ОЦІНКА ВПЛИВУ РЕЖИМІВ РОБОТИ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ТЯГИ НА ВТРАТИ ВІД НЕРІВНОМІРНОСТІ СПОЖИВАННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ ТА ЗАХОДИ ЩОДО ЇХ ЗНИЖЕННЯ

Ключові слова: режим роботи, нерівномірність споживання електроенергії, втрати, пік-фактор, коефіцієнт форми, накопичувач енергії.

Анотація

В статті розглядається актуальна проблема нерівномірності електроспоживання на залізничному транспорті та кроки, по її зниженню. Проведений аналіз умов експлуатації тягового рухомого складу. На основі результатів проведеного аналізу надано характеристики режимам роботи тягового рухомого складу залізничного транспорту та енергетичним процесам у системі електричної тяги при їх реалізації. Наведено фактори впливу, що призводять до виникнення енергетичних втрат у результаті нерівномірності тягового електроспоживання. Запропоновано показники для оцінки нерівномірності тягового електроспоживання. Як показники пропонується використання інтегральних енергетичних показників пік-фактор та коефіцієнт форми. Пік-фактор характеризує рівень надлишкової потужності системи електропостачання, коефіцієнт форми – втрати в системі тягового електропостачання. За даними показниками було проведено оцінку часових діаграм електроспоживання на фідері тягової підстанції постійного струму залізниці та електропоїздом метрополітену. Результати кількісної оцінки підтвердили несприятливий вплив визначених факторів на нерівномірність тягового електроспоживання. Було встановлено, що режими роботи електропоїзда метрополітену провокують виникнення більш значних енергетичних втрат в елементах системи тягового електропостачання у порівнянні із залізницею. Доведено, що рекуперативне гальмування посилює нерівномірність електроспоживання, збільшуючи завантаженість тягової мережі та сприяючи виникненню струмів імпульсного характеру у системі тягового електропостачання. Запропоновано концепції з подолання проблем нерівномірності тягового електроспоживання та використання надлишкової енергії рекуперації, що ґрунтуються на використанні накопичувача енергії як додаткового джерела живлення тягового електроприводу.

Посилання

ЛІТЕРАТУРА

Залізничний транспорт. Міністерство інфраструктури України. URL: http://mtu.gov.ua/timeline/Zaliznichniy-transport.html (дата звернення: 15.04.2022).

Стратегічне бачення розвитку транспорту України. Міністерство інфраструктури України. URL: http://mtu.gov.ua/content/strategiya-2015.html (дата звернення: 15.04.2022).

Кузнецов В. Г., Саблин О.И., Губский П. В., Колыхаев Е.Г. Анализ резервов энергосбережения при внедрении системы рекуперации энергии на поездах Днепропетровского метрополитена. // Гірнича електромеханіка та автоматика. 2015. №95. С. 81-89.

Саблін О. І. Розвиток методів і засобів підвищення ефективності використання енергії рекуперації в систем і електричного транспорту : дис. ... д-ра техн. наук : 05.22.09 / УДУНТ. Дніпро, 2018. 364 с.

Інтегрований звіт АТ «УКРЗАЛІЗНИЦЯ» за 2019 рік. URL: http://www.uz.gov.ua/files/file/about/investors/Book_UZ_19_UA_FIN_web.pdf (дата звернення: 15.04.2022).

Yatsko S., Sidorenko A., Vashchenko Ya., Lyubarskyi B., Yeritsyan B. Method to Improve the Efficiency of the Traction Rolling Stock with Onboard Energy Storage // International Journal of Renewable Energy Research. 2019. Vol. 9, № 2. P. 848-858.

Шевлюгин М. В. Энергосберегающие технологии на железнодорожном транспорте и метрополитенах, реализуемые с использованием накопителей энергии : дис. ... д-ра техн. наук. МИИТ. Москва, 2013. 424 с.

Павелчик М. Повышение эффективности электрической тяги при помощи накопителей энергии : дис. ... д-ра техн. наук. МИИТ. Москва, 2000. 451 с.

Сулим А. А., Сичев С. Д., Распопин В. Р. Экономия электроэнергии при использовании рекуперативного торможения на вагонах метрополитена // Электромеханические и энергетические системы, методы моделирования и оптимизации: материалы Х межд. науч.-тех. конф. Кременчуг : КНУ им. М. Остроградского, 2012. С. 344.

Sheng Lin, Di Huang, Wang Aimin, Huang Yujian, Zhao Liping, Rui Luo, Guotao Lu. Research on The Regeneration Braking Energy Feedback System of Urban Rail Transit // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2019. P. 7329-7339. doi: 10.1109/TVT.2019.2921161.

Yang Z., Xia H., Wang B., Lin F. An overview on braking energy regeneration technologies in Chinese urban railway transportation // International Power Electronics Conference IPEC-Hiroshima 2014 - ECCE ASIA. 2014. P. 2133-2139. doi: 10.1109/IPEC.2014.6869883.

Yatsko S., Sidorenko A., Vashchenko Ya. Development of strategies for reducing traction energy consumption by electric rolling stock // Computational problems of electrical engineering journal. 2019. Vol. 9, № 1. P. 44-51.

