СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНЫМ СОСТАВОМ ПРИ НЕГРАФИКОВЫХ ОСТАНОВКАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БОРТОВЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
METHOD OF DETERMINING ELECTRIC POWER LOSSES OF ELECTRIC STOCK AT UNSCHEDULED STOPS USING ON-BOARD INFORMATION-MEASURING SYSTEMS FOR ELECTRICITY METERING

Изобретение относится к электроподвижному составу железнодорожного транспорта, а именно к системам учета электрической энергии, в частности к способу определения потерь электроэнергии электроподвижным составом, вызванных неграфиковыми остановками.
Целью изобретения является повышение точности определения потерь электроэнергии электроподвижным составом при неграфиковых остановках.
Под неграфиковой остановкой понимается остановка поезда в пути следования, непредусмотренная нормативным графиком движения поездов на данном участке. Ежегодно количество неграфиковых остановок на сети железных дорог, вызванных различными причинами, исчисляется сотнями тысяч. Каждая неграфиковая остановка является причиной возникновения дополнительного расхода (потерь) электроэнергии, связанных с восстановлением кинетической энергии поезда, потерянной в процессе торможения, простоя с поднятым токоприемником, трогания с места и разгона. Определение потерь электроэнергии необходимо не только для исчисления ущерба, вызванного неграфиковой остановкой, но и для корректировки нормы расхода электрической энергии, отведенной на поездку локомотивной бригаде по факту ее завершения с учетом неграфиковой остановки.
В настоящее время на сети железных дорог потери электрической энергии, связанные с восстановлением кинетической энергии поезда определяются в удельном выражении в соответствии с инструкцией, изложенной в [1]. Согласно данной инструкции удельные потери электроэнергии в результате неграфиковой остановки определяются на основании табличных значений удельных затрат электроэнергии на торможение, трогание и разгон и служебные нужды при стоянке с поездом, полученных эмпирическим способом, выбираемых для соответствующего типа электроподвижного состава, его серии, скорости и веса поезда, времени простоя с поездом.
Недостатком данного способа является невозможность учета влияния профиля пути, длины и параметров состава и ряда других факторов на конечный результат. Также способ не позволяет оценить величину абсолютного значения потерь электроэнергии на неграфиковую остановку. Ко всему прочему при вводе в эксплуатацию новых серий электровозов требуется проведение дополнительных исследований для определения соответствующих удельных значений расхода электроэнергии.
Известен способ [2], использующий другой принцип контроля потребления электроэнергии средствами транспорта и, в частности, электроподвижным составом. В его основе лежит компьютеризованный подход к учету электроэнергии. Суть способа заключается в том, что от устройства измерения электрической энергии на транспортном средстве с неким временным интервалом принимаются и заносятся в память запоминающего устройства данные, которые указывают текущие значения потребления энергии средством транспорта. Затем из измеренных данных определяется потребление энергии на отдельном участке пути. При этом определение положения транспорта осуществляется посредством системы GPS, Galileo, пассажирской информационной системы, посредством ручного ввода водителем или по ориентирам. Затем из банка данных извлекаются сравнительные данные, которые указывают потребление энергии средством транспорта на предшествующих поездках на этом участке пути. Результат сравнения в зависимости от знака характеризует либо уровень экономии электрической энергии по поездке, либо ее потери в сравнении с предыдущими поездками. Данный способ применяется для оценки эффективности вождения транспортного средства на участке различными водителями (машинистами), однако не может быть использован для определения затрат энергии на неграфиковую остановку, так как границы участков, охватывающих торможение, простой поезда, его трогание и разгон, не являются фиксированными и заранее неизвестны.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в следующем:
- повышение точности определения потерь электроэнергии электроподвижным составом при неграфиковых остановках за счет использования данных о фактическом значении потребления электроэнергии электроподвижным составом в процессе торможения, простоя и разгона до установленной скорости;
- реализация возможности определения не только удельных, но и абсолютных значений потерь электроэнергии;
- устранение необходимости проведения дополнительных исследований для определения эмпирических значений удельного расхода электроэнергии на торможение, простой, трогание и разгон поезда для новых серий электроподвижного состава, вводимых в эксплуатацию.
Отличиями от способа [1] являются:
- получение фактических значений потребления электроэнергии электроподвижным составом в процессе торможения, простоя и разгона до установленной скорости по данным бортовых информационно-измерительных комплексов учета электроэнергии, оснащенных средствами глобального спутникового позиционирования;
- получение абсолютных значений потерь электрической энергии при неграфиковой остановке путем сравнения результатов отдельной поездки с результатами статистической обработки данных массива поездок для поездов с аналогичными параметрами, проследовавших данный участок без остановок.
Отличием от способа [2] является возможность определения временных и пространственных границ начала и окончания торможения, простоя, трогания и разгона при неграфиковой остановке путем сопоставления фактической скорости движения поезда с базовой, определяемой по результатам статистической обработки данных массива поездок для поездов с аналогичными параметрами, проследовавших данный участок без остановок. Это позволяет выделять долю расхода электроэнергии электроподвижным составом, затраченной непосредственно в процессе торможения, простоя, трогания и разгона.
