УТИЛИЗАЦИЯ ИЗБЫТОЧНОЙ РЕКУПЕРАЦИИ В КОНТАКТНОЙ СЕТИ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА ПРИ ЗАРЯДКЕ СТАЦИОНАРНОГО НАКОПИТЕЛЯ

УДК 620.97, 621.311, 629.433, 629.085 https://doi.org/10.18503/2311-8318-2023-1(58)-10-20

Кацай A.B.1, Шевлюгин М.В.2

1 ООО «Кинемаю», Москва

2 Российский университет транспорта (МИИТ), Москва

Утилизация избыточной рекуперации в контактной сети электротранспорта

при зарядке стационарного накопителя

Рассмотрены перетоки энергии рекуперации подвижного состава горэлектротранспорта в процессе торможения. Определено влияние мощности сетевой нагрузки на направления перетоков полезной рекуперированной энергии при торможении подвижного состава. Проанализированы особенности работы в контактной сети стационарного буферного накопителя энергии НКЭ-3Г маховичного типа. Выведен коэффициент расхода энергии на тягу и нетяговые нужды как собственная характеристика системы выполнения транспортной работы в ГЭТ. Установлена устойчивая статистическая зависимость температуры окружающей среды и соотношения тягового и нетягового энергопотребления транспортной системы при выполнении перевозочной работы. Проанализировано изменение характера энергии избыточной рекуперации тормозящего вагона при перенаправлении её на зарядку стационарного накопителя энергии в контактной сети. Выявлен прежде не описанный в литературе эффект дополнительной экономии энергии стационарным накопителем сверх того, что он выдаёт на нагрузку в контактную сеть ранее запасённую энергию избыточной рекуперации. Дополнительная полезная утилизация мобилизованной избыточной энергии рекуперации возникает в ходе зарядки накопителя, когда часть её непосредственно, то есть без пребывания в накопителе, потребляется нетяговой сетевой нагрузкой, чего не происходит без стационарного накопителя, реализующего функциональный режим управляемой сетевой нагрузки. Данному явлению присвоено название «эффект КБК». Заложена основа способа расчёта количества непосредственного потребления сетевой нагрузкой мобилизованной избыточной энергии рекуперации в ходе зарядки накопителя при современном уровне развития и применения средств учёта в горэлектротранспорте.

Ключевые слова: рекуперативное торможение, перетоки рекуперативной энергии, полезная и избыточная энергии рекуперации, стационарный накопитель, контактная сеть, тяговая подстанция, подвижной состав, тяговая нагрузка, нетяговая нагрузка, перенаправление избыточной рекуперации

Введение

Первичным источником энергии для выполнения транспортной работы системой городского электротранспорта является понизительно-выпрямительная тяговая подстанция (ТП), которая понижает и выпрямляет энергию переменного тока из высоковольтной питающей линии и выдаёт её в виде тока с постоянным напряжением в контактную сеть (КС) на нагрузку [1]. Электроподвижной состав (ЭПС) городского электротранспорта (ТЭТ), оснащённый транзисторно-инверторными системами управления (ТИСУ) тяговыми электродвигателями способен в ходе рекуперативного торможения преобразовывать механическую энергию линейного движения вагона в электрическую, имеющую напряжение ирек выше такового от тяговой подстанции итп, позволяющее выдавать эту энергию в контактную сеть, чтобы она могла быть использована на выполнение полезной транспортной работы другими вагонами или стационарной нагрузкой [2-5]. Выдающие электрическую рекуперативную энергию в контактную сеть тормозящие вагоны являются в ней вторичными источниками питания, поскольку часть однажды использованной энергии возвращают на повторное применение. При наличии в контактной сети нагрузки, значение мгновенной мощности которой сопоставимо с мгновенной мощностью рекуперации тормозящего вагона или больше неё, эта энергия рекуперации напрямую потребляется указанной нагрузкой, в силу чего и называется полезной энергией рекуперации. По данным ряда исследователей [6], полезная ре-

© Кацай A.B., Шевлюгин М.В., 2023

куперация может составлять до 30-35% от потреблённой из КС на тягу энергии. В современном метрополитене объём межпоездных перетоков рекуперации достигает 10% оттягового энергопотребления [7, 8].

Исходными данными для исследования послужили непосредственные замеры потребления вагонами энергии на тягу Етяти и выданной в сеть полезной рекуперации £рек—полезн. Доля последней составила за 2021 г. 27,3% от первой (рис. 1). В рассматриваемой трамвайной системе все вагоны однотипны и оснащены тяговыми преобразователями, позволяющими выдавать рекуперированную энергию в контактную сеть. При отсутствии в сети ТП стационарных накопителей энергии вся выданная в сеть рекуперация Ь'рек-полезн направляется непосредственно на выполнение полезной работы тяговой и нетяговой сетевой нагрузкой.

Если мощность нагрузки в контактной сети недостаточна для приёма всей рекуперированной мощности и отсутствует буферный накопитель, то на клеммах тягового преобразователя тормозящего вагона растёт уровень напряжения и при достижении установленной уставки тормозного прерывателя инвертора ичопп (обычно порядка 720 В) последний подключает к звену постоянного тока инвертора тормозные резисторы, на которых избыточная энергия утилизируется и рассеивается в виде тепла в атмосфере. Этот объём рекуперативной энергии называется избыточным (Ярек-изб). По данным исследователей этой темы, объём избыточной энергии рекуперации современным ЭПС с ТИСУ может составлять, в зависимости от условий движения, от 10-20 [9] до 15-30% [8] от потребления на тягу.

250 200 150 100 50 0

Е, 103кВт-ч

1 -Е,

тяги ваг

2-Е,

нетяги ваг

1 - F

i

и я а а « я о « с =з « -в- ¡8 «я 8

к ч 2 2 к к

и мес

Рис. 1. Диаграмма потребления на тягу, нетяговые нужды сети и рекуперации вагонов на исследуемой подстанции за 17 месяцев

Баланс выдачи энергии от источников и её потребления нагрузкой, выполняющей транспортную работу, в системе с рекперирующими вагонами описывается формулой

^^^Т—Г | ^ - ^

И! рек-полезн

-Е

тяги ' нетяги'

где Ети - электроэнергия, выдаваемая в КС тяговой подстанцией (по выпрямленной стороне), кВт-ч; ЕТЯГИ-энергия, потребляемая тяговой системой вагонов, кВт-ч; £нетЯги - потребление системами нетяговых нужд вагонов и стационарной инфраструктуры, подключённой к контактной сети, кВт- ч.

При этом избыточная рекуперация ¿'рек-изб в общем балансе энергии сети участия не принимает, так как полезно не утилизируется. В данном исследовании транспортные потери энергии в контактном проводе отнесены к нетяговому энергопотреблению и включены в показатель Енетяги. Более подробное рассмотрение состава транспортных потерь тока в КС на материале изучаемой трамвайной системы будет проведено в другом исследовании.