Pena-Alcaraz M., Fernandez A., Cucala A. P., A. Ramos A., Pecharroman R. R., Optimal underground timetable design based on power flow for maximizing the use of regenerative-braking energy // Journal of rail and rapid transit. 2012. vol. 226, № 4. P. 397-408. doi: 10.1109/IPEC.2014.6869883.

Lelas M., Pavlovic T., Ban Z. A. Supercapacitor based energy storage system for urban transportation energy efficiency improvement // International conference on electrical drives and power electronics. 2015. P. 430-436. doi 10.1109/EDPE.2015.7325333.

Укрзалізниця визначила найпопулярніші поїзди та напрямки в Україні. Офіційний сайт Укрзалізниці. URL: http://www.uz.gov.ua/press_center/up_to_date_topic/545833 (дата звернення: 07.02.2022).

Басов Г. Г., Яцько С. І. Розвиток електричного моторвагонного рухомого складу : навч. посіб. Ч. 2. Харків : Апекс+, 2005. 259 с.

Цукало П. В., Ерошкин Н. Г. Электропоезда ЭР2 и ЭР2Р : Транспорт, 1986. 249 с.

Sumpavakup C., Ratniyomchai T., Kulworawanichpong T. Optimal energy saving in DC railway system with on-board energy storage system by using peak demand cutting strategy // Journal of modern transportation. 2017. Vol. 25, № 4. P. 223-235. doi: 10.1007/s40534-017-0146-6.

M. Dominguez M., Fernández-Cardador A., Cucala A. P., Pecharroman R. R. Energy savings in metropolitan railway substations through regenerative energy recovery and optimal design of ATO speed profiles // IEEE transactions on automation science and engineering. 2012. Vol. 9, № 3. P. 496–504. doi: 10.1109/tase.2012.2201148.

Sulym A. On the question of a reasonability of capacitive storages use in the metro // Електромеханічні і енергозберігаючі системи. 2015. Vol. 29, № 1. P. 94-100.

Liu X., Li K. Energy storage devices in electrified railway systems: a review //Transportation safety and environment. 2020. Vol. 2, № 3. P. 183–201. doi: 10.1093/tse/tdaa016.

Omelyanenko V. I., Riabov Ie. S., Overianova L. V., Omelianenko H. V. Traction electric drive based on fuel cell batteries and on-board inertial energy storage for multi unit train // Electrical engineering & electromechanics. 2021. № 4. P. 64-72. doi: 10.20998/2074-272x.2021.4.08.

Омельяненко В. И., Омельяненко Г. В., Оверьянова Л. В. Инерционные накопители энергии для железных дорог // Локомотив-інформ. 2020. № 1. С. 26-32.

Thompson, R. C.; Kramer, J.; Hayes, R. J. Response of an urban bus flywheel battery to a rapid loss-of-vacuum event // Journal of advanced materials. 2005. Vol. 37. № 3. P. 42–50.

REFERENCES

Zaliznychnyi transport. Ministerstvo infrastruktury Ukrainy. [Railway transport. Ministry of Infrastructure of Ukraine]. mtu.gov.ua. Retrieved from http://mtu.gov.ua/timeline/Zaliznichniy-transport.html [in Ukrainian].

Stratehichne bachennia rozvytku transportu Ukrainy. [Strategic vision of transport development in Ukraine]. mtu.gov.ua. Retrieved from http://mtu.gov.ua/content/strategiya-2015.html [in Ukrainian].

Kuznetsov V. H., Sablyn O.Y., Hubskyi P. V., Kolikhaev E.H. (2015) Analiz rezervov energosberezheniya pri vnedrenii sistemyi rekuperatsii energii na poezdah Dnepropetrovskogo metropolitena [Analysis of energy saving reserves during the implementation of the energy recovery system on the trains of the Dnepropetrovsk metro]. Hirnycha elektromekhanika ta avtomatyka – Mining Electromechanics and Automation, 95, 81–89 [in Ukrainian].

Sablin O. I. (2018) Rozvytok metodiv i zasobiv pidvyshchennia efektyvnosti vykorystannia enerhii rekuperatsii v system i elektrychnoho transportu [ Development of Methods andMeans for Improvement of the Energy Regeneration Efficiency in the Electric Transport System]. Doctor’s thesis. Dnipro: USUST [in Ukrainian].

Intehrovanyi zvit AT «UKRZALIZNYTsIa» za 2019 rik. [Intehrovanyy zvit AT «UKRZALIZNYTSYA» za 2019 rik [Integrated report of JSC UKRZALIZNYTSYA for 2019.]. (n.d.). www.uz.gov.ua. Retrieved from http://www.uz.gov.ua/files/file/about/investors/Book_UZ_19_UA_FIN_web.pdf [in Ukrainian].

Yatsko S, Sidorenko A, Vashchenko Ya, Lyubarskyi B, Yeritsyan B. (2019). Method to Improve the Efficiency of the Traction Rolling Stock with Onboard Energy Storage. International Journal of Renewable Energy Research, 9(2), 848–858.

