СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНЫМ СОСТАВОМ ПРИ ПРОСЛЕДОВАНИИ УЧАСТКОВ С ВРЕМЕННЫМ ОГРАНИЧЕНИЕМ СКОРОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БОРТОВЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
METHOD OF DETERMINING NON-PRODUCTIVE LOSSES OF ELECTRIC POWER BY ELECTRIC ROLLING STOCK DURING MOVEMENT OF SECTIONS WITH TIME LIMITATION OF SPEED USING ON-BOARD INFORMATION-MEASURING SYSTEMS FOR METERING ELECTRIC POWER

Изобретение относится к электроподвижному составу железнодорожного транспорта, а именно к системам учета электрической энергии, в частности к способу определения непроизводительных потерь электроэнергии электроподвижным составом, вызванных временным ограничением скорости движения по участку.
Целью изобретения является повышение точности определения непроизводительных потерь электроэнергии электроподвижным составом при проследовании участков с временным ограничением скорости движения.
Под временным ограничением скорости понимается мероприятие по уменьшению скорости движения на определенном отрезке участка пути, вызванное проведением ремонтных, строительных и уборочных работ, неисправностью пути, устройств контактной сети, переездной сигнализации, путевых устройств автоматической локомотивной сигнализации, искусственных и других сооружений. Ежегодно количество временных ограничений скорости на сети железных дорог, вызванных различными причинами, исчисляется сотнями тысяч. Каждое временное ограничение скорости является причиной возникновения дополнительного расхода (потерь) электроэнергии, связанного с восстановлением кинетической энергии поезда, потерянной в процессе торможения, движения с ограниченной скоростью и разгона. Определение потерь электроэнергии необходимо не только для исчисления ущерба, вызванного временным ограничением скорости, но и для корректировки нормы расхода электрической энергии, отведенной на поездку локомотивной бригаде по факту ее завершения с учетом проследования временных ограничений скорости.
В настоящее время на сети железных дорог потери электрической энергии, связанные с восстановлением кинетической энергии поезда определяются в удельном выражении в соответствии с положением [1] и инструкцией [2]. Согласно данным нормативным документам удельные потери электроэнергии в результате временного ограничения скорости определяются машинистом-инструктором по теплотехнике локомотивного депо на основе пооперационных норм, полученных в результате контрольных замеров расхода электрической энергии для каждой серии тягового подвижного состава с учетом условий его эксплуатации. Недостатком данного способа является невозможность учета влияния на конечный результат профиля пути, длины и параметров состава и ряда других факторов. Также способ не позволяет оценить величину абсолютного значения непроизводительных потерь электроэнергии при временном ограничении скорости.
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 при временном ограничении скорости. Ко всему прочему при вводе в эксплуатацию новых серий электровозов требуется проведение дополнительных исследований для определения соответствующих удельных значений расхода электроэнергии.
Известен способ [3], 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 при временном ограничении скорости, так как границы участков, охватывающих торможение, движение с ограниченной скоростью и разгон, не являются фиксированными и заранее неизвестны.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в следующем:
- повышение точности определения непроизводительных потерь электроэнергии электроподвижным составом при временном ограничении скорости за счет использования данных о фактическом значении потребления электроэнергии электроподвижным составом в процессе торможения, движения с ограниченной скоростью и разгона до установленной скорости;
- реализация возможности определения не только удельных, но и абсолютных значений непроизводительных потерь электроэнергии;
- устранение необходимости проведения дополнительных исследований для определения эмпирических значений удельного расхода электроэнергии на торможение, движение с ограниченной скоростью 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, движения с ограниченной скоростью и разгона до установленной скорости по данным бортовых информационно-измерительных комплексов учета электроэнергии, оснащенных средствами глобального спутникового позиционирования;
- получение абсолютных значений непроизводительных потерь электрической энергии при временном ограничении скорости путем сравнения результатов отдельной поездки с результатами статистической обработки данных массива поездок для поездов с аналогичными параметрами, проследовавших данный участок без временного ограничения скорости.
Отличием от способа [2] является возможность определения временных и пространственных границ начала и окончания торможения, движения с ограниченной скоростью и разгона при временном ограничении скорости 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 временного ограничения скорости. Это позволяет выделять долю расхода электроэнергии электроподвижным составом, затраченной непосредственно в процессе торможения, движения с ограниченной скоростью и разгона.
ф
ф
В предлагаемом способе для определения непроизводительных потерь электрической энергии при временном ограничении скорости 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 временных ограничений скорости и расчета вызванных ими непроизводительных потерь электроэнергии приведен на фиг. 1. Тело алгоритма условно можно разбить на семь функциональных блоков.
i
i
0
ф0
ф0
В блоке 1 выполняется ввод интервала измерений Δt и начальных координат (φ; λ), и задаются время начала поездки (t) и начальные значения фактического расхода (W) и скорости движения (V).