В исследуемой трамвайной системе доля тягового энергопотребления ЕТЯТИ от общей выдачи первичным и вторичным энергоисточниками составила 55,5% по итогам 2021 г. С учётом того, что энергопотребление на тягу может составлять до половины и более от общего потребления энергии на транспортную работу предприятий ГЭТ, повышение объёмов полезной рекуперации за счёт снижения избыточной рекуперации (то есть перевод избыточной рекуперации в полезную) является одной из важнейших задач по снижению сетевого энергопотребления и повышению эффективности пассажироперевозок.

Для решения этой задачи могут применяться организационные меры, например заключающиеся в оптимизации графика движения подвижного состава или обучении водителей способам вождения, повышающим эффективность рекуперативного торможения. Однако результативность таких мер достаточно ограничена в силу вполне понятных объективных и субъективных причин (например, сдвиги графиков движения по маршрутам, случайный характер процессов торможения и разгона ЭПС по маршруту, приоритет безопасности вождения и др.). Другим, техническим, способом повышения уровня полезной утилизации рекуперативной энергии торможения ЭПС является применение буферных накопителей энергии, которые могут размещаться как на борту подвижного состава, так и стационарно. Буферные накопители могут запасать избыточно генери-

руемую энергию вторичными источниками - рекуперирующими вагонами, хранить её некоторое время и выдавать затем на полезное потребление в КС. Другими словами, первые опосредствуют применение на полезную работу избыточной энергии рекуперации, выделяемой вторыми, и, следовательно, являются третичными источниками энергии в контактной сети. Предметом настоящего исследования является изучение каналов экономии энергии на транспортную работу ГЭТ путём задействования на полезную работу избыточной рекуперации при использовании стационарных накопителей энергии. Одним из основных преимуществ стационарных накопителей перед бортовыми является тот факт, что при практически одинаковых технических характеристиках (энергоёмкость и мощность) для полной утилизации избыточной рекуперации бортовых накопителей требуется столько, сколько единиц ЭПС выпускается на линию, а стационарных - только по одному на каждую тяговую подстанцию.

Наиболее обсуждаемый на сегодняшний день вопрос касательно перспектив применения стационарных накопителей энергии - создание и подтверждение способов определения энергетической эффективности работы таких агрегатов [10-13]. Поскольку выдаваемая накопителем энергия избыточной рекуперации вагонов, которой он предварительно зарядился, непосредственно измеряется счётчиком, то есть этот эффект работы стационарного накопителя фиксируется инструментально, то целью исследования было изучить возможность дополнительных эффектов по экономии энергии на выполнение транспортной работы стационарным накопителем. Для достижения этой цели в данной статье мы будем рассматривать не процесс выдачи стационарным накопителем ранее запасённой энергии избыточной рекуперации вагонов, а только процессы, происходящие в ходе его зарядки.

Стационарный накопитель энергии для КС ГЭТ маховичного типа НКЭ-3Г

С целью решения этой задачи была проведена длительная эксплуатация стационарного накопителя энергии в контактной сети трамваев. Тип применённого накопителя - маховичный модели НКЭ-3Г (рис. 2). Основные характеристики устройства: мощность зарядки максимальная - до 200 кВт, энергоёмкость полная -2 кВт- ч. Агрегат располагался в собственном контейнере на одном из изолированных участков питания тяговой подстанции и присоединялся непосредственно к контактной сети. Наработка агрегата в ходе рассматриваемых испытаний превысила 3500 моточасов.

а б

Рис. 2. Контейнер с накопителем энергии НКЭ-3Г во время работы в КС трамвая

В наиболее интенсивные периоды наличия избыточной рекуперативной энергии - в теплый период года - количество полуциклов приёма энергии достигало 4000 в рабочий день устройства продолжительностью 17 часов.

Управление агрегатом осуществляется автоматически по заданным в алгоритме уставкам напряжения контактной сети: верхняя уставка иверх фиксирует факт наличия в КС избыточной энергии рекуперативного торможения трамвая, нижняя уставка иниж фиксирует наличие в сети потребителя энергии, на которого можно выдать запасённую перед этим энергию избыточной рекуперации. По срабатыванию уставок включаются, соответственно, режим зарядки накопителя и режим выдачи энергии, полученной им в ходе зарядки. На рис. 3 схематично изображены условия по напряжению для приёма стационарным накопителем энергии избыточной рекуперации вагонов, когда соблюдается отношение исети > иверх и условия последующей выдачи её накопителем как третичным источником питания в КС, когда соблюдается отношение исети < иниж. Когда выполняется отношение иниж < исети < иверх, накопитель находится на выбеге, энергию не принимает и не выдаёт.

Проверка возможности экономии энергии на первом этапе цикла работы стационарного накопительного агрегата - в ходе запасания избыточной энергии рекуперативного торможения вагонов - никем ранее не проводилась, в силу чего оценка его эффекта экономии производилась только по объёму выдачи им предварительно запасённой энергии избыточной рекуперации в КС на полезную нагрузку (£нак-ВыД). Впервые анализ полезного использования избыточной рекуперации для выполнения транспортной работы в ходе зарядки стационарного накопителя был проведён авторами настоящего исследования при анализе работы стационарного буферного накопителя энергии НКЭ-3Г в контактной сети трамваев.

У стационарного накопителя НКЭ-3Г фиксация приёма ¿'заряд и выдачи £нак_ВЬ1Д ранее запасённой энергии избыточной рекуперации производилась штатным для систем горэлектротранспорта двунаправленным счётчиком энергии постоянного тока типа СКВТ-Ф610 (производитель АО «ЛЭМЗ»), подключенным на входе устройства. ли, в

720

700 -

680 -

660 -

640 -

620

Накопитель работал в различные сезоны года, когда наружная температура изменялась в диапазоне от +24° до -23°С и, следовательно, существенно изменялась нетяговая и заметно - тяговая нагрузка в контактной сети (см. рис. 1). Вслед за изменением температуры также изменялись удельные значения тягового энергопотребления и рекуперации вагонов в расчёте на один километр пробега.

Кроме показателей работы самого накопителя инструментально фиксировались следующие показатели:

- на тяговых подстанциях - фидерные прямые потоки энергии -Е-ш-прям, межфидерные обратные перетоки рекуперации £межф

—рек >

- на подвижном составе: тяговое энергопотребление Етяш, полезная рекуперация £рек-Полезн, пробег вагонов ¿ваг.

Суммарный объём нетягового энергопотребления ¿нетяги за период (день, месяц) рассчитывался непосредственно исходя из формулы (1), поскольку все остальные данные были инструментально измерены.

