Способ управления электроподвижным составом и системой тягового электроснабжения
METHOD FOR CONTROLLING AN ELECTRIC ROLLING STOCK AND A TRACTION POWER SUPPLY SYSTEM

Изобретение относится к подаче электроэнергии к электрическим сетям, контактирующим с токоприемниками транспортных средств и к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от внешних источников энергоснабжения.
Известно устройство для автоматического регулирования тягового электроснабжения, в котором микропроцессор рассчитывает напряжения на шинах тяговых подстанций одной из межподстанционных зон с учетом параметров, поступающих от порогового блока и блока задания параметров тяговой сети [1]. Рассчитанные напряжения и мощности поступают в блок оптимизации напряжения на шинах тяговых подстанций и блок оптимизации мощности тяговых подстанций, куда передается аналогичная информация от микропроцессоров соседних межподстанционных зон. Информация о значении оптимального напряжения и мощности для всего участка поступает в микропроцессор, где рассчитывается требуемая коррекция напряжения и мощности и через блок памяти поступает на блоки телеуправления напряжением на шинах тяговых подстанций, и блоки телеуправления мощностью тяговых подстанций.
Известное устройство позволяет повысить коэффициент полезного действия за счет введения блоков телеуправления мощностью тяговых подстанций, блока измерения тока поезда и блока оптимизации мощности тяговых подстанций.
Основными недостатками известного устройства является в части общих признаков с заявляемым изобретением:
1) отсутствие возможности регулирования напряжения и мощности тяговых подстанций с учетом измерений электрических и неэлектрических параметров устройств компенсации реактивной мощности, накопителей электрической энергии, устройств продольной емкостной компенсации и прочих подобного рода устройств, которые применяются или могут применяться в системе тягового электроснабжения;
2) отсутствие возможности регулирования мощности и других параметров электроподвижного состава во взаимосвязи (координации) с регулированием напряжения и мощности тяговых подстанций.
В известном устройстве для автоматического регулирования системы тягового электроснабжения [2] также отсутствует возможность осуществлять управление устройствами компенсации реактивной мощности, накопителями электрической энергии системы тягового электроснабжения во взаимосвязи (координации) с электроподвижным составом и в его интересах, направленных на повышение энергоэффективности и надежности эксплуатации, или в интересах транспортной системы в целом.
Известен также способ и система для контроля и регулирования мощности, расходуемой транспортной системой [3].
Известная система для контроля и регулирования мощности и энергии, расходуемой транспортной системой, обеспечивает постоянный контроль за поездной ситуацией на перегонах и контроль за параметрами движения поездов с целью обеспечения оптимального расстояния между вслед идущими поездами и обеспечения энергосбережения при выполнении графиков движения. Кроме этого известная система не только определяет режимы электропотребления на каждом участке, по каждому фидеру, и высчитывает потери электроэнергии в реальном времени, а также осуществляет интеллектуальное управление в реальном времени системой электроснабжения поездов на участке между тяговыми подстанциями. Анализ в реальном времени графиков движения всех поездов на участке между тяговыми подстанциями выполняется микропроцессором во взаимодействии с устройством контроля и управления. В результате прогнозирующих расчетов система предотвращает возникновение перегрузок тяговых подстанций по разрешенной мощности. Также система своевременно реагирует на ограничения в распределении энергии на движение поездов, которые могут быть связаны как с предельными возможностями аппаратуры, так и с ограничениями энергопотребления, задаваемыми районными подстанциями. За счет лучшего согласования режимов энергосберегающего движения поездов на каждом участке между тяговыми подстанциями, устройство контроля и управления обеспечивает более эффективный непосредственный обмен энергией рекуперативного торможения между поездами. Приказы на снижение чрезмерной потребляемой мощности учитывают минимально необходимый уровень мощности, требуемый профилем пути на тягу каждого конкретного поезда, и позволяют оптимизировать энергоснабжение поездов в порядке приоритетов диспетчерского управления безопасным движением с соблюдением установленных графиков движения. Другая существенная возможность для этой оптимизации основана на том, что существуют варианты энергооптимальных графиков движения, позволяющие сдвигать момент начала рекуперативного торможения без существенных изменений в экономии электроэнергии.
