СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНЫМ СОСТАВОМ В ГРАНИЦАХ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ЗОНЫ УЧЕТА
METHOD FOR DETERMINING ELECTRIC ENERGY CONSUMPTION BY ELECTRIC STOCK WITHIN LIMITS OF ARBITRARY METERING AREA

Изобретение относится к электроподвижному составу железнодорожного транспорта, а именно к системам учета электрической энергии, в частности к способу определения расхода электроэнергии электроподвижным составом в границах произвольного участка железной дороги.
Целью изобретения является реализация возможности определения абсолютных и удельных значений расхода и рекуперации электрической энергии электроподвижным составом в границах произвольной зоны учета за произвольный период времени.
Электроподвижной состав не является стационарным потребителем электрической энергии и по ходу своего движения может пересекать границы различных учетных зон (железных дорог, тарифных зон, межподстанционных зон и др.). Корректное разделение электроэнергии, потребляемой электроподвижным составом, между различными зонами учета всегда являлось актуальной проблемой ОАО «РЖД», в частности при установлении порядка взаиморасчетов за электрическую энергию на тягу поездов между соседними железными дорогами (в том числе зарубежными) в условиях взаимозаездов локомотивных бригад. Выделение частного электроподвижного состава на путях общего пользования ОАО «РЖД» потребовало разработки механизма определения расхода электроэнергии на тягу поездов в границах различных тарифных зон, для возможности расчета платы за электроэнергию, предъявляемой частным перевозочным компаниям. Кроме того, для оценки эффективности эксплуатации системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава и разработки мероприятий для ее повышения необходима возможность определения и контроля расхода электрической энергии, потребляемой электроподвижным составом, в границах межподстанционных зон и прочих произвольных зон учета.
В настоящее время известен и применяется на железных дорогах метод определения расхода электрической энергии электроподвижным составом по показаниям приборов учета в целом за поездку и распределения его между различными зонами учета на основании расчета [1]. Суть способа заключается в распределении электроэнергии по поездке между соседними зонами пропорционально объемам выполненной тонно-километровой работы в границах каждой из этих зон, т.е. фактически пропорционально расстояниям от начальной и конечной точек маршрута до границы железных дорог (тарифных зон).
Недостатком данного способа является расчетный метод распределения расхода электроэнергии между различными зонами, который не учитывает влияние профиля пути участка, остановок в пути следования и прочих факторов, связанных с режимами ведения поезда.
Существует похожий способ, при котором разделение электрической энергии между соседними зонами осуществляется пропорционально экспериментально определенным коэффициентам распределения электроэнергии на участках работы локомотивных бригад [2]. Данный способ в сравнении с вышеприведенным имеет более высокую точность, однако его недостатком является слабая универсальность, т.к. каждый раз при изменении объемов перевозочной работы или границ зон учета требуется экспериментальное определение новых коэффициентов распределения.
Известен также способ определения расхода в границах различных зон учета с помощью системы коммерческого учета электроэнергии, потребляемой тяговым подвижным составом [3]. Способ основан на применении источников реперного сигнала, размещенных вдоль железнодорожного полотна, при прохождении которых системой учета электроэнергии на электроподвижном составе фиксируется ее расход.
Недостатком указанного способа является необходимость размещения источников реперного сигнала вдоль железнодорожного полотна. В зависимости от поставленной задачи их количество может варьироваться от нескольких десятков (при определении расхода электроэнергии в границах железных дорог или тарифных зон) до нескольких тысяч (при определении расхода в границах межподстанционных зон, а также на тракционных путях ремонтных депо). Также способ не дает возможности определения расхода электроэнергии в границах произвольного участка.
Известен способ определения расхода электроэнергии в границах выбранного участка переменного тока путем записи расхода электроэнергии электроподвижным составом с помощью регистраторов параметров движения (РПДА) с периодичностью от 0,1 до 1 минуты с привязкой к координате пути [4]. Ордината фиксируется датчиком пройденного пути. Расход электрической энергии в той или иной зоне вычисляется путем вычитания расхода электроэнергии, зафиксированного при входе на зону, из расхода, зафиксированного на выходе из зоны учета.