Соотношение тягового и нетягового потребления энергии в КС

В ходе проведения исследований сети энергоснабжения транспортной работы было выявлено, что в разные дни при выполнении равной транспортной работы и в относительно одинаковых внешних погодных условиях потребление энергии на тягу и на нетяговые нужды подвижного состава и стационарной инфраструктуры, а также объём полезной рекуперации были примерно одинаковыми. Этот факт говорит о том, что при всей случайности событий тяги, нетягового потребления и рекуперативного торможения в КС имеет место фундаментальное усреднение вероятностей та -ких случайных событий и процессов за длительный период времени, и при одинаковых внешних условиях и равной транспортной работе доли энергопотребления на тягу и на нетяговые нужды также стабильно воспроизводятся. Для характеризации нагрузочного момента в энергетическом балансе контактной сети будем отношение потребления энергии на тягу Етяти и нетяговые нужды Еиетяги называть коэффициентом тяги-нетяги:

К

тяги-нетяги

Рис. 3. Позиции уставок напряжения стационарного накопителя и тормозного прерывателя вагона, напряжения на выходе инвертора вагона итм

Коэффициент тяги-нетяги является собственной характеристикой (качеством), совокупной, распределённой во времени и по участкам КС, нагрузки в системе энергоснабжения транспортной работы ГЭТ при фиксированных значениях пробега ЭПС и погодных условиях. Ктяги_нетяги может рассчитываться для каждой тяговой подстанции, совокупности ТП или для всей системы ГЭТ в целом. Значение этого коэффициента демонстрирует распределение по видам нагрузки, потребляемой от всех источников в КС энергии. Назначение этого коэффициента - обеспечение численного контроля расхода энергии на разные виды нагрузки в определённых условиях движения службами энергоснабжения предприятий ГЭТ.

Интересно отметить практически полную пропорциональность кривых распределения значений К-гяги-нетяги и среднемесячной температуры окружающей среды за 17 месяцев исследования (рис. 4 и 5). Коэффициент корреляции этих двух рядов составляет +0,88, что говорит о прямой сильной зависимости этих значений [14, 15]. Изменение условий выполнения транспортной работы непосредственно напрямую отражается в изменении значения коэффициента тяги-нетяги. Уход значений Ктяги_нетяги от общей закономерности, близкой к синусоиде кривой в июне-июле 2021 г. (см. рис. 4), может быть объяснён изменением одного из значимых факторов работы транспортной системы - переходом в это время на летнее расписание, когда были увеличены интервалы движения поездов, из-за чего тяговое энергопотребление в этот период существенно снизилось, а нетяговое энергопотребление в КС изменилось мало, поскольку основные потребители нетяговых нужд - салонные отопители - не работали уже с конца апреля. Распределение потоков энергии в контактной сети от источников к тяговой и нетяговой нагрузке происходит пропорционально коэффициенту тяги-нетяги.

Сводные данные по источникам энергии и потреблению её нагрузкой в исследуемой КС изображены на рис. 6. Чтобы сравнение поведения кривых значений энергетических показателей и среднемесячной температуры было наглядным, значения последней на графике умножены на 2300.

Прямая корреляция с изменениями температуры наблюдается только у показателей избыточной рекуперации. У других показателей на рис. 6 зависимость от температуры - обратная.

Е, кВтч; Т, -2300 °С

к н «

Яооц-чй-в-зЯ'' мес

Рис.

25 -20 -15 -10 -5 0

-5 --10 -

4. График распределения Ктяги_нетяги за исследуемый период янв. 2021 г. - май 2022 г.

Среднемесячная температура, °С

вз я й а « я й с я ч •©• 2 а г

к е: щ н к: ^ о о 3 Й а о ё к к

я я а, а,

§ I, мес

Рис. 5. Среднемесячная температура за период исследования янв. 2021 г. - май 2022 г.

13 15

-£нетяги_ваг * -Ерек-шбыт

Среднемес. температура

и мес

Рис. 6. Сводные данные по источникам энергии и потреблению в КС, а также среднемесячных температур

за 17 месяцев наблюдений

Потребление энергии полезной рекуперации на изолированном участке КС ТП

без стационарного накопителя

Для теоретического рассмотрения процессов, связанных с обращением энергии рекуперативного торможения подвижного состава, была построена элементарная электрическая модель ситуации рекуперации вагоном на участке КС тяговой подстанции. На рис. 7 схематично изображена электрическая цепь контактной сети тяговой подстанции в ситуации рекуперативного торможения вагона Тмь Кроме того, в цепи имеются первичный источник энергии ТП, стационарная нетяговая нагрузка Я3, могут быть при определённых условиях (ниже они будут описаны) вагон Тм2 на тяге или на стоянке/выбеге (без тяги), а также может иметься подключённый к КС стационарный накопитель энергии (например, маховичного типа НКЭ-3Г). Последний в настоящем исследовании рассматривается только в режиме зарядки или выбега. Вагоны Тм1 и Тм2 имеют бортовую нетяговую нагрузку Я-[ и Я2 соответственно (отопление, освещение, компрессоры, кондиционеры, информационная система и др.), а также имеют тормозные резисторы Ят1 и Ят2 соответственно. Такая схема отражает наиболее простую конфигурацию явления рекуперативного торможения вагона, которая является элементарной основой для расчёта более сложных случаев рекуперативного торможения и тяги многих вагонов.

В случае отсутствия накопителя и наличия достаточной нагрузки в КС ГЭТ энергия рекуперации Тм1 (на рис. 7 Тм1 - рекуперативно тормозит, Тм2 - идёт на тяге, накопитель НКЭ-3Г - отсутствует) превращается в полезную, то есть уходит в КС на нагрузку: тяговую (Мт - тяговые двигатели вагона Тм2) и нетяговую (Яь Я2 - нетяговые системы вагонов, Я3 - нетяговая стационарная нагрузка КС).

тп ф

Ят1

Тм1

Я3 Я

Ят2

X"

т

гд, /

Я2

(м^

Тм2

нкэ

Рис. 7. Схематическое изображение элементарной ситуации в сети при рекуперации вагона Тм1

Я

Я

Я

В этом случае тяговая подстанция «заперта» (^сети > ^гл), т0 есть в энергоснабжении нагрузки она участия не принимает.

Формула (1) приобретает вид

Е = Е + Е

рек-полезн тяги нетяги'

В случае отсутствия достаточной полезной нагруз -ки (например, когда Тм2 стоит на остановке, Мт - не работает, а имеется только нетяговая нагрузка Я1, Я2 и Я3) и отсутствия буферного накопителя в сети при достижении напряжением на клеммах тягового инвертора тормозящего вагона Тм1 уставки максимального напряжения исети > ичопп его тормозной прерыватель подключает тормозные резисторы Ят1 и выдаёт избыточную рекуперацию на них (см. рис. 7).

На рис. 8 показан типовой фрагмент графиков тока и напряжения трамвайного вагона в сети без стационарного накопителя, на котором отражены процессы тяги, полезной рекуперации и отсутствия потребления энергии. Осциллограммы снимались датчиками тока и напряжения, расположенными на входе тяговых инверторов. Описанный случай избыточной рекуперации вагона мы указали на графиках тока и напряжения на

этом рисунке как ¿'рек-изб.

Участки повышенного напряжения, которым соответствуют нулевые токи на графике тока, означают, что в этот период данный трамвай тормозит с выдачей избыточной рекуперации на тормозные резисторы (£рек_изб). Участки с повышенным напряжением, которым соответствуют небольшие токи, означают, что в сети рекуперативно тормозит другой трамвай с выдачей части своей рекуперации в КС, а рассматриваемый вагон, где снималась данная осциллограмма, имеет небольшое потребление энергии на тяговые нужды. Тяговая нагрузка Етяш, как видно на рис. 8, длится всего несколько секунд, имеет длительные перерывы, превышающие продолжительность тяги иногда до десяти раз и более. Максимальная мгновенная мощность тяговой нагрузки может превышать мощность нетяговой нагрузки в десятки раз. То есть тяговая нагрузка имеет характер резкопеременный с большим размахом амплитуды мощности.

Поскольку избыточная энергия рекуперации - это та, которая подаётся на тормозные резисторы тормозящего вагона при отсутствии в данной сети достаточной нагрузки, то в моменты выдачи избыточной рекуперации на резисторы полезная энергия рекуперации отсутствует (£рек-полезн = 0), то есть энергия рекуперации превращается только в избыточную энергию рекуперации ¿'рек-изб. При отсутствии тяговой нагрузки (¿тяги = 0) при избыточной рекуперации суммарная полезная нетяговая нагрузка сети недостаточна для приёма энергии рекуперации вагона и вызывает повышение напряжения в сети, которое, в свою очередь, при выполнении условия исети > ичопп вызывает срабатывание тормозного прерывателя инвертора и выдачу энергии избытка на тормозные резисторы Ят1. Поскольку нетяговая нагрузка Я1, Я2 и Я3 остаётся в сети, а энергия рекуперации становится избыточной, то питание этой нетяговой нагрузки осуществляется в это время от тяговой подстанции, то есть баланс энергии в сети в такой ситуации описывается уравнением

-^тп ^нетяги •

Рис. 8. Фрагмент графиков тока (положительный -приём, отрицательный - выдача) и напряжения тяговой системы трамвая

В процессе потребления энергии нагрузкой, имеющейся в контактной сети, нетяговую нагрузку условно можно считать постоянной в течение значимых промежутков времени - минут и даже часов. Причина этого состоит в том, что освещение, отопление или кондиционирование вагонов, освещение остановочных павильонов, подогрев стрелок, потребление энергии светофорами и т.д. - это длительные процессы на относительно стабильной мощности. При этом суммарная нетяговая мощность в зоне повышенного рекуперацией напряжения, как правило в особенности в тёплое время года, недостаточна для поддержания условия выдачи энергии рекуперации в КС без достижения на тяговом инверторе уставки напряжения ичопп (720 В), так как в таких условиях мощность рекуперации вагона, особенно в начальный период торможения, значительно превышает нетяговую мощность нагрузки (Я1, Я2 и Я3) [16-19]. То есть когда в сети нет тяговой нагрузки, то при рекуперативном торможении образуется ситуация исети > ичопп.

Поскольку мощность рекуперации тормозящего вагона и мощность потребления нетяговой нагрузки объективно заданы (первая - позицией педали управления приводом у водителя в ходе торможения Тмь а вторая - мощностью нерегулируемых устройств нетяговой нагрузки в зоне рекуперативного напряжения), то, исходя из баланса мощностей источника и нагрузки, регулирование полезного рекуперативного тока могло бы производиться в этой зоне только нагрузкой тягового типа.

Утилизация избыточной энергии рекуперации

в процессе зарядки стационарного накопителя

При установке в КС буферного стационарного накопителя энергии (см. рис. 7, Тм2 находится в сети без тяги, а электромашина накопителя подключена) добавляется управляемая нагрузка в виде электромашины маховичного накопителя Мн, которая своей мощностью нагрузки способствует мобилизации в контактную сеть избыточной энергии рекуперации Тмь ранее рассеиваемой на тормозных резисторах (¿рек-изб). При этом требуемая полезной нагрузкой (Я1, Я2 и Я3) энергия для выполнения транспортной нетяговой работы не изменяется, то есть в ходе рекуперации объём тягового и нетягового энергопотребления полезной сетевой нагрузкой не изменяется сравнительно

с таковыми для ситуации без накопителя энергии, поскольку остаётся таким же объём выполняемой этим видом нагрузки транспортной работы. Изменения происходят в составе источников и взаимном перераспределении генерируемой ими энергии: прекращается выдача от тяговой подстанции Ети из-за повышенного в сети напряжения и появляется мобилизованная избыточная рекуперация ^б-мобил, к^^Р^ поступает от Тм1 в КС в период, когда полезная сетевая нагрузка недостаточна для её приёма (есть только Яь Я2 и Я3) и имеется способный заряжаться стационарный накопитель энергии, в котором нагрузка - мощная электромашина Мн.

Накопитель потребляет только мобилизованную избыточную энергию рекуперации вагона, о наличии которой сигнализирует превышение в КС уровня напряжения исети выше верхней уставки зарядки накопителя иверх (исети > иверх).

На рис. 9 показан типовой фрагмент графика тока и напряжения стационарного накопителя энергии НКЭ-3Г. Регулировка мощности, как при зарядке, так и при выдаче энергии, осуществляется в накопителе пропорционально сетевому напряжению в соответствии с алгоритмом управляющего устройства, которое отслеживает уровень напряжения в контактной сети.

При выдаче в КС мобилизованной избыточной рекуперации тормозящим трамваем Тм1 единственное отличие тяговой нагрузки Тм2 от заряжаемого накопителя НКЭ (рис. 7) состоит в том, что в случае, когда при тяге потребляющего вагона, заданной установленным водителем положением педали разгона, снижается ток рекуперации тормозящего, то недостающий ток на Мт поступает от основного источника энергии - тяговой подстанции (начинает выполняться условие исеТи < итп). Если в сети нет идущего на тяге Тм2, а вместо этого работает накопитель, то при снижении рекуперативных токов тормозящего вагона Тм1 энергия от ТП двигателем Мн накопителя не принимается, а снижается его мгновенная мощность согласно алгоритму управления с положительной обратной связью по напряжению от вторичного источника питания контактной сети.

800 700 600 500 400 300 200 100 0 -100 -200

Е/сс

. В; /на

Г ^ к. _лл

....... V и гети

^нак

0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 /, с

Рис. 9. Фрагмент графика тока /нак и напряжения исети

стационарного накопителя энергии в июне 2022 г.

Накопитель перестаёт принимать энергию избыточной рекуперации в момент, когда выполняется условие исети < иверх.

Для вышеописанного процесса зарядки накопителя формула баланса энергии (3) приобретает следующий вид (в рассматриваемой ситуации Тм1 тормозит, Тм2 стоит или движется по инерции на выбеге, НКЭ - заряжается):

Е' = Е'

изб-мобил не

+ Е'

заряд'

где Е'

изб-мобил

- перенаправленная в КС мобилизованная

избыточная рекуперация Тм1 (бывшая Е.

рек—изб

кото-

рая без накопителя была бы рассеяна теплом на тормозных резисторах, кВт ч; Е'нетяш - потребление нетяговой нагрузкой части энергии мобилизованной избыточной рекуперации, кВтч; £^аряд - энергия зарядки накопителя, являющейся второй частью мобилизованной энергии избыточной рекуперации вагона, кВт- ч.

Когда НКЭ перестаёт заряжаться (исети < иверх), то это означает, что избыточная энергия рекуперативного торможения закончилась в Тмь мобилизованная избыточная рекуперация (Е'из5_ыо5ил) им в сеть более не выделяется, а полезная нетяговая нагрузка (Яь Я2 и Я3) перестаёт питаться от этой мобилизованной энергии избыточной рекуперации и переходит на питание от тяговой подстанции. То есть полуцикл зарядки накопителя в этот момент завершается. За время работы накопителя на полуцикле зарядки вся мобилизованная энергия избыточной рекуперации вагона была полезно утилизирована: одна часть напрямую была потреблена сетевой нетяговой нагрузкой, а другая часть в это же время была запасена стационарным накопителем.

