СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК B60M3/00 B60L3/12 G01R21/133 

Изобретение относится к системам электроснабжения железнодорожного транспорта, в частности к способу определения энергетических показателей системы тягового электроснабжения.

Предлагаемый способ ориентирован на повышение точности и снижение вычислительной сложности расчетов при определении энергетических показателей системы тягового электроснабжения.

Известен способ расчета энергетических показателей системы тягового электроснабжения, основанный на результатах решения мгновенных схем, нагрузка для которых определяется на основе предварительно выполненных тяговых расчетов с заданным напряжением на токоприемнике [1].

Недостатком указанного способа является относительно высокая погрешность расчетов, связанная с принятым допущением о постоянном значении напряжения на токоприемнике электроподвижного состава в течение поездки. Указанный способ приводит к относительно высокой погрешности в расчетах при определении энергетических показателей вследствие изменения напряжения в широких пределах.

Известен способ определения энергетических показателей движения поезда и системы тягового электроснабжения постоянного и переменного тока [2], позволяющий повысить точность расчетов за счет использования определяемого на каждом шаге интегрирования движения поезда напряжения на токоприемнике. Указанный способ характеризуется высокой вычислительной сложностью, пропорционально возрастающей при увеличении размеров движения и применении в системе тягового электроснабжения регулируемых устройств, изменяющих свои параметры в зависимости от уровня напряжения в контактной сети или других заданных показателей.

Недостатком данного способа расчета является необходимость выполнения тяговых расчетов на каждом шаге вычислений энергетических показателей для каждого поезда в отдельности. Кроме этого, способ не позволяет учесть особенности работы регулируемых устройств, в частности, устройств накопления электроэнергии.

Известен способ определения энергетических показателей движения поезда и системы тягового электроснабжения постоянного и переменного тока (прототип), позволяющий выполнить расчет энергетических показателей с учетом настройки режимов работы устройства накопления электроэнергии [3]. Недостатком данного способа является высокая вычислительная сложность, обусловленная дополнительным объемом вычислений, связанных с проведением тяговых расчетов на каждом шаге вычислений энергетических показателей и с изменением параметров регулируемых устройств.

Целью изобретения является определение энергетических показателей системы тягового электроснабжения с учетом нагрузки электроподвижного состава при изменении напряжения на токоприемнике в условиях применения на тяговых подстанциях и линейных устройствах регулируемых устройств, в т.ч. систем накопления электроэнергии.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается снижении вычислительной сложности расчетов с учетом работы устройств регулирования, в том числе систем накопления электроэнергии.

Отличительной особенностью заявленного способа является определение нагрузки электроподвижного состава в зависимости от уровня напряжения на токоприемнике и скорости движения при разделении тяговых и электрических расчетов. Скорость движения в заявленном способе определяется как техническая скорость движения с учетом заданных режимов ведения поезда, ограничений скорости и планируемых остановок.

Определение энергетических показателей системы тягового электроснабжения осуществляется в следующем порядке. Исходя из допустимого диапазона напряжений на токоприемнике в диапазоне от U_мин до U_макс перед проведением электрических расчетов выполняются тяговые расчеты для различных напряжений на токоприемнике и скорости движения поезда. Полученный массив поездок формирует базу данных, используемую для проведения расчетов. Каждый расчет для выбранной единицы электроподвижного состава отличается от предыдущего уровнем напряжения на токоприемнике и скоростью движения, изменяющихся с заданным шагом ΔU и ΔV соответственно.

Размер базы данных расчетов определяется шагом расчетов и допустимым диапазоном и представляет собой массив расчетов размеров n×m, в каждой ячейке которых хранится ряд данных тяговых расчетов, содержащих информацию об уровне напряжения и скорости движения, ординате и токе поезда (для постоянного или переменного тока соответственно).

Количество строк и столбцов массива данных определяется по выражениям соответственно:

Формирование базы данных осуществляется для каждого типа электроподвижного состава, массы и других параметров поезда в обоих направлениях.

Набор тяговых расчетов для поезда в графике движения поездов в четном или нечетном направлениях позволяет определить для любой ординаты расположения поезда нагрузку, соответствующую уровню напряжения на токоприемнике и скорости движения поезда.

В данном случае для напряжения на токоприемнике, соответствующего предыдущему шагу расчетов подбирается тяговый расчет, который по уровню напряжения и скорости наиболее близок к расчетным значениям.

После выбора тягового расчета определяется ток поезда. Указанный ток поезда принимается для расчетной мгновенной схемы, по результатам решения которой определяются токи во всех ветвях схемы на текущем шаге и напряжения во всех узлах. Расчетный уровень напряжения на токоприемниках используется на следующем шаге для выбора тягового расчета, наиболее близкого к расчетному значению.