К недостаткам способа относится сложность определения момента пересечения границ той или иной произвольной зоны учета, так как системой РПДА фиксируется пробег электроподвижного состава из определенной точки пути, а следовательно, для определения моментов пересечения границ зоны учета необходима информация о координатах точки начала отсчета, а также о пройденном маршруте от начала отсчета. Кроме того, точность определения ординаты пути зависит от точности задания диаметра бандажа колесных пар подвижного состава.
Прототипом предлагаемого изобретения является метод расчета расхода электрической энергии в зонах учета с использованием технических средств учета, оснащенных системами глобального позиционирования [5]. Метод основан на делении железных дорог на зоны учета, как минимальной территориальной единицы, и определении специализированными средствами учета на электроподвижном составе расхода электрической энергии в границах этих зон. При движении электроподвижного состава через зоны учета в техническом средстве учета формируется база данных по потреблению электрической энергии в каждой зоне в отдельности и по общему потреблению электрической энергии электроподвижным составом.
Недостатком указанного способа является то, что вычисление расхода электроэнергии производится непосредственно техническим средством на электроподвижном составе в границах тех зон учета, географические координаты которых заранее определены в базе данных технического средства. Таким образом, при изменении границ зон учета или ввода дополнительных зон учета возникает необходимость перепрограммирования средств учета электроэнергии на всем электроподвижном составе. Кроме того, расход электрической энергии в каждой зоне определяется с учетом энергии рекуперации, а не раздельно, что не позволяет выполнять детальный анализ эффективности применения рекуперативного торможения в той или иной зоне учета.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в:
- снижении трудоемкости определения расхода и рекуперации электроэнергии электроподвижным составом в границах зон учета за счет сокращения операций при задании границ зон учета электрической энергии;
- расширении возможностей анализа расхода и рекуперации за счет их раздельного определения в границах зоны учета;
- повышении гибкости способа за счет возможности определения расхода электроэнергии за любой период времени в любых произвольных границах без необходимости перепрограммирования средств учета электрической энергии на электроподвижном составе;
- возможности использования технических средств учета электроэнергии на электроподвижном составе без применения сложных вычислительных алгоритмов ее расхода в границах зон учета.
Отличиями от ранее известных способов определения потерь являются:
задание границ зон учета электрической энергии на сервере сбора и обработки данных верхнего уровня; раздельное определение расхода и рекуперации электрической энергии в границах зоны учета.
i
<mrow><msubsup><mi>w</mi><mi>i</mi><mo>'</mo></msubsup></mrow>
На фиг.1 представлена схема прохождения электроподвижного состава 1 через k-e зоны учета электроэнергии 2. По ходу движения информационно-измерительным комплексом 3 [6] на электроподвижном составе в каждый момент времени t с интервалом Δt осуществляется измерение приращения расхода (
) и рекуперации
<mrow><msubsup><mi>w</mi><mi>i</mi><mo>"</mo></msubsup></mrow>
i
i
(
) электроэнергии электроподвижным составом, а также географических координат его местоположения (широты - φ и долготы - λ). Все измеренные значения сохраняются в энергонезависимой памяти измерительного-информационного комплекса с метками времени.
На фиг.2 изображена схема передачи данных с борта электроподвижного состава на сервер сбора и обработки данных верхнего уровня. Информационно-измерительный комплекс 2 на электроподвижном составе 1 включает модуль GPS/ГЛОНАСС с антенной 3, принимающий информацию о географическом положении со спутника 11, а также модуль беспроводной связи с радиоантенной 4. Передача данных с борта электроподвижного состава на сервер сбора данных нижнего уровня 7 осуществляется по радиоканалу 6 в зоне покрытия точки доступа беспроводной связи 5, которые размещаются в локомотивных (мотор-вагонных) депо или пунктах оборота локомотивных бригад 8. Далее информация по волоконно-оптической линии связи 9 передается на сервер сбора и обработки данных верхнего уровня 10.
k
k
1
2
<mrow><msubsup><mi>W</mi><mrow><mi>K</mi><mi>T</mi></mrow><mo>'</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>W</mi><mrow><mi>K</mi><mi>T</mi></mrow><mo>"</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>W</mi><mrow><mi>K</mi><mi>T</mi><mi>j</mi></mrow><mo>'</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>W</mi><mrow><mi>K</mi><mi>T</mi><mi>j</mi></mrow><mo>"</mo></msubsup></mrow>
На сервере верхнего уровня осуществляется сбор информации со всех единиц электроподвижного состава и ее обработка по алгоритму, приведенному на фиг.3, где k - порядковый номер зоны учета электроэнергии; Ф и Λ - множество географических координат, принадлежащих k-й зоне учета; Т - расчетный период времени, ограниченный моментами времени t и t;
и
- расход и рекуперация электрической энергии в k-й зоне учета за расчетный период Т;
и
- расход и рекуперация электрической энергии j-м электроподвижным составом в k-й зоне учета за расчетный период Т.