Основным недостатком известной системы является отсутствие возможности регулирования напряжения и мощности тяговых подстанций в интересах электроподвижного состава, например, для повышения эффективности рекуперативного торможения или повышения надежности электроподвижного состава;
Близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является изобретение, по совокупности существенных признаков, связанных с электроподвижным составом, принятое в качестве прототипа, «Способ и система для контроля и регулирования мощности, расходуемой транспортной системой» [4].
Известный способ позволяет ограничивать максимальное потребление мощности и энергии, расходуемых транспортной системой, и оптимизировать эксплуатационные расходы и включает в себя транспортные средства с электрической тягой, содержащей систему электроснабжения, включающую в себя одну или более подстанций электроснабжения, связанных с внешней сетью электроснабжения, при этом подстанция или подстанции электроснабжения снабжают энергией тяговые подстанции, снабжающие мощностью участки линии электроснабжения, имеющие установленные на транспортных средствах токоснимающие устройства, подсоединенные к ним, и на каждом транспортном средстве установлен силовой преобразователь, который снабжается мощностью с помощью токоснимающего устройства и который контролирует мощность и/или частоту вращения тягового электродвигателя транспортного средства, и реализует:
- измерение в режиме реального масштаба времени мгновенной электрической мощности и/или энергии, потребляемой из внешней сети электроснабжения подстанциями;
- выдачу заданного значения регулируемой величины в одно или более транспортных средств для воздействия на бортовой преобразователь транспортного средства с целью временного уменьшения мощности и/или частоты вращения тягового электродвигателя, если мощность или энергия, потребляемая из внешней сети, имеет тенденцию превышать заданный порог.
Основными недостатками известного способа является в части общих признаков с заявляемым изобретением:
1) отсутствие наряду с уменьшением мощности и/или частоты вращения тягового электродвигателя рассматриваемых транспортных средств возможности выдачи заданных значений регулируемой величины на увеличение мощности генерации (рекуперации) транспортным средством, что позволило бы обеспечить достижение целей известного способа.
2) отсутствие возможности регулирования напряжения и качества электрической энергии в тяговой сети и нетяговых потребителей за счет регулирования режимов тяги (рекуперации) электроподвижного состава, в том числе координирование с накопителями (распределенной генерации), устройствами компенсации реактивной мощности и прочими в системе тягового электроснабжения.
Предлагаемый способ позволяет устранить указанные выше недостатки.
Технический результат изобретения заключается в повышении энергетической эффективности и надежности работы системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава за счет координированного управления режимами их совместной работы.
Технический результат достигается с помощью представленного способа управления электроподвижным составом и системой тягового электроснабжения, состоящими из транспортных средств с электрической тягой и одной или более тяговых подстанций, снабжающие мощностью участки линий электроснабжения, установленные на транспортных средствах токоснимающие устройства, подсоединенные к ним, основанный на измерениях текущею значения электрической мощности и/или энергии, потребляемой из системы внешнего электроснабжения и выдаче в одно или более транспортное средство заданного значения регулируемой величины, отличающийся тем, что регулирующие воздействия выдаются одновременно на электроподвижной состав и устройства управления напряжением, мощностью, секционированием системы тягового электроснабжения, при этом управление системой электроснабжения и электроподвижным составом осуществляется координированно между ними с учетом взаимного влияния.