Выбор по тягового расчета выполняется по минимальному отклонению расчетного напряжения от напряжения, для которого выполнен расчет.

На первом шаге расчетов напряжение на токоприемнике каждой единицы электроподвижного состава U₁ принимается равным номинальному значению U_ном:

На втором и последующем шагах электрических расчетов напряжение на токоприемнике определяется на основе нагрузки поезда, находящегося на определенной ординате:

определяемой по тяговому расчету, выбираемому по наиболее близким к расчетным значениям напряжению U_n и скорости V_m.

Напряжение U_n и скорость V_m тягового расчета на i-ом шаге выбирается по критерию минимального отклонения расчетных значений U_i и V_i от значений тягового расчета соответственно:

Ток поезда определяется из массива данных соответствующего расчета для определенных n и m значений для j-й ординаты в расчетный момент времени на i-м шаге расчетов:

Сущность предлагаемого способа расчета проиллюстрирована на следующем примере его реализации. На фиг. 1 представлен порядок расчета энергетических показателей системы тягового электроснабжения.

На начальном этапе расчетов выполняется подготовка расчетных данных и параметров схемы системы тягового электроснабжения (блок 1). На следующем шаге реализации способа выполняются тяговые расчеты для формирования массива расчетных значений по условиям формирования для пар напряжений и скорости движения (блок 2). Определение энергетических показателей начинается с задания начального времени (блок 3), являющегося точкой отсчета, и определения ординаты j электроподвижного состава в границах расчетного участка (блок 4). На следующем этапе выполняется расчет электрических величин на основе мгновенных схем (блок 5), в ходе которого определяются напряжения на токоприемниках электроподвижного состава. Результаты расчетов по мгновенной схеме на i-м шаге расчетов записываются для последующего расчета интегральных показателей (блок 6). Выбор тягового расчета в зависимости от уровня напряжения и скорости выполняется в блоке 7. По результатам выбора определяется нагрузка поезда (блок 8), используемая на следующем шаге расчетов. Блок 9 увеличивает расчетное время на шаг расчетов, проверка окончания расчетов выполняется в блоке 10. На заключительном этапе выполняется расчет интегральных энергетических показателей (блок 11).

Предложенный способ позволяет определить энергетические показатели системы тягового электроснабжения на основе сформированного массива данных тяговых расчетов с учетом изменяющихся нагрузки и напряжения на токоприемнике электроподвижного состава.

Список использованных источников

1. Марквардт K.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. – М.: Транспорт. - 1982. - 528 с.

2. 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) / 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.

3. Способ определения энергетических показателей движения поезда и системы тягового электроснабжения Пат. на изобретение №2690126, МПК В60М 3/00 (2006.01), B60L 3/12 (2006.01), G01R 21/133 (2006.01) / В.Л. Незевак, В.Т. Черемисин, А.П. Шатохин. (РФ). - 2016 119647/11. Заявл. 23.07.2018. Опубл. 30.05.2019. Бюл. №16.

Изобретение относится к системам электроснабжения железнодорожного транспорта. Способ определения энергетических показателей системы тягового электроснабжения заключается в определении напряжения на токоприемнике электроподвижного состава при проведении тяговых и электрических расчетов с учетом режимов работы устройств накопления электроэнергии. При этом расчет энергетических показателей системы тягового электроснабжения производится по данным предварительно выполненных тяговых расчетов для различных напряжений и скоростей в диапазоне установленных значений с заданным шагом изменения так, что в зависимости от уровня напряжения на токоприемнике электроподвижного состава и скорости движения выбирается соответствующий тяговый расчет, на основе которого на следующем шаге вычислений определяется нагрузка и напряжение на токоприемнике, используемое на следующем шаге расчетов для определения нагрузки электроподвижного состава. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении вычислительной сложности расчетов с учетом работы устройств регулирования. 1 ил.

Способ определения энергетических показателей системы тягового электроснабжения, заключающийся в определении напряжения на токоприемнике электроподвижного состава при проведении тяговых и электрических расчетов с учетом режимов работы устройств накопления электроэнергии, отличающийся тем, что расчет энергетических показателей системы тягового электроснабжения производится по данным предварительно выполненных тяговых расчетов для различных напряжений и скоростей в диапазоне установленных значений с заданным шагом изменения так, что в зависимости от уровня напряжения на токоприемнике электроподвижного состава и скорости движения выбирается соответствующий тяговый расчет, на основе которого на следующем шаге вычислений определяется нагрузка и напряжение на токоприемнике, используемое на следующем шаге расчетов для определения нагрузки электроподвижного состава.