Shevlyugin M. V. (2013) Energosberegayushchiye tekhnologii na zheleznodorozhnom transporte i metropolitenakh, realizuyemyye s ispol'zovaniyem nakopiteley energii [Energy-saving technologies in railway transport and subways implemented using energy storage devices]. Doctor’s thesis.Moscow: MIIT [in Russian].

Pavelchik M. (2000) Povysheniye effektivnosti elektricheskoy tyagi pri pomoshchi nakopiteley energii [Increasing the efficiency of electric traction with energy storage]. Doctor’s thesis.Moscow: MIIT [in Russian].

Sulim A. A., Sichev S. D., Raspopin V. R. Ekonomiya elektroenergii pri ispol'zovanii rekuperativnogo tormozheniya na vagonakh metropolitena [Saving energy when using regenerative braking on subway cars]. Elektromekhanicheskiye i energeticheskiye sistemy, metody modelirovaniya i optimizatsii – Electromechanical and power systems, modeling and optimization methods: Proceedings of the International Scientific and Technical Conference, p. 344, Kremenchug: KNU M. Ostrogradsky [in Ukrainian].

Sheng Lin, Di Huang, Wang Aimin, Huang Yujian, Zhao Liping, Rui Luo, Guotao Lu (2019). Research on The Regeneration Braking Energy Feedback System of Urban Rail Transit. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 7329–7339. doi: 10.1109/TVT.2019.2921161.

Yang Z., Xia H., Wang B., Lin F. (2019) An overview on braking energy regeneration technologies in Chinese urban railway transportation. International Power Electronics Conference IPEC-Hiroshima 2014 - ECCE ASIA, 2133–2139. doi: 10.1109/IPEC.2014.6869883.

Yatsko S., Sidorenko A., Vashchenko Ya. (2019) Development of strategies for reducing traction energy consumption by electric rolling stock. Computational problems of electrical engineering journal, 9(1), 44–51.

Pena-Alcaraz M., Fernandez A., Cucala A. P., A. Ramos A., Pecharroman R. R. (2012) Optimal underground timetable design based on power flow for maximizing the use of regenerative-braking energy. Journal of rail and rapid transit, 226(4), 397–408. doi: 10.1109/IPEC.2014.6869883.

Lelas M., Pavlovic T., Ban Z. A. (2015) Supercapacitor based energy storage system for urban transportation energy efficiency improvement. International conference on electrical drives and power electronics, 430–436. doi 10.1109/EDPE.2015.7325333.

Ukrzaliznytsya vyznachyla naypopulyarnishi poyizdy ta napryamky v Ukrayini. Ofitsiynyy sayt Ukrzaliznytsi. [Ukrzaliznytsia has identified the most popular trains and destinations in Ukraine. Official site of Ukrzaliznytsia]. www.uz.gov.ua. Retrieved from http://www.uz.gov.ua/press_center/up_to_date_topic/545833 [in Ukrainian].

Basov H. H., Yatsʹko S. I. (2005). Rozvytok elektrychnoho motorvahonnoho rukhomoho skladu [Development of electric railcar rolling stock]. Kharkiv: VTD «Apeks+» [in Ukrainian].

Tsukalo P. V., Yeroshkin N. G. (1986). Elektropoyezda ER2 i ER2R [Electric trains ER2 and ER2R]. Moscow: VTD «Transport » [in Russian].

Sumpavakup C., Ratniyomchai T., Kulworawanichpong T. (2017). Optimal energy saving in DC railway system with on-board energy storage system by using peak demand cutting strategy. Journal of modern transportation, 259(4), 223–235. doi: 10.1007/s40534-017-0146-6.

M. Dominguez M., Fernández-Cardador A., Cucala A. P., Pecharroman R. R. (2012) Energy savings in metropolitan railway substations through regenerative energy recovery and optimal design of ATO speed profiles. IEEE transactions on automation science and engineering, 9(3), 496–504. doi: 10.1109/tase.2012.2201148.

Sulym A. (2015). On the question of a reasonability of capacitive storages use in the metro // Elektromekhanichni i enerhozberihayuchi systemy – Electromechanical and energy saving systems, 29(1), 94–100.

Liu X., Li K. (2020). Energy storage devices in electrified railway systems: a review. Transportation safety and environment, 2(3), 183–201. doi: 10.1093/tse/tdaa016.

Omelyanenko V. I., Riabov Ie. S., Overianova L. V., Omelianenko H. V. (2021) Traction electric drive based on fuel cell batteries and on-board inertial energy storage for multi unit train. Electrical engineering & electromechanics. (4), 64–72. doi: 10.20998/2074-272x.2021.4.08.

Omel'yanenko V. I., Omel'yanenko G. V., Over'yanova L. V. (2020). Inertsionnyye nakopiteli energii dlya zheleznykh dorog [Inertial energy storage devices for railways]. Lokomotyv-inform – Locomotive-inform, 1, 26–-32 [in Ukrainian].

Thompson, R. C.; Kramer, J.; Hayes, R. J. (2005). Response of an urban bus flywheel battery to a rapid loss-of-vacuum event. Journal of advanced materials, 37(3), 42–50.

Опубліковано
2022-06-27
Розділ
Техніка і технології