CC BY
40
chetyrekhkvadrantnykh preobrazovatelei]. Izvestiia vuzov. Elektromekhanika - News of higher educational institutions. Electromechanics, 2009, no. 5, pp. 47 - 52.
2. Pustovetov M. Yu., Soltus K. P., Siniavsky I. V. Komp'iuternoe modelirovanie asink-hronnykh dvigatelei i transformatorov. Primery vzaimodeistviia s silovymi elektronnymi preobra-zovateliami (Computer Simulation of Induction Motors and Transformers. Examples of Interaction with Power Converters). Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013, 209 p.
3. Berkovich E. I., Kovalev V. N., Kovalev F. I. Poluprovodnikovye vypriamiteli (Semiconductor Rectifiers). Moscow: Energiia Publ., 1978, 448 p.
4. Burkov A.T. Elektronnaia tekhnika i preobrazovateli (Electronic Equipment and Converters). Moscow: Transport Publ., 1999, 464 p.
5. Pustovetov M. Yu., Pekhotsky I. V., Pustovetova S. Yu. Computer Model of the Saturable Reactor [Komp'iuternaia model' drosselia]. Vestnik VElNII - Herald of All-Russia Electric Locomotive Building Institution, 2005, no. 1 (48), pp. 95 - 101.
6. Rutshtein A. M. System of Feeding of Auxiliary Circuits of Main Traction DC Electric Locomotive from Static Converter [Sistema pitaniia vspomogatel'nykh tsepei magistral'nogo el-ektrovoza postoiannogo toka ot staticheskogo preobrazovatelia]. Vestnik VElNII - Herald of All-Russia Electric Locomotive Building Institution, 2005, no. 2 (49), pp. 128 - 141.
7. Razevig V. D. Sistema proektirovaniia tsifrovykh ustroistv OrCAD (OrCAD System for Design of Digital Devices). Moscow: Solon-R Publ., 2000, 160 p.
8. Keown J. Elektronnoe modelirovanie v OrCAD (OrCAD PSpice and Circuit Analysis). Moscow: DMK Press Publ., 2010, 628 p.
9. Pustovetov M. Yu., Pekhotsky I. V. The Method of Nonlinearity of Magnetization Curve Taking into Account at Variable Frequency of Feeding Voltage [Sposob ucheta nelineinosti krivoi namagnichivaniia pri peremennoi chastote pitaiushchego napriazheniia]. Vestnik VElNII - Herald of All-Russia Electric Locomotive Building Institution, 2004, no. 1, pp. 239 - 249.
10. Pustovetov M. Yu. Mathematical and Computer Models of Induction Motors at 3-phase System of Axes [Matematicheskaia i komp'iuternaia modeli asinkhronnogo dvigatelia v trekhfaznoi sisteme koordinat]. Elektrichestvo - Electricity, 2013, no. 7, pp. 41 - 45.
11. Pustovetov M. Yu., Chubukin A. V. Application of Modeling Techniques to Create High Effective Electric Drives [Primenenie metodov modelirovaniia dlia sozdaniia vysokoeffektivnykh elektroprivodov]. Problemy energosberezheniia i tekhnicheskoi diagnostiki energeticheskogo obo-rudovaniia: tr. nauch.-prakt. konf. VTs «Vertol-Ekspo» (Problems of energy saving and technical diagnostics of power equipment: transactions of scientific-practical conference. Exhibition Center «Vertol-Expo»). - Rostov-on-Don, 2006, pp. 61 - 66.
12. Onishchenko G. B. Elektricheskii privod (Electric Drive). Moscow: RASKhN Publ., 2003. 320 p.
УДК 621.331:621.311
В. Т. Черемисин, Д. В. Пашков, С. Ю. Ушаков
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ МОНИТОРИНГ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА ОАО «РЖД»
Наличие постоянно меняющейся электротяговой нагрузки, распределенной не только по времени, но и в пространстве приводит к сложности детального мониторинга энергетической эффективности организации движения поездов ОАО «РЖД». Поэтому одной из первоочередных задач энергетической стратегии ОАО «РЖД» является внедрение инновационных технических средств и технологий. В работе рассмотрены основные положения и некоторые функциональные возможности создаваемого автоматизированного информационно-измерительного комплекса учета электрической энергии на электроподвижном составе.
■¡■Н ИЗВЕСТИЯ Транссиба 87
Основным видом деятельности ОАО «Российские железные дороги» являются перевозки. Удельная энергоемкость перевозки грузов - это отношение затрат энергии (и, как следствие, расходы на ее покупку) к массе перевозимого груза с использованием этой энергии. В условиях создания конкурентных транспортных коридоров в обход России необходимо создание таких условий перевозок, основными критериями которых являются невысокая стоимость и высокая маршрутная скорость грузов. В связи с тем, что значительную долю стоимости перевозок составляют энергетические затраты, вопросы повышения энергетической эффективности железнодорожного транспорта имеют особую актуальность.