Задача, решаемая изобретением, заключается в создании способа управления электроподвижным составом и системой тягового электроснабжения, позволяющего повысить энергетическую эффективность и надежность работы системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава за счет выработки координированных управляющих воздействий для изменения параметров режимов электроподвижного состава (одного или нескольких электровозов в межподстанционной зоне) и системы электроснабжения железных дорог (законы регулирования уставками регуляторов напряжения, накопителей, устройств компенсации реактивной мощности, устройств продольной емкостной компенсации и пр.) во взаимодействии с окружающей инфраструктурой в реальном времени (графики движения поездов, геоинформационное позиционирование, организация безопасности движения).
Признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, является:
1) регулирующие воздействия выдаются одновременно на электроподвижной состав и устройства управления напряжением, мощностью, секционированием системы тягового электроснабжения;
2) управление системой электроснабжения и электроподвижным составом осуществляется координированно между ними с учетом взаимного влияния.
Благодаря отличительным признакам повышается энергетическая эффективности системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава.
На фиг. 1 представлен фрагмент системы тягового электроснабжения железных дорог с электроподвижным составом.
Сущность предлагаемого изобретения представлена ниже.
Согласно данному способу управления электроподвижным составом и системой тягового электроснабжения осуществляется выработка координированных управляющих воздействий для изменения параметров режимов электроподвижного состава 10-15 (одного или нескольких локомотивов в межподстанционной зоне) и устройств 1-9 системы тягового электроснабжения (законы регулирования уставками регуляторов напряжения, накопителей, устройств компенсации реактивной мощности, устройств продольной емкостной компенсации и пр.) во взаимодействии с окружающей инфраструктурой в реальном времени (графики движения поездов, геоинформационное позиционирование, организация безопасности движения) для повышения пропускной способности, надежности перевозочного процесса, снижения расхода электроэнергии на тягу поездов.
Программно-технический комплекс I и II в границах межподстанционной зоны осуществляет сбор данных и отправку управляющих воздействий по линиям связи и передачи информации 31 во взаимодействии с интеллектуальными электронными устройствами электроподвижиого состава и устройств электроснабжения (контроллеры, блоки управления и пр.) 16-30.
Передачи мощности от электроподвижного состава к системе тягового электроснабжения и наоборот осуществляется по силовым линиям 32.
Список обозначений:
1, 2, 3, 7, 8, 9 - устройства, установленные на тяговых подстанциях;
4, 5, 6 - устройства, установленные на посту секционирования;
10-15 - электроподвижной состав;
16-30 - интеллектуальные электронные устройства электроподвижного состава и устройств электроснабжения (контроллеры, блоки управления и пр.);
31 - линии связи и передачи информации;
32 - силовые линии;
I - программно-технический комплекс первой тяговой подстанции;
II - программно-технический комплекс второй тяговой подстанции;
Библиографический список
1. Пат. на полезную модель №45343 РФ. Устройство для автоматического регулирования тягового электроснабжения / А.Н. Марикин, А.Г. Бурков, А.В.Смирнов (РФ). - 2005100935/22; заявл. 17.01.2005; опубл. 10.05.2005. бюл. №13.
2. Пат. на полезную модель № РФ. Устройство для автоматического регулирования системы тягового электроснабжения / В.Л. Незевак (RU) В.Т. Черемисин Ю.В. Плотников (РФ). - 2020113761; заявл. 03.04.2020; опубл. 28.10.2020 Бюл. №25.
3. Пат. на полезную модель № РФ. Система для контроля и регулирования мощности и энергии, расходуемой транспортной системой / В.А. Вербицкий, К.Г. Кисельгоф, И.О. Набойченко, В.В. Раков, Е.У. Розенберг, И.Н. Розенберг, А.В. Шурдак (РФ). - 2016116551; заявл. 27.04.2016; опубл. 30.08.2017 Бюл. №25.
4. Пат. на полезную модель № РФ. Способ и система для контроля и регулирования мощности и энергии, расходуемой транспортной системой / Р. Седдики Д. Корник (FR). - 2003112726/11; заявл. 20.10.2004; опубл. 10.01.2008 Бюл. №1.