СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА И СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
METHOD OF DETERMINING POWER VALUES OF TRAIN MOVEMENT AND TRACTION POWER SUPPLY SYSTEM

Изобретение относится к системам электроснабжения, а именно к системе тягового электроснабжения железнодорожного транспорта, в частности к способу определения энергетических показателей движения поезда и системы тягового электроснабжения (СТЭ).
В настоящее время известен целый ряд методов расчета энергетических показателей системы тягового электроснабжения: по заданному расположению поездов; по сечениям графика движения поездов; по заданным размерам движения поездов и др.
Прототипом способа определения энергетических показателей движения поезда и СТЭ является способ, основанный на перерасчете напряжения на токоприемнике электроподвижного состава (ЭПС) при следовании по межподстанционным зонам на этапе выполнения тяговых расчетов и далее -электрических расчетов СТЭ [1].
Недостатком данного способа является то, что он не может быть использован для имитационного моделирования СТЭ с накопителями электроэнергии, поскольку не учитывает особенности работы указанных устройств.
Целью изобретения является определение энергетических показателей движения поезда и СТЭ в условиях применения на тяговых подстанциях и линейных устройствах СТЭ накопителей электроэнергии.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности определения энергетических показателей движения поезда и СТЭ в границах анализируемого участка в условиях применения накопителей электроэнергии на тяговых подстанциях и линейных устройствах СТЭ.
Сравнение заявленного способа определения энергетических показателей движения поезда и СТЭ с прототипом показывает, что пошаговый учет изменяющегося напряжения на токоприемнике ЭПС с пересчетом характеристик ЭПС в различных режимах ведения поезда, в том числе в режиме рекуперативного торможения, возможность которого определяется на основе баланса мощностей и учитывает предельно допустимый уровень напряжения на токоприемнике и условия перехода из рекуперативного торможения в пневматическое или совмещения обоих видов торможения с учетом работы накопителей электроэнергии на тяговых подстанциях и линейных устройствах ни в области электроснабжения, ни в других областях техники не использовался.
Отличием от ранее известного способа определения энергетических показателей движения поезда и СТЭ являются: расчет энергетических показателей и объема электропотребления в различных режимах работы накопителя электроэнергии с учетом энергоемкости.
Определение энергетических показателей накопителя электроэнергии в СТЭ осуществляется в следующем порядке.
3
p.
зap
разр
В СТЭ выбираются места размещения накопителей электроэнергии. Задается сопротивление устройства, определяющее внешнюю характеристику в режимах заряда и разряда соответственно - R и RУстанавливаются напряжения, соответствующие переходу накопителя электроэнергии в режим заряда при повышении напряжения выше уровня U и режим разряда при понижении напряжения ниже уровня U.
На каждом шаге выполнения тяговых и электрических расчетов для накопителя электроэнергии определяются:
1) режим и эпизод работы;
2) напряжение на шинах накопителя и ток нагрузки;
3) объем электропотребления в режимах заряда и разряда с учетом эпизодичности работы и энергоемкости.
В качестве эпизода возврата и приема принимаются непрерывные случаи передачи энергии по направлениям из контактной сети на шины ПС и с шин ПС в контактную сеть, определяемые по направлению тока (фиг. 1).
нээ тек
нээ тек
Для каждого эпизода работы определяется текущий объем электроэнергии в накопителе электроэнергии W. На первом шаге расчетов принимается величина объем электроэнергии в накопителе электроэнергии W.
Текущий объем электроэнергии в накопителе на i-м шаге расчетов определяется по выражению:
нээi
Изменение объема энергии в накопителе ΔW:
ш
i
где u - напряжение на шинах тяговой подстанции или линейного устройства на i-м шаге расчетов;
нээ i
i - ток накопителя на i-м шаге расчетов с учетом направления в режиме заряда или разряда;
Δt - шаг расчетов.
Расчет энергетических показателей накопителя выполняется до тех пор, пока объем электроэнергии для режима заряда не превысит максимальное значение:
для режима разряда будет выше нулевого значения:
нээ макс
где W - максимальная величина объема электроэнергии в накопителе.
При несоблюдении условия (3) в режиме заряда или условия (4) в режиме разряда ток в накопителе принимается для расчетов равным нулевому значению.
Сущность предлагаемого способа расчета проиллюстрирована на следующем примере его реализации. На фиг. 2 представлен порядок расчета энергетических показателей движения поезда и СТЭ.
На начальном этапе расчетов (блок 0) задается начальное значение объема электроэнергии в накопителе (блок 1). Далее выполняются тяговые и электрические расчеты (блок 2). В блоке 3 выполняется проверка направления тока в накопителе. Если направление тока является отрицательным (разряд), то в блоке 4 выполняется проверка достаточности объема электроэнергии. Если объем электроэнергии в накопителе равен нулю или принимает отрицательное значение, в блоке 6 принимается ток накопителя на i-м шаге расчетов равным нулю. Если направление тока является положительным (заряд), то выполняется проверка достаточности заряда (блок 5). В случае, если объем электроэнергии равен или больше максимального, значение тока накопителя принимается равным нулю (блок 6). Если объем электроэнергии ниже максимального значения, в блоке 7 выполняется расчет объема электроэнергии с учетом направления тока. Далее выполняется расчет энергетических показателей СТЭ, накопителя и количества эпизодов заряда и разряда. Окончание расчетов (блок 9) завершает порядок определения энергетических показателей.
Предложенный способ определения энергетических показателей движения поезда и СТЭ в условиях применения накопителей электроэнергии на тяговых подстанциях и линейных устройствах позволяет определять энергетические показатели работы СТЭ, в том числе режимы и эпизоды работы накопителя электроэнергии с учетом энергоемкости устройства. Предложенный способ позволяет выполнять моделирование СТЭ при рассмотрении различных схем питания и секционирования и вариантов усиления СТЭ, а также для оценки эффективности применения накопителей электроэнергии.
Список использованных источников
1. Способ определения энергетических показателей движения поезда и системы тягового электроснабжения. Пат. на изобретение 2016 119647/11, МПК G01K 21/133 (2006.01), B60L 3/00 (2006.01). Способ определения энергетических показателей движения поезда и системы тягового электроснабжения / А. С. Вильгельм, А. А. Комяков, В. Л. Незевак, М. М. Никифоров, В. Т. Черемисин. (РФ) - 2016 119647/11. Заявл. 20.05.2016. Опубл. 23.11.2017. Бюл. №33.