Поскольку стационарный накопитель энергии, в рассматриваемом случае это агрегат типа НКЭ-3Г, оснащён входным счётчиком энергии, то значение .Езаряд за период времени инструментально фиксируется, то есть известен этот абсолютный показатель, например за день, месяц, год. Выделить -£рек-полезн и ^изб-мобил из суммарного значения выданной в КС энергии рекуперации вагона невозможно при современных средствах учёта, применяемых на подвижном составе. Встаёт задача косвенного определения Е'нетяш, то есть потребления полезной сетевой нагрузкой энергии мобилизованной избыточной рекуперации в ходе зарядки стационарного накопителя.

До настоящего времени единственной возможностью у любого стационарного накопителя повторно полезно утилизировать избыточную энергию рекуперации вагона считался его базовый конструктивный функционал - выдача ранее запасённой энергии избыточной рекуперации в КС на появившуюся там нагрузку, когда значение напряжения в сети опускается ниже значения нижней уставки напряжения накопителя исеТи < инижн (см. рис. 3). Срабатывание этой нижней уставки переключает накопитель на выдачу ранее запасённой энергии избыточной рекуперации в КС на полезную нагрузку. Показатель счетчика выходной энергии накопителя определяет абсолютное значение возврата запасённой им энергии избыточной рекуперации вагонов на повторное выполнение сетевой нагрузкой полезной транспортной работы.

Настоящее исследование позволило выявить вторую составляющую эффекта экономии энергии при работе стационарного накопителя - в ходе его зарядки, когда выполняется условие исети > С/верх (см. рис. 3). Этот эффект экономии реализует повторное использование части мобилизованной избыточной энергии рекуперации ¿изб-Мобил напрямую нетяговой полезной сетевой нагрузкой (¿нетЯги) в х°Де зарядки стационарного накопителя.

В научной литературе отсутствует описание эффекта прямой полезной утилизации сетевой нагрузкой мобилизованной избыточной рекуперативной энергии в ходе зарядки стационарного накопителя энергии. Подтверждением неисследованности этого аспекта работы стационарных накопителей служит тот факт, что в отраслевых отчётах, протоколах испытаний, научных обзорах и диссертационных работах, посвя-щённых стационарным накопителям различных типов (например, см. [9-11, 13, 20]) данный канал экономии энергии не учитывается и даже не упоминается. В существующей литературе в качестве составляющих экономического эффекта от работы стационарного накопителя энергии наиболее часто приводятся следующие моменты [6, 12, 13, 19-24]:

- возврат на питание сетевой нагрузки энергии (¿выдач) избыточной рекуперации вагонов накопителем, принятой в него ранее (£^арЯд);

- снижение пиковой мощности тяговой подстанции;

- стабилизация напряжения в КС;

- снижение коэффициента нагрузки выпрямителей тяговой подстанции.

В силу этого открытому явлению присвоено назва-ние «эффект прямой полезной утилизации сетевой нагрузкой мобилизованной избыточной рекуперативной энергии вагонов в ходе зарядки стационарного накопителя» (¿неТяги) или, Для краткости, «эффект КБК».

Поскольку задача исследования состоит также и в численном определении объёма возвращённой на полезную транспортную работу энергии избыточной рекуперации в ходе зарядки накопителя, то для решения её необходимо вывести способ подсчёта этой экономии, образующейся в результате действия «эффекта КБК», используя доступные инструментально измеряемые данные: объём принятой в накопитель энергии Е'заряд, объём потребления вагонами на тягу ¿тяги, объём выданной вагонами в сеть энергии рекуперации ¿рек-полезн, суммарный пробег вагонов Ь, выданную тяговой подстанцией в КС выпрямленную энергию ¿тп.

Расчёт прямой экономии энергии

при зарядке буферного накопителя

Прямая экономия энергии накопителем за

счёт потребления полезной сетевой нагрузкой части перенаправленной в КС мобилизованной энергии избыточной рекуперации вагона, в силу действия «эффекта КБК», происходит во время его зарядки. Подсчёт этой энергии производится на основании формулы (5), полученной в результате замены тяговой нагрузки Мт на одинаковую по нагрузочной характеристике нагрузку заряжаемого накопителя Мн (см.

рис. 7), и формулы (2) - Ктяги/нетяги, который является собственной нагрузочной характеристикой электропотребляющей подсистемы в электросистеме выполнения транспортной работы.

Транспортная работа на участках данной подстанции устойчиво воспроизводится за период времени, например за день. Следовательно, для дней с одинаковым пробегом и сходными погодными условиями без наличия накопителя в сети должны быть устойчивы доли потребления энергии нагрузкой от обоих видов источников: от тяговой подстанции и от рекуперирующих вагонов. Подтверждением этого предположения служат результаты замеров на действующей тяговой подстанции (рис. 10) в течение всего 2021 г. За этот год среднемесячная доля полезной рекуперации ¿рек-полезн от общего энергопотребления в сети ¿тп + ¿рек-полезн данной подстанции составила порядка 15%. Коэффициент корреляции значений потребления энергии от тяговой подстанции и от рекуперации вагонов за 11 месяцев 2021 г. (когда не было стационарного накопителя) принимает значение 0,959, что фактически означает однозначную прямую зависимость объёмов рекуперации от объёмов энергии с ТП. За пять месяцев 2022 г. в период активной работы стационарного накопителя этот коэффициент принимает значение 0,947.

Баланс энергии в системе (энергия, выданная источниками, равна энергии, потреблённой нагрузкой) требует, чтобы при одинаковых пробеге вагонов и внешних условиях (температура, осадки, освещённость и т.д.) устойчиво воспроизводились доли обоих видов энергопотребления - тяги и нетяговой нагрузки. Основанием для выполнения этого требования является случайность одновременности событий. С одной стороны, рекуперативного торможения вагонов, с другой - потребления тяговой и нетяговой нагрузкой. Причём нетяговая нагрузка характеризуется устойчивым характером значения мощности за период одинаковых внешних условий и объёма выполняемой транспортной работы, а тяговая - большим числом импульсных высокомощных, но коротких, бросков, распределённых в течение дня сообразно интервалам движения ЭПС по маршрутам. Поскольку тяговая и нетяговая нагрузки относительно равномерно (сообразно интенсивности транспортной работы) распределены по дню, то из этого выходит, что поступающая в сеть от обоих источников энергия в одинаковой пропорции распределяется между разными типами нагрузки - тяговой и нетяговой.

100-

95908580-

75-

%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 /, мес

Рис. 10. Соотношение долей энергии, получаемой сетевым

потребителем от тяговой подстанции (1 - синяя) и рекуперирующих вагонов (2 - красная) по месяцам 2021 г.

Соотношения объёмов энергозатрат на тягу и нетяговые нужды данной ТП помесячно по 2021 году приведены на рис. 11.