ф
ф
В предлагаемом способе для определения потерь электрической энергии при неграфиковой остановке используются данные бортовых информационно-измерительных комплексов, позволяющих вести запись результатов измерения электрической энергии с заданным интервалом времени и оснащенных системами глобального спутникового позиционирования или иными средствами определения местоположения электроподвижного состава. По результатам каждой поездки получают массив данных, в котором каждому моменту времени t, зафиксированному с интервалом Δt, соответствуют измеренные значения фактического расхода электроэнергии с учетом рекуперации W, фактической скорости V и координат местоположения. База данных результатов всех поездок хранится на специальном сервере.
Алгоритм обработки данных поездки с целью выявления неграфиковых остановок и расчета вызванных ими потерь электроэнергии приведен на фиг. 1. Тело алгоритма условно можно разбить на семь функциональных блоков.
0
ф0
ф0
В блоке 1 выполняется ввод интервала измерений Δt и задаются время начала поездки (t) и начальные значения фактического расхода (W) и скорости движения (V).
ф2
ф2
2
В блоке 2 определяется момент остановки поезда, признаком которой является нулевое значение скорости движения. Фактическая скорость анализируется в каждый i-й момент времени, при этом момент принятия ею нулевого значения считается моментом остановки. Далее определяется характер остановки относительно нормативного графика движения поездов. Источником информации о нормативном графике движения является система ГИД-Урал. В случае если зафиксированная остановка предусмотрена нормативным графиком движения, продолжается дальнейший анализ скорости. Если остановка не предусмотрена нормативным графиком движения, то она признается неграфиковой, а значения фактического расхода (W) и фактической скорости (V) присваиваются моменту времени остановки t (точка 2 на фиг. 2).
б
б
В блоке 3 осуществляется вычисление базовых значений расхода электроэнергии и скорости для данного участка и, в частности, для точки пути, соответствующей моменту неграфиковой остановки исследуемого подвижного состава. Для этого из базы данных формируется выборка поездок с аналогичными параметрами за предшествующий период времени для поездов, проследовавших данный участок без остановок. Для каждой i-й точки пути данного участка определяются средние (базовые) значения расхода электроэнергии и скорости (на фиг. 2 кривые W и V):
ij
ij
где W, V - значения расхода электроэнергии и скорости в i-й точке пути для j-й поездки;
n - количество j-x поездок.
б2
б2
Определяются и фиксируются базовые значения расхода (W) и скорости (V), соответствующие точке пути, в которой находился электроподвижной состав в момент неграфиковой остановки в ходе исследуемой поездки (точка 2 на фиг. 2).
фi
бi
1
ф1
б1
ф1
б1
В блоке 4 определяется момент начала торможения поезда при неграфиковой остановке. Для этого выполняется сравнение фактической и базовой скоростей в каждой i-й точке, предшествующей неграфиковой остановке. Точка, в которой выполняется равенство фактической (V) и базовой (V) скоростей принимается за начало торможения при неграфиковой остановке (точка 1 на фиг. 2). Фиксируется момент начала торможения t и соответствующие ему фактические и базовые значения расхода и фактической скорости (W, W, V, V).
2
фi
ф3
б3
ф3
б3
В блоке 5 определяется момент начала движения после неграфиковой остановки, признаком которого является изменение значения фактической скорости движения на ненулевое. Для этого осуществляется возврат к моменту остановки t. В каждый последующий i-й момент времени проверяется выполнение равенства V=0. Момент, когда равенство становится неверным, считается временем трогания поезда (точка 3 на фиг. 2), а фактические и базовые значения расхода и фактической скорости (W, W, V, V), соответствующие этому моменту и точке пути, фиксируются.
фi
бi
4
ф4
б4
ф4
б4
В блоке 6 определяется момент окончания разгона поезда после неграфиковой остановки. Для этого выполняется сравнение фактической и базовой скоростей в каждой последующей i-й точке пути. Точка, в которой выполняется неравенство V≥V принимается за окончание разгона поезда после неграфиковой остановки (точка 4 на фиг. 2). Фиксируется момент окончания разгона t и соответствующие ему фактические и базовые значения расхода и фактической скорости (W, W, V, V).
В блоке 7 осуществляется вычисление абсолютного значения потерь электрической энергии на неграфиковую остановку по формуле:
По аналогичной формуле могут быть вычислены значения разницы между фактическим и базовым расходом электроэнергии для отдельных зон: торможения, простоя, трогания и разгона.
Удельные потери электрической энергии при неграфиковой остановке определяются по формуле:
где Р - вес поезда;
14
s - расстояние между точками 1 и 4 (фиг. 2).
Изобретение направлено на повышение точности определения потерь электроэнергии электроподвижным составом при неграфиковых остановках, расширение возможностей известного способа за счет реализации технологии определения абсолютного значения потерь электроэнергии, снижение трудоемкости за счет устранения необходимости проведения дополнительных исследований по определению эмпирических значений удельного расхода электроэнергии на торможение, простой, трогание и разгон поезда для новых серий электроподвижного состава, вводимых в эксплуатацию, и предназначено для определения ущерба, вызванного неграфиковой остановкой, а также для корректировки нормы расхода электрической энергии, отведенной на поездку локомотивной бригаде по факту ее завершения с учетом неграфиковой остановки.
Библиографический список
1. Инструкция по техническому нормированию расхода электрической энергии и топлива тепловозами на тягу поездов, № ЦТ/2564 от 20 мая 1967 г.
2. Пат. на изобретение 2534598 РФ, МПК B60L 3/12. Компьютеризованный контроль потребления энергии средства транспорта / Штефан Хааф, Мартин Кесснер (DE) - №2011154039/11; Заявлено 14.05.2010; Опубл. 27.11.2014. Бюл. №33.