ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ТЯГОВЫХ СЕТЯХ
DATA SYSTEM FOR TRACTION MOTOR ELECTRIC POWER RECORDING

Изобретение относится к области электрифицированного железнодорожного транспорта, а именно к системам тягового электроснабжения однофазного переменного тока напряжением 27,5 кВ и постоянного тока напряжением 3,3 кВ.
Известен способ прямого определения энергии, потребленной электроподвижным составом (ЭПС) из тяговой сети постоянного тока (патент РФ №2281518), заключающийся в фиксации этой энергии счетчиками энергии, установленными предположительно на всех единицах ЭПС, отличающийся тем, что дополнительно к этому на этих же единицах ЭПС фиксируют количество полученных ампер-часов и, кроме того, фиксируют количество энергии и ампер-часов, отпущенных в тяговую сеть по всем фидерам контактной сети, при этом количество энергии, в действительности потребленной всеми единицами ЭПС, определяют исходя из соблюдения непременного равенства ампер-часов, отпущенных в тяговую сеть по фидерам контактной сети и полученных всеми единицами ЭПС. При этом для повышения точности и удобства расчетов фиксация и энергии, и ампер-часов как на фидерах тяговой сети, так и на единицах ЭПС производится синхронно с необходимыми метками по времени специальными комплексными счетчиками. Недостатками описанного способа являются невозможность оперативного контроля потребления электроэнергии при ведении поезда, т.к. данные по потреблению электроэнергии сравниваются только по возвращении ЭПС в депо; нет возможности вести практический анализ электропотребления по всей длине тяговой сети, выявлять участки с повышенными потерями электроэнергии.
Наиболее близким к предложенному решению является способ определения технологических потерь электроэнергии на участке тяговой сети переменного тока (патент РФ №2267410), заключающийся в измерениях для выбранного участка тока и напряжения на тяговых подстанциях и электровозах, отличающийся тем, что измерения тока и напряжения осуществляют синхронно на каждом фидере контактной сети каждой тяговой подстанции и на электровозах и регистрируют измеренные параметры с периодичностью от 0,1 до 1 мин, вычисляют расходы электроэнергии на тяговых подстанциях и на электровозах и регистрируют их с той же периодичностью, передают вычисленные значения расхода электроэнергии на тяговых подстанциях и на электровозах на устройство сбора и обработки данных, посредством которого рассчитывают электроэнергию, потребленную на тяговых подстанциях в пределах выбранного участка, и на электровозах за время прохождения ими этого участка, а технологические потери электроэнергии в тяговой сети выбранного участка определяют как разность между значениями расхода электроэнергии на тяговых подстанциях и на электровозах.
К недостатками предложенного способа относятся:
1. Необходимость постоянной передачи информации от ЭПС на устройство сбора и обработки данных по радиоканалу с периодичностью от 0,1 до 1 минуты, т.к. технически сложно постоянно передавать сигнал с ЭПС: необходима высокая мощность передатчика, необходима выделенная лицензированная частота для каждого локомотива, при этом частотный диапазон будет постоянно занят.
2. Отсутствие возможности определения местоположения ЭПС и синхронизации потребления электроэнергии с профилем пройденного пути, так как упомянутая синхронизация по времени измерений на тяговых подстанциях и электровозах, позволяющая осуществлять привязку получаемых данных к координате пути, никак не реализована.
3. Синхронизация времени ЭПС при проезде электровозом нейтральной вставки в контактной сети имеет невысокую точность за счет наличия переходных процессов; синхронизация при наличии нескольких ЭПС на межподстанционной зоне затруднительна, так как прекращение потребления тока одним из локомотивов, потребляющих электроэнергию в данной межподстанционной зоне, может компенсироваться увеличением потребления тока другими локомотивами. Упомянутая «Единая система контроля астрономического времени» обеспечивает синхронные измерения и регистрацию всех регистрируемых параметров только на тяговых подстанциях, так как отсутствует передача сигналов точного времени от главного процессора на ЭПС.
Целью изобретения является повышение точности учета электроэнергии тяговых сетей электроснабжения за счет синхронизации времени систем контроля электроэнергии электроподвижного состава и тяговых подстанций и определения текущего положения ЭПС с помощью использования системы ГЛОНАСС, а также записи информации об электропотреблении ЭПС при движении по межподстанционной зоне и передаче ее на устройство сбора и обработки данных при передвижении ЭПС в зоне радиодоступа.