Соотношение между тяговым и нетяговым энергопотреблением (Кгяги_нетяги) измеряется при отключенном стационарном накопителе энергии и будет верно и для ситуации с работающим накопителем, так как за выбранный период работы системы все условия для полезно потребляющего оборудования транспортной системы остаются постоянными. В период работы накопителя на приём энергии мобилизованной избыточной рекуперации питания от ТП нет, так как исеТи > итп. Также нет энергии так называемой полезной рекуперации, так как для этого должно выполняться условие достаточности полезной сетевой нагрузки, а оно не выполняется. Тм1 выдаёт в этом случае мобилизованную избыточную рекуперацию. Эта энергия поступает на полезную сетевую нетяговую нагрузку (Я1, Я2 и Я3) - -Енетяги и на Двигатель накопителя Мн - £^аряд, имеющий тяговую нагрузочную характеристику. Соотношение тяговой и нетяговой нагрузки в сети описывается в ходе этого процесса уравнением, преобразованным из формулы (2):

Е'

Е'

заряд

К

тяги-нетяги

Значение Е'заряд известно по входному счётчику НКЭ. Ктяги _ нетяги есть собственная характеристика нагрузки сети для текущих условий температуры и расписания движения и рассчитывается по формуле

— 77 + 77 - 77

-^нетяги ^ Ш ' ^рек—полезн ^тяги?

определяется по формуле

то Ктяги_н

к

тяги-нетяги

Е + Е - Е

ТП рек-полезн тяги

за день

С учётом этого, искомая формула расчёта значения прямой экономии энергии в ходе зарядки стационарного накопителя («эффекта КБК») принимает вид

Е'

заряд у И! рек-полезн тяги /

100'

80604020-

0'

1

9 10 11 С. мес

Рис. 11. Соотношение по месяцам 2021 г. расхода энергии на тягу (1 - синяя) и нетяговые ну^ды (2 - красная) на участках рассматриваемой подстанции

Здесь значение Еш за рассматриваемый период берётся ПО ВЫПрЯМЛеННОЙ СТОрОНе ТП, ¿'рек-полезн и Етяги

измеряются бортовыми счётчиками вагонов, установленными на входе в тяговый инвертор.

Энергия избыточной рекуперации, которая мобилизуется в ходе зарядки стационарного накопителя и питает нетяговую сетевую нагрузку Е'нетяги, замещает ту часть энергии тяговой подстанции, которая питает эту нагрузку при избыточной рекуперации (см. формулу (4)), когда в сети нет тяговой нагрузки (вагона Тм2 на тяге или стационарного накопителя). Таким образом, потребление части энергии мобилизованной избыточной рекуперации вагона в ходе зарядки стационарного накопителя снижает сетевое потребление системы от тяговой подстанции.

Полученная формула (8) применима для вычисления эффекта полезной утилизации энергии мобилизованной избыточной рекуперации вагонов для применения стационарных накопителей любого типа - махо-вичных, суперконденсаторных, емкостных или любых других, так как собственная характеристика стационарных накопителей благодаря гибким алгоритмам их работы с положительной обратной связью по напряжению сети определяется, главным образом, характером токов мобилизованной избыточной рекуперации вагонов, которые имеют собственную характеристику как именно тяговых токов.

Соотношения помесячных объёмов прямой (¿'нетяги) экономии мобилизованной избыточной энергии рекуперации при зарядке накопителя НКЭ-3Г и его зарядной энергии за период от включения в работу за 3500 моточасов работы по 17 часов в день приведены на рис. 12.

Расчёт Е'^яги по формуле (8) на основании инструментально замеренных данных за период январь-май 2022 г. представлен в таблице.

За весь период работы накопителя НКЭ-3Г в исследуемой сети суммарной продолжительностью ~3500 моточасов значение энергии заряда накопителя составило 25939 кВт ч, а полезное потребление сетевой нагрузкой мобилизованной энергии избыточной рекуперации вагонов Е'не тяги составило 23816 кВт ч. Сравнение по рис. 12 ежемесячных соотношений прямого эффекта утилизации избыточной энергии рекуперации в ходе зарядки накопителя Е'нетяги и запасаемой накопителем энергии £'заряд показывает, что в тёплый сезон снижается доля прямого эффекта и увеличивается объём запасаемой накопителем избыточной рекуперации, что может быть объяснено только снижением мощности и времени работы нетяговой нагрузки в КС (летом не работает отопление, освещение работает только ранним утром и поздним вечером). В зимний период доля прямой экономии энергии при зарядке накопителя растёт благодаря опережающему росту нетяговой нагрузки в сети над тяговой, при этом абсолютный объём избыточной рекуперации в этот период снижается.

100 80604020-

0-1-1-1-1-1-1-1-1-

окт. ноя. дек. янв. фев. мар. апр. мес

Рис. 12. Распределение полезно утилизируемой мобилизованной энергии избыточной рекуперации вагонов в ходе зарядки накопителя НКЭ-3Г в период октябрь 2021 г. - май 2022 г.: 1 - Е'нетЯги прямая утилизация сетевой нагрузкой в ходе зарядки накопителя; 2 - Е'заряд - энергия, принятая накопителем при зарядке

Расчёт объёма полезного потребления нетяговой сетевой нагрузкой мобилизованной избыточной рекуперации при зарядке накопителя НКЭ-3Г за январь-май 2022 г.

Источниками энергоснабжения транспортной работы в КС являются: первичный - тяговая подстанция, вторичный - полезная рекуперация тормозящих вагонов, третичный - буферный накопитель энергии.

Анализ работы систем тягового энергоснабжения с наличием рекуперации следует проводить исходя из полного баланса энергии в сети, то есть учитывать потребление энергии на тягу и на нетяговые нужды.

Соотношение энергопотребления на тягу и нетяговые нужды в КС ГЭТ, отражаемое в показателе ^гяги-нетяги, зависит в конечном счёте от внешних погодных условий и расписания движения вагонов.

Выявлен дополнительный канал экономии энергии при работе стационарных накопителей - непосредственное (прямое) потребление мобилизованной избыточной энергии рекуперации маломощной сетевой (нетяговой) нагрузкой в ходе зарядки накопителя. Данному явлению присвоено название «эффект КБК».

Полный эффект по экономии энергии на выполнение транспортной работы стационарным накопителем складывается из описанного прямого эффекта утилизации сетевой нагрузкой мобилизованной избыточной рекуперации в ходе зарядки стационарного накопителя и опосредствованного эффекта (выдачи накопителем ранее запасённой энергии избыточной рекуперации).

Объём полезной утилизации мобилизованной избыточной энергии рекуперации тормозящих вагонов в ходе зарядки накопителя энергии (Е'нетяги) зависит от объёма принятой в накопитель энергии и от текущего соотношения энергопотребления тяговой и нетяговой нагрузки в данной КС.

Список источников 1. Бирюков В.В. Энергосбережение на электрическом транспорте: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009. 244 с.

2. Розенфелъд В.Е., Исаев И.П., Сидоров H.H. Теория электрической тяги: учеб. для вузов ж.-д. трансп. М.: Транспорт, 1995. 294 с.

