Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА И СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

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.

В СТЭ выбираются места размещения накопителей электроэнергии. Задается сопротивление устройства, определяющее внешнюю характеристику в режимах заряда и разряда соответственно - R₃ и R_p.Устанавливаются напряжения, соответствующие переходу накопителя электроэнергии в режим заряда при повышении напряжения выше уровня U_зap и режим разряда при понижении напряжения ниже уровня U_разр.

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).

Для каждого эпизода работы определяется текущий объем электроэнергии в накопителе электроэнергии W_{нээ тек}. На первом шаге расчетов принимается величина объем электроэнергии в накопителе электроэнергии W_{нээ тек}.

Текущий объем электроэнергии в накопителе на i-м шаге расчетов определяется по выражению:

Изменение объема энергии в накопителе ΔW_нээi:

где u_{ш i} - напряжение на шинах тяговой подстанции или линейного устройства на i-м шаге расчетов;

i_{нээ 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:

где W_{нээ макс} - 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.