В блоке 2 определяется момент входа на место действия предупреждения об ограничении скорости, признаком которого является соответствие координаты поезда начальной координате места действия предупреждения об ограничении скорости.
2
2
Фактическая координата анализируется в каждый i-й момент времени, при этом момент принятия ею значения начальной координаты места действия предупреждения об ограничении скорости считается моментом начала временного ограничения скорости. В момент совпадения этих координат фиксируется фактическое время и скорость при входе на место действия предупреждения об ограничении скорости (t) и показание счетчика электроэнергии с учетом рекуперации в данный момент времени (W). Информация о местах действия предупреждений об ограничении скорости содержится в соответствующей базе данных (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 начала действия временного ограничения скорости, исследуемого подвижного состава. Для этого из базы данных формируется выборка поездок с аналогичными параметрами за предшествующий период времени для поездов, проследовавших данный участок без ограничения скорости. Для каждой i-й точки пути данного участка определяются средние (базовые) значения расхода электроэнергии и скорости (на фиг. 2 кривые W и V):
<mrow><msub><mi>W</mi><mrow><mi>б</mi><mi>i</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msub><mi>W</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow></mstyle></mrow><mi>n</mi></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>б</mi><mi>i</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msub><mi>V</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow></mstyle></mrow><mi>n</mi></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
ij
ij
где W, V - значения расхода электроэнергии и скорости в i-й точке пути для j-й поездки;
n - количество j-х поездок.
б2
б2
Определяются и фиксируются базовые значения расхода (W) и скорости (V), соответствующие точке пути, в которой находился электроподвижной состав начала действия временного ограничения скорости 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 подъезде к месту действия предупреждения об ограничении скорости. Для этого выполняется сравнение фактической и базовой скоростей в каждой i-й точке, предшествующей моменту действия предупреждения об ограничении скорости. Точка, в которой выполняется равенство фактической (V) и базовой (V) скоростей принимается за начало торможения при подъезде к месту действия предупреждения об ограничении скорости (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
i
к
i
к
ф3
б3
ф3
б3
В блоке 5 определяется момент начала движения после проследования места действия предупреждения об ограничении скорости, признаком которого является соответствие координаты поезда конечной координате места действия предупреждения об ограничении скорости. Для этого осуществляется возврат к моменту входа на место действия предупреждения об ограничении скорости t. В каждый последующий i-й момент времени проверяется выполнение равенства λ=λ; ф=ф. Момент, когда равенство становится неверным, считается моментом начала разгона поезда (точка 3 на фиг. 2), а фактические и базовые значения расхода и фактической скорости (V, 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 проследования места действия предупреждения об ограничении скорости. 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 проследования места действия предупреждения об ограничении скорости (точка 4 на фиг. 2). Фиксируется момент окончания разгона t и соответствующие ему фактические и базовые значения расхода и фактической скорости (V, W, V, V).
В блоке 7 осуществляется вычисление абсолютного значения непроизводительных потерь электрической энергии при временном ограничении скорости по формуле:
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>W</mi><mrow><mi>о</mi><mi>г</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>W</mi><mrow><mi>б</mi><mn>4</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>W</mi><mrow><mi>б</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>W</mi><mrow><mi>ф</mi><mn>4</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>W</mi><mrow><mi>ф</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
По аналогичной формуле могут быть вычислены значения разницы между фактическим и базовым расходом электроэнергии для отдельных зон: торможения, движения с ограниченной скоростью и разгона.
Удельные непроизводительные потери электрической энергии при временном ограничении скорости определяются по формуле:
<mrow><msub><mi>δ</mi><mrow><mi>н</mi><mi>г</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>W</mi><mrow><mi>н</mi><mi>г</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mi>P</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>s</mi><mrow><mn>14</mn></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где P - вес поезда;
14
s - расстояние между точками 1 и 4 (фиг. 2).
Изобретение направлено на повышение точности определения непроизводительных потерь электроэнергии электроподвижным составом при временных ограничениях скорости, расширение возможностей известного способа за счет реализации технологии определения абсолютного значения непроизводительных потерь электроэнергии, снижение трудоемкости за счет устранения необходимости проведения дополнительных исследований по определению эмпирических значений удельного расхода электроэнергии на торможение, движение с ограниченной скоростью и разгон поезда для новых серий электроподвижного состава, вводимых в эксплуатацию, и предназначено для определения ущерба, вызванного временным ограничением скорости, а также для корректировки нормы расхода электрической энергии, отведенной на поездку локомотивной бригаде по факту ее завершения с учетом временного ограничения скорости.
Библиографический список
1. Положение о планировании и нормировании расхода топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов в ОАО «РЖД», утв. распоряжением ОАО «РЖД» от 17 сентября 2007 года №1808р.
2. Инструкция по движению поездов и маневровой работе на железных дорогах Российской Федерации ЦЦ-790 / Утв. МПС РФ от 16.10.2000. М: МПС РФ, 2002.318 с.
3. 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.