3. Ефремов И.С., Косарев Г.В. Теория и расчет электрооборудования подвижного состава городского электрического транспорта: учеб. для вузов. М.: Высш. шк., 1976. 480 с.

4. Шаряков В.А. Двадцать лет внедрения асинхронного электропривода на городском электротранспорте // Control Engineering Россия. 2014. №3. С. 69-71.

5. ГОСТ 6962-75. Транспорт электрифицированный с питанием от контактной сети. Ряд напряжений. М.: Госстандарт, 1975. 8 с.

6. Возможности рационального использования энергии торможения электрического подвижного состава / В.А. Шаряков, О.Л. Шарякова, A.B. Агунов, A.B. Третьяков // Электротехника. 2018. № 10. С. 55-59.

7. Показатели работы стационарного накопителя энергии на тяговых подстанциях московского метрополитена / Л.А. Баранов, В.А. Гречишников, A.B. Ершов, М.Д. Родионов, М.В. Шевлюгин // Электротехника. 2014. №8. С. 18-22.

8. «Зеленые» технологии: в Россию возвращается рекуперация энергии. URL: https ://www.techinsider.ru/technologies/1533963-zelenye-tehnologii-v-rossiyu-vozvrashchaetsya-rekuperaciya-energii/

9. Сулим A.A. Расчет электроэнергии рекуперации электрифицированного городского транспорта при установке накопителя на тяговой подстанции // Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. Энергетика. 2014. Вып. 4. Ч. 4. С. 30-41.

10. О применении тяговых аккумуляторных батарей на автономных подстанциях городского электротранспорта / Сацук Т.П., Шаряков В.А., Шарякова О.Л., Лебедева В. А., Макарова Е.И. // Электротехника. 2021. № 10. С. 32-36.

11. Незевак В.Л. Имитационная модель системы тягового электроснабжения для определения энергетических показателей в условиях работы систем накопления электроэнергии // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2020. № 3(67). С. 70-80. doi: 10.26731/1813-9108.2020.3(67).70-80

12. Черемисин В.Т., Незевак В.Л. Перспективы применения систем накопления электроэнергии на Московском центральном кольце // Бюллетень результатов научных исследований. 2020. Вып. 2. С. 33-44. doi: 10.20295/2223-9987-2020-2-33-44

13. Шевлюгин М.В. Ресурсо- и энергосберегающие технологии на железнодорожном транспорте и метрополитенах, реализуемые с использованием накопителей энергии : автореф. дис. ... канд. техн. наук. 05.14.02 / Шевлюгин Максим Валерьевич. Москва, 2009.

14. Мятеж A.B., Ярославцев М.В., Забелина Д.Д. Исследование сезонных изменений потребления электрической энергии троллейбусом // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2014. № 1-2. С. 282-286.

15. Ярославцев М.В., Щуров Н.И. Сезонные колебания потребления электрической энергии троллейбусом // Наука. Технологии. Инновации: материалы всероссийской научной конференции молодых ученых. Новосибирск: НГТУ, 2013. С. 187-191.

16. Ярославцев М.В. Определение оптимальной энергоемкости бортового буферного накопителя энергии // Студент и научно-технический прогресс: материалы 51-й международной научной студенческой конференции. Новосибирск: НГУ, 2013. С. 46.

17. Мазнев A.C., Степанская O.A., Шатнев О.И. Системы рекуперации энергии торможения электроподвижного состава на городском транспорте Санкт-Петербурга // Известия ПГУПС. 2017. Вып. 1. С. 63-72.

Месяца 2022 г. Е' ^ заряд? кВтч Ет^ кВтч F ^рек-полезн: кВтч р -^тяги? кВтч ^тяги-нетяги Е' ^ нетяти? кВтч

январь 2480 296170 41808 145163 0,75 3294

февраль 3154 241808 38153 130194 0,87 3628

март 4756 231627 40294 137435 1,02 4654

апрель 6030 182500 33594 123885 1,34 4488

май 5592 163526 32355 126360 1,82 3077

Заключение

18. Исследования энергообменных процессов при штатных условиях эксплуатации подвижного состава метрополитена с системами рекуперации / А.А. Сулим, С.А. Му-жичук, П.А. Хозя, А.А. Мельник, В.В. Федоров // Наука та прогрес транспорту. 2017. № 5(71). С. 28-47. doi: 10.15802/stp2017/112934

19. Щуров Н.И., Щеглов К.В., Штанг А.А. Применение накопителей энергии в системах электрической тяги // Сборник научных трудов НГТУ. 2008. Вып. 1(51). С. 99104.

20. Khodaparastan M., Mohamed A. Flywheel vs. Supercapaci-tor as wayside energy storage for electric rail transit systems // Inventions. 2019. No. 4(4). 62. doi: 10.3390/inventions4040062

21. Bartlomiejczyk M., Polom M. Multiaspect measurement analysis of breaking energy recovery // Energy Conversion

Поступила в редакцию 22 ноября 2022 г.

Information in English

and Management. 2016. Vol. 127. Pp. 35-42. doi: 10.1016/j.enconman.2016.08.089

22. Energy recovery effectiveness in trolleybus transport / S. Hamacek, M. Bartlomiejczyk, R. Hrbác, S. Misák, V. Styskala // Electric Power Systems Research. 2014. Vol. 112. Pp. 1-11. doi: 10.1016/j.epsr.2014.03.001

23. Чернигов B.M. Электрооборудование трамвайного вагона с емкостным накопителем. URL: https://www mapget.ru/wp-content/uploads/2021/12/MAPGET_NTS_Chergos.pdf

24. Методические рекомендации по расчету экономически обоснованной стоимости перевозки пассажиров и багажа в городском и пригородном сообщении автомобильным и городским наземным электрическим транспортом общего пользования. Приложение к распоряжению Минтранса России от 18 апреля 2013 г. № HA-37-p.

Принята к печати 12 декабря 2022 г.

Excessive Recovery Disposal in the Contact Network of Electric Vehicles When Charging a Stationary Storage Device

Aleksandr V. Katsay

Ph.D. (Philology), CEO, Kinemak LLC, Moscow, Russia, proton764@mail.ru Maksim V. Shevlyugin

D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Head of the Department, Department of Electric Transport Power Engineering, Russian University of Transport, Moscow, Russia, mx_sh@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-3300-5193

The energy recovery flows in the rolling stock of mountain electric transport during braking are considered. The influence of the network load power on the useful recovered energy flow directions during rolling stock braking is determined. The energy consumption coefficient for traction and non-traction needs is derived as an intrinsic characteristic of the system for performing transport work in the GET. The change in the energy recuperation flow patterns during charging of a stationary energy storage device in the contact network is analyzed. The effect of additional energy saving by a stationary storage device, not previously described in the literature, has been revealed in addition to the fact that it supplies previously stored energy of excessive recovery to the load in the contact network. Additional useful utilization of the mobilized excess energy recovery occurs during the drive charging, when part of it is consumed directly, i.e. without staying in the drive, by the network load, which does not occur without the stationary drive presence. This phenomenon has been given the name "BCF effect". The basis is laid for the method for calculating the direct consumption amount by the network load of the mobilized excess recovery during the drive charging at the current level of accounting tools development and application.