Расход и рекуперация электрической энергии всем электроподвижным составом в границах k-й зоны учета за расчетный период Т определяются по выражениям:
В качестве границ зоны учета электрической энергии могут приниматься границы железной дороги, тарифной зоны, дистанции электроснабжения, межподстанционной зоны, участка работы локомотивных бригад, тракционных путей ремонтного локомотивного или мотор-вагонного депо, а также любого произвольного участка железной дороги.
Изобретение направлено на снижение трудоемкости расчета и расширение возможностей анализа расхода и рекуперации электроэнергии электроподвижным составом в границах железной дороги, тарифной зоны, межподстанционной зоны, участка работы локомотивных бригад, на тракционных путях ремонтных локомотивных и мотор-вагонных депо и других произвольных зонах для осуществления взаиморасчетов за электроэнергию на тягу поездов между соседними железными дорогами в условиях взаимозаездов локомотивных бригад, для возможности предъявления платы за электроэнергию частным перевозчикам, эксплуатирующим свой тяговых подвижной состав на путях общего пользования ОАО «РЖД», для оценки эффективности работы системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава в границах произвольных участков и разработки мероприятий по ее повышению, для определения электропотребления на тракционных путях ремонтных локомотивных депо при осуществлении взаиморасчетов за электрическую энергию с ремонтными организациями.
Библиографический список
1. Черемисин В.Т., Зверев А.Г. Методика расчета удельного расхода и «небаланса» электрической энергии на тягу поездов в границах участков железной дороги // Труды всероссийской науч.-практ. конф. «Актуальные проблемы Транссиба на рубеже веков» / Дальневосточный гос. ун-т путей сообщения. Хабаровск, 2000. Т.2. С.107-114.
2. Ушаков С.Ю. Повышение достоверности определения расхода электрической энергии на тягу поездов при учете влияния взаимозаездов локомотивных бригад / С.Ю. Ушаков // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Спец. выпуск. Перспективы и направления развития транспортной системы / Самарский научный центр РАН. Самара, 2007. С.234-237.
3. Пат. на изобретение 2427916 РФ. МПК G06Q 90/00, B60L 3/00. Система коммерческого учета электроэнергии, потребляемой тяговым подвижным составом / А.В. Кузнецов, В.И. Уманский, С.К. Басыров, Л.Н. Рачек, Д.Г. Кузнецов, И.Н. Розенберг, Е.Н. Розенберг (РФ) - №2010115349/08; Заявлено 19.04.2010; Опубл. 27.08.2011. Бюл. №24.
4. Пат. на изобретение 2267410 РФ. МПК B60L 3/00, G01R 21/06. Способ определения технологических потерь электроэнергии в тяговой сети переменного тока / М.Д. Рабинович, Н.А. Петров, А.В. Кузнецов, В.В. Кузнецов, Б.Д. Никифоров, Е.Л. Емельяненкова (РФ) - №2004118637/11; Заявлено 22.06.2004; Опубл. 10.01.2006. Бюл. №01.
5. Хряков А.А. Расчет расхода электрической энергии в зонах учета электрической тяги постоянного тока с использованием новых технических средств / А.А. Хряков // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2011. №2(6). С.42-45.
6. Пат. на полезную модель 97829 РФ, МПК G01R 11/54. Универсальный электронный счетчик для учета электрической энергии на электроподвижном составе постоянного и переменного тока / В.Т. Черемисин, С.С. Грицутенко, М.М. Никифоров, С.Н. Чижма, А.А. Хряков. (РФ) - №2010118148/28; Заявлено 05.05.2010; Опубл. 20.09.2010. Бюл. №26.