表 □未發表之文稿 □撰寫中 ■無專利：□已獲得 □申請中 ■無

技轉：□已技轉 □洽談中 ■無其他：（以 100 字為限）

3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應用價值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）（以 500 字為限）

子計畫一針對捷運列車系統建立模糊控制與再生煞車所產生的電能儲存系統之

控制可以提供給子計畫三作為參考，當台鐵 EMU700 型列車在進行再生式電軔煞車

時，是將列車為了達到煞車之目的而將動能轉換成電能，因此可以利用電能儲存系統

將部分電能予以儲存，在適當的時機釋放預先儲存的電能供其他列車或列車之輔助電

力系統使用，在電池儲能之控制可以深入探討。子計畫一與子計畫四皆利用模糊控制

作為系統規劃，可以相互參考並探討歸屬函數之設計。子計畫一與子計畫三皆為列車

模型之建立，而子計畫一為捷運直流系統，是利用模糊控制法所求解且具節能特性之

列車運行速度命令的實驗結果，子計畫三則是台鐵交流系統，為經實際量測驗證之台

(36)

鐵列車模型，兩計畫可配合實際路線之參數，以求得在節能情況下之運行時間，並提

供給子計畫四的電腦化時刻表排班系統做分析與研究，藉以使台鐵與捷運之時刻表可

以最佳化，並且節省列車運行時間，達到節省營運成本又兼顧節能減碳。子計畫一與

子計畫二皆對捷運有甚大的幫助。子計畫一可以減少捷運在營運成本之電費開銷，並

且透過模糊控制建立列車節能運行策略的依據，改善列車速度響應，降低速度突波效

應，提高搭乘舒適性。而子計畫二則是針對捷運 750V 直流正極饋線電纜絕緣敗損造

成燒毀，研製了一套磁調製式直流電流比流器為電纜漏電流偵測設備之絕緣敗損預警

系統，以提早檢測電纜之絕緣敗損情形，以增強預警系統的利用度與可靠度，使捷運

系統可以營運的更順暢。

(37)

國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表

日期:2012/10/30

國科會補助計畫

計畫名稱: 總計畫：

計畫主持人: 陳南鳴

計畫編號: 100-2221-E-011-010- 學門領域: 軌道機電

無研發成果推廣資料

(38)

100 年度專題研究計畫研究成果彙整表

計畫主持人：陳南鳴計畫編號：100-2221-E-011-010- 計畫名稱：台灣軌道機電系統運轉之研究--總計畫：

量化

成果項目 ^{實際已達成}

數（被接受或已發表）

預期總達成數(含實際已

達成數)

本計畫實際貢獻百

分比

單位

備註（質化說明：如數個計畫共同成果、成果列為該期刊之封面故事 ...

等）

期刊論文 0 0 100%

研究報告/技術報告 2 2 100%

研討會論文 2 4 100%

論文著作篇

專書 0 0 100%

申請中件數 0 0 100%

專利已獲得件數 0 0 100% 件

件數 0 0 100% 件

技術移轉

權利金 0 0 100% 千元

碩士生 0 0 100%

博士生 0 0 100%

博士後研究員 0 0 100%

國內

參與計畫人力

（本國籍）

專任助理 2 2 100%

人次

期刊論文 3 6 100%

研究報告/技術報告 0 0 100%

研討會論文 3 3 70%

論文著作篇

專書 0 0 100% 章/本

申請中件數 0 0 100%

專利已獲得件數 0 0 100% 件

件數 0 0 100% 件

技術移轉

權利金 0 0 100% 千元

碩士生 0 0 100%

博士生 0 0 100%

博士後研究員 0 0 100%

國外

參與計畫人力

（外國籍）

專任助理 0 0 100%

人次

(39)

其他成果 ( 無法以量化表達之成果如辦理學術活動、獲得獎項、重要國際合作、研究成果國際影響力及其他協助產業技術發展之具體效益事項等，請以文字敘述填列。)

無

成果項目量化名稱或內容性質簡述

測驗工具(含質性與量性) 0

課程/模組 0

電腦及網路系統或工具 0

教材 0

舉辦之活動/競賽 0

研討會/工作坊 0

電子報、網站 0

科教處計畫加填項

目計畫成果推廣之參與（閱聽）人數 0

(40)

國科會補助專題研究計畫成果報告自評表

請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況、研究成果之學術或應用價值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）、是否適合在學術期刊發表或申請專利、主要發現或其他有關價值等，作一綜合評估。

1. 請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況作一綜合評估

■達成目標

□未達成目標（請說明，以 100 字為限）

□實驗失敗

□因故實驗中斷

□其他原因說明：

2. 研究成果在學術期刊發表或申請專利等情形：

論文：□已發表 ■未發表之文稿 □撰寫中 □無專利：□已獲得 □申請中 ■無

技轉：□已技轉 □洽談中 ■無其他：（以 100 字為限）

總計劃之子計畫四已將研究成果投稿於 Transportation Planning and Technology，題目為 A Simple Method for Improvement of Freight Train Timetable of Single-Track Railway System，目前在審稿階段。

3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應用價值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）（以 500 字為限）

子計畫一針對捷運列車系統建立模糊控制與再生煞車所產生的電能儲存系統之控制可以

提供給子計畫三作為參考，當台鐵 EMU700 型列車在進行再生式電軔煞車時，是將列車為

了達到煞車之目的而將動能轉換成電能，因此可以利用電能儲存系統將部分電能予以儲

存，在適當的時機釋放預先儲存的電能供其他列車或列車之輔助電力系統使用，在電池儲

能之控制可以深入探討。子計畫一與子計畫四皆利用模糊控制作為系統規劃，可以相互參

考並探討歸屬函數之設計。子計畫一與子計畫三皆為列車模型之建立，而子計畫一為捷運

直流系統，是利用模糊控制法所求解且具節能特性之列車運行速度命令的實驗結果，子計

畫三則是台鐵交流系統，為經實際量測驗證之台鐵列車模型，兩計畫可配合實際路線之參

數，以求得在節能情況下之運行時間，並提供給子計畫四的電腦化時刻表排班系統做分析

與研究，藉以使台鐵與捷運之時刻表可以最佳化，並且節省列車運行時間，達到節省營運

成本又兼顧節能減碳。子計畫一與子計畫二皆對捷運有甚大的幫助。子計畫一可以減少捷

運在營運成本之電費開銷，並且透過模糊控制建立列車節能運行策略的依據，改善列車速

度響應，降低速度突波效應，提高搭乘舒適性。而子計畫二則是針對捷運 750V 直流正極

饋線電纜絕緣敗損造成燒毀，研製了一套磁調製式直流電流比流器為電纜漏電流偵測設備

之絕緣敗損預警系統，以提早檢測電纜之絕緣敗損情形，以增強預警系統的利用度與可靠

度，使捷運系統可以營運的更順暢。

(41)

台灣軌道機電系統運轉之研究-總計畫：

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告