Keywords: regenerative braking, recuperative energy flows, useful and excess energy recovery, stationary storage, contact network, traction substation, rolling stock, traction load, non-traction load

References

1. Biryukov V.V. Energosberezhenie na elektricheskom transporte [Energy saving in electric transport]. Irkutsk, Publishing House of IrSTU, 2009. 244 p.

2. Rosenfeld V.E., Isaev I.P., Sidorov N.N. Teoriya elektrich-eskoy tyagi: uchebnik dlya vuzov zheleznodorozhnogo transporta [Theory of electric traction: textbook for railway transport universities]. 3rd edition. Moscow, Transport, 1995. 294 p.

3. Efremov I.S., Kosarev G.V. Teoriya i raschet elektroobo-

rudovaniya podvizhnogo sostava gorodskogo elektrich-eskogo transporta [Theory and calculation of electrical equipment of rolling stock of urban electric transport]. Moscow, Higher School Publ., 1976. 480 p.

4. Sharyakov V.A. Twenty years of introduction asynchronous electric drive on urban electric transport. Control Engineering Rossiya [Control Engineering in Russia], 2014, no. 3, pp. 69-71.

5. GOST 6962-75. Electrified transport with overhead system power supply. Voltage row. Moscow, State standard Publ., 1975. 8 p.

6. Sharyakov V.A., Sharyakova O.L., Agunov A.V., Tretya-kov A.V. Possibilities of rational use of electric rolling stock braking energy. Elektrotekhnika [Electrical engineering], 2018, no. 10, pp. 55-59.

7. Baranov L.A., Grechishnikov V.A., Ershov A.V., Rodi-onov M.D., Shevlyugin M. V. Performance indicators of a stationary energy storage device at traction substations of the Moscow metro. Elektrotekhnika [Electrical Engineering], 2014, no. 8, pp. 18-22.

8. Green technologies: energy recovery is returning to Russia. Available at: https://www.techinsider.ru/technologies/1533963-zelenye-tehnologii-v-rossiyu-vozvrashchaetsya-rekuperaciya-energii/

9. Sulim A.A. Calculation of electricity recovery of electrified urban transport when installing a storage device at a traction substation. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy i energet-icheskikh objedineniy SNG. Energetika. [Energetika. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations], 2014, issue 4, part 4, pp. 30-41.

10. Satsuk T.P., Sharyakov V.A., Sharyakova O.L., Lebedeva V.A., Makarova E.I. On the use of traction batteries at autonomous substations of urban electric transport. Elektrotekhnika [Electrical engineering], 2021, no. 10, pp. 32-36.

11. Nezevak V.L. Simulation model of a traction power supply system for determining energy indicators in the conditions of

operation of electricity storage systems. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie. [Modern technologies. System analysis. Modeling], 2020, no. 3

12. Cheremisin V.T., Nezevak V.L. Prospects for the use of electric power storage systems on the Moscow Central Ring. Byulleten rezultatov nauchnykh issledovaniy [Bulletin of scientific research results], 2020, issue 2, pp. 33-44. doi: 10.20295/2223-9987-2020-2-33-44.

13. Shevlyugin, M.V. Resurso- i energosberegayushchie tekhnologii na zheleznodorozhnom transporte i metropolite-nakh, realizuemye s ispolzovaniem nakopiteley energii [Resource- and energy-saving technologies in railway transport and subways implemented using energy storage devices. Kand. Diss.]. Moscow, 2009. 48 p.

14. Myatezh A.V., Yaroslavtsev M.V., Zabelina D.D. Investigation of seasonal changes in electric energy consumption by trolleybus. Nauchnye problemy transporta Sibiri i Dalnego Vostoka [Scientific problems of transport in Siberia and the Far East], 2014, no. 1-2, pp. 282-286.

15. Yaroslavtsev M.V., Shchurov N.I. Seasonal fluctuations in electric energy consumption by trolleybus. Nauka. Tekhnologii. Innovatsii: materialy vserossiyskoy konferentsii molodykh uchenykh [Materials of the All-Russian Scientific Conference of Young Scientists "Science. Technologies. Innovations"]. Novosibirsk, Novosibirsk State Technical University Publ., 2013, pp. 187-191.

16. Yaroslavtsev M.V. Determination of the optimal energy intensity of an onboard buffer energy storage device. Student i nauchno-tekhnicheskiy progress: materialy 51-y mezhdu-narodnoy nauchnoy studencheskoy konferentsii [Materials of the 51st International Scientific Student Conference "Student and scientific and technological progress"]. Novosibirsk, Novosibirsk State University Publ., 2013, p. 46.

17. Maznev A.S., Stepanskaya O.A., Shatnev O.I. Systems of

Кацай A.B., Шевлюгин М.В. Утилизация избыточной рекуперации в контактной сети электротранспорта при зарядке стационарного накопителя // Электротехнические системы и комплексы. 2023. № 1(58). С. 10-20. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2023-1(58)-10-20

energy recovery of braking of electric rolling stock on urban transport of St. Petersburg. Izvestiya PGUPS [Proceedings of Petersburg Transport University], 2017, issue 1, pp. 63-72.

18. Sulim A.A., Muzhichuk S.A., Khozya P.A., Mel'nik A.A., Fedorov V.V. Studies of energy exchange processes under normal operating conditions of metro rolling stock with recovery systems. Nauka i progress transportu [Science and Transport Progress], 2017, no. 5

19. Shchurov N.I., Shcheglov K.V., Shtang A.A. Application of energy storage devices in electric traction systems. Sbornik nauchnykh trudov NGTU [Collection of scientific papers of NSTU], 2008, Issue 1

20. Khodaparastan M, Mohamed A. Flywheel vs. Supercapacitor as wayside energy storage for electric rail transit systems. Inventions. 2019, no. 4(4), 62. doi: 10.3390/inventions4040062

21. Bartlomeychik M, Polom M. Multiaspect measurement analysis of breaking energy recovery. Energy Conversion and Management. 2016, vol. 127, pp. 35-42. doi:10.1016/j.enconman.2016.08.089

22. Khamatsek S., Bartlomeychik M, Grbach R., Mishak S. Energy recovery effectiveness in trolleybus transport. Electric Power Systems Research. 2014, vol. 112, pp. 1-11. doi: 10.1016/j.epsr.2014.03.001

23. Chernigov V.M. Electrical equipment of a tram car with a capacitive storage device. Available at: http://mapget.ru/wp-content/uploads/2021/12/MAPGET_NTS_Chergos.pdf

24. Methodological recommendations for calculating the economically reasonable cost of transporting passengers and luggage in urban and suburban traffic by road and urban ground electric public transport. Appendix to the Order of the Ministry of Transport of the Russian Federation No. NA-37-r dated April 18, 2013.

Katsay A. V., Shevlyugin M.V. Excessive Recovery Disposal in the Contact Network of Electric Vehicles When Charging a Stationary Storage Device. Elektrotekhniches-kie sistemy i kompleksy [Electrotechnical Systems and Complexes], 2023, no. 1(58), pp. 10-20. (In Russian). https://doi.org/10.18503/2311-8318-2023-1(58)-10-20