Указанная цель достигается тем, что в информационной системе для учета электроэнергии в тяговых сетях, содержащей подключенные к питающим фидерам контактных проводов межподстанционной зоны, установленные на первой и второй тяговых подстанциях датчики напряжения и тока, которые передают сигналы, пропорциональные измеряемым токам и напряжениям, в станционные устройства контроля и управления, передающие информацию о потребляемой электроэнергии через узлы системы передачи данных и сеть передачи данных на устройство сбора и обработки данных, установленный на электровозе датчик тока и напряжения, подключенный к электровозному устройству контроля и управления, при этом станционный и электровозные устройства контроля и управления связаны друг с другом с помощью радиоканала, реализованного с помощью двух радиомодемов, измерение и регистрация токов и напряжений, а также вычисление и регистрация расхода электроэнергии на фидерах тяговой сети и электровозах осуществляется синхронно с помощью устройства сбора и обработки данных, передача информации от электровоза на тяговую подстанцию происходит при перемещении электровоза мимо подстанции в зоне прямого радиодоступа; с помощью системы ГЛОНАСС осуществляется определение текущих координат электровоза, привязка графика расхода электроэнергии к профилю пройденного пути и определение отклонений от энергооптимального режима ведения поезда; синхронизация отсчетов времени на тяговой подстанции и на электровозе осуществляется с помощью отсчетов точного времени системы ГЛОНАСС.
На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемой системы.
Районные подстанции РП1 и РП2 снабжают тяговые подстанции ТП1 и ТП2, а также и другие тяговые подстанции ТП электроэнергией по трехфазным линиям питания. Тяговые трансформаторы преобразуют входное напряжение к величине 27,5 кВ и питают этим напряжением контактную сеть, причем смежные подстанции питают одну межподстанционную зону с двух сторон. На всех тяговых подстанциях установлено одинаковое оборудование. Учет электроэнергии, потребляемой от тяговых подстанций, осуществляется с помощью датчиков тока и напряжения ДТН. Информация о величинах тока и напряжения поступает на устройство контроля и управления УКУ, где каждый отсчет синхронизируется с помощью системы ГЛОНАСС, сигналы которой принимаются с помощью приемника ГЛОНАСС ПГ. УКУ рассчитывает расход электроэнергии, регистрирует и отправляет данные через адаптер СПД и сеть передачи данных в устройство сбора и обработки данных.
На электровозе также расположены датчики тока и напряжения, которые передают информацию на электровозное устройство контроля и управления УКУ, которое осуществляет расчет расхода электроэнергии, регистрирует его. УКУ также принимает от приемника ГЛОНАСС информацию для синхронизации времени отсчетов и информацию о местоположении электровоза. УКУ привязывает информацию о расходе электроэнергии с профилем пути, пройденным электроподвижным составом, и передает ее в устройство сбора и обработки данных с помощью радиомодемов УКВ, один из которых расположен на электровозе, второй - на тяговой подстанции. Передача данных происходит только тогда, когда электровоз проходит мимо подстанции в зоне радиодоступа. За счет этого возможно уменьшить мощность передатчика, использовать общедоступную частоту для передачи данных, например 430 МГц. Передача ведется непостоянно, за счет этого освобождается используемый радиоканал связи.
Предложенная система позволит определять режимы электропотребления на каждом участке, по каждому фидеру, а также высчитывать потери электроэнергии в реальном времени. Сравнение режимов текущего энергопотребления с энергооптимальными режимами позволит в реальном времени управлять системой электроснабжения.
Информационная система может использоваться для сетей тягового электроснабжения как переменного, так и постоянного тока, разница лишь в используемых датчиках тока и напряжения.
Таким образом, использование предложенной информационной системы позволит увеличить точность учета электроэнергии за счет передачи информации об энергопотреблении с электровоза в устройство сбора и обработки данных при прохождении электровоза мимо тяговой подстанции в зоне доступа радиомодемов, синхронизации отсчетов датчиков тока и напряжения с помощью системы ГЛОНАСС. С помощью этой же системы электровозное устройство контроля и управления определяет текущие географические координаты электровоза, привязывает величину электропотребления к профилю пройденного пути, что дает возможность анализа энергозатрат путем сравнения их с графиками энергооптимального ведения поезда.