Для решения поставленных задач ОАО «РЖД» ведет постоянную работу в области энергосбережения, что подтверждается множеством документов, основным из которых является энергетическая стратегия ОАО «РЖД». Основной целью стратегии является рациональное использование топливно-энергетических ресурсов во всех сферах деятельности ОАО «РЖД» для повышения экономической эффективности железнодорожных перевозок на основе внедрения инновационных технических средств и технологий.
Работы, проводимые в последнее время в рамках обследования системы тягового электроснабжения (СТЭ) и электроподвижного состава (ЭПС), показали, что с целью завершения формирования комплекса разработанных программ энергоменеджмента [1] необходимо выполнить ряд научно-технических разработок и внедрений.
Оценку эффективности использования электрической энергии на тягу поездов и, как следствие, повышение энергоэффективности работы СТЭ и ЭПС невозможно осуществить без основного источника информации - систем учета электрической энергии. Существующая система учета электроэнергии на тягу поездов обладает весьма ограниченной функциональностью и в настоящее время не удовлетворяет современным потребностям компании ОАО «РЖД». В связи с этим специалистами ОмГУПСа ведется инновационная работа по разработке автоматизированной системы мониторинга энергетической эффективности перевозочного процесса (АСМЭПП), которая позволила бы решать широкий спектр задач в сфере эффективности использования электрической энергии на тягу поездов.
Основные задачи АСМЭПП.
1. Снизить «небаланс» электроэнергии в тяговой сети до уровня технологических потерь и отказаться от термина «небаланс», заменив его общеизвестным термином «технологические потери». «Коммерческая» составляющая «небаланса» практически будет ликвидирована.
2. Снизить расход электрической энергии на тягу поездов за счет учета рекомендаций суточного мониторинга участков железной дороги с необоснованно повышенным удельным расходом, заниженным значением удельной рекуперации, неиспользованием рекомендованных эффективных режимов ведения поездов установленной массы, повышения эффективности использования энергии рекуперативного торможения, применения энергосберегающего оборудования и т. д.
3. Снизить технические потери в тяговой сети за счет учета рекомендаций синхронного мониторинга уровней напряжения на шинах тяговых подстанций и токоприемниках ЭПС, применения эффективных режимов работы оборудования тяговых подстанций, обеспечения равномерного распределения питания межподстанционных зон со смежных тяговых подстанций, повышения качества электрической энергии и т. д.
4. Автоматизировать получение основных показателей о расходе электрической энергии ЭПС без внесения машинистом ручной записи в маршрутный лист машиниста.
5. Автоматизировать подготовку протоколов по энергетической эффективности поездов на участках обслуживания, по эффективности работы дистанций электроснабжения и эффективности организации движения поездов с учетом работы системы тягового электроснабжения.
В рамках создания АСМЭПП будут внедряться две основные подсистемы -автоматизированный информационно-измерительный комплекс на электроподвижном соста-
88 ИЗВЕСТИЯ Транссиба №„3(!9)
ве (АИИК ЭПС) и автоматизированная система учета электроэнергии на фидерах контактной сети (АСУЭ ФКС).
Рассмотрим некоторые особенности работы и функциональные возможности создаваемой подсистемы АИИК ЭПС.
К основным функциям этой подсистемы относятся следующие:
автоматическое измерение и запись параметров электропотребления и рекуперации ЭПС с заданным интервалом и привязкой к глобальному времени и географическим координатам;
автоматизированная идентификация машиниста с привязкой табельного номера к результатам измерений;
автоматическая передача результатов измерений на сервер.
В результате функционирования этой подсистемы на борту ЭПС в памяти контроллера формируется база данных фиксируемых параметров. Минимальный набор параметров представлен в таблице 1.
Передача информации с АИИК ЭПС на основной сервер АСМЭПП, расположенный в ГВЦ ОАО «РЖД», осуществляется с использованием технологической ремонтно-оперативной радиосвязи ОАО «РЖД» (РОРС) на базе подвижной радиотелефонной связи стандарта GSM в режиме GPRS.
На сервере осуществляется привязка измеренных АИИК ЭПС параметров к зонам учета электроэнергии по методу соотнесения результатов измерений количества электрической энергии (мощности) с навигационными и информационными сведениями, изложенному в «Методике измерения электроэнергии (мощности) на тяговом подвижном составе», утвержденной распоряжением президента ОАО «РЖД» №2339р от 16 ноября 2010 г. В соответствии с данным методом измеренные географические координаты местоположения ЭПС сопоставляются с географическими координатами границ зон учета электроэнергии. База данных географических координат границ зон учета электроэнергии должна храниться на сервере баз данных в ГВЦ ОАО «РЖД».
Таблица 1 - Минимальный перечень фиксируемых параметров
№ п/п Наименование параметра Обозначение Формат регистрации данных и единицы измерения параметров
Программируемые
1 Серия электровоза С В соответствии с базой данных серий электровозов
2 Номер электровоза N В соответствии с базой данных номеров электровозов
Измеряемые
1 Дата и время t ддммгг ччммсс
2 Географическая широта Ф ГГММмммм
3 Географическая долгота 1 ГГММмммм
4 Расход электроэнергии, потребленной из контактной сети W кВт-ч
5 Возврат (рекуперация) электроэнергии W кВт-ч
6 Расход электроэнергии на энергообеспечение пассажирских вагонов W кВт-ч
Импортируемые
1 Табельный номер машиниста M В соответствии с базой данных машинистов
2 Код состояния локомотива K В соответствии с базой данных кодов состояний локомотива
В качестве зон учета электроэнергии принимаются следующие: межподстанционные зоны, дистанции электроснабжения, полигоны железных дорог, тарифные зоны, поездоучаст-ки, пути отстоя, участки работы локомотивных бригад.
В результате обработки данных формируется итоговая форма в виде таблицы 2.
№ 3(19) ЛЛИ Л ИЗВЕСТИЯ Транссиба 89
=2014 ■
Таблица 2 - Форма представления данных после соотнесения результатов измерения с границами зон учета для конкретного ЭПС
Дата и Координаты Электроэнергия Табель- Код
Серия ЭПС Номер ЭПС время расход, W реку- отопление вагонов ный номер машиниста состояния локомотива Коды зон учета электроэнергии
t Ф к перация,
WB ЛБ МПЗ ЭЧ ЖД ТЗ ПУ ПО
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1з 14 15 16 17
t0 Фо Х0 W0 W^0 WB0 M1 K1 Л1 З1 Э1 Ж1 Т1 П1
ti Ф1 Х1 W1 WR1 WB1 Л1 З1 Э1 Ж1 Т1 П1
t2 Ф2 Х2 W2 wr2 WB2 Л1 32 Э1 Ж1 Т1 П2
t3 Фз Хз W3 WR3 WB3 M1 K3 Л1 32 Э1 Ж1 Т1 П2
t4 Ф4 Х4 W4 wr4 WB4 Л1 32 Э1 Ж1 Т2 П2
t5 Ф5 Х5 W5 Wr5 WB5 Л1 32 Э1 Ж1 Т2 Пз
C N t6 Фб Хб W6 WB6 Л1 32 Э1 Ж1 Т2 Пз
t7 Ф7 Х7 W7 wr7 WB7 Л1 Зз Э2 Ж1 Т2 П4
t8 Ф8 Х8 W8 W*8 WB8 M1 Кз Л1 3з Э2 Ж1 Тз П4
t9 Ф9 Х9 W9 wr9 WB9 Зз Э2 Ж1 Тз П4
t10 Ф10 Х10 W10 WR10 WB10 M2 K1 Л2 Зз Э2 Ж1 Тз П4
t, Ф, Х, W, W WB, Mm кх Лт Зг Э ч-/n Же тt ПР оо
В таблице 2 обозначено: ЛБ - участок работы локомотивной бригады; МПЗ - меж-подстанционная зона; ЭЧ - дистанция электроснабжения; ЖД - полигон железной дороги; ТЗ - тарифная зона; ПУ - поездоучасток; ПО - пути отстоя.
Алгоритм определения расхода и возврата (рекуперации) электроэнергии ЭПС в границах зон учета ОАО «РЖД» заключается в следующем.
Расход электроэнергии ЭПС в границах любой зоны учета за отчетный период определяется по формуле:
WW =11 (W - w, ^), (1)
s=1 i=1
где (wjs - W-i;*) - измеренное значение приращения количества электроэнергии, потребленной ЭПС из контактной сети, за отчетный период (столбец 6 табл. 2);
f - количество ЭПС, обращавшихся в расчетной зоне учета в отчетном периоде;
q - количество интервалов измерения электроэнергии за время нахождения ЭПС в границах расчетной зоны учета в отчетном периоде.
Аналогично формуле (1) определяются значения рекуперации (WR) и расхода электроэнергии на энергообеспечение пассажирских вагонов ( W3B ) в границах расчетной зоны учета за отчетный период.
Для определения удельных показателей работы ЭПС в границах расчетной зоны учета применяется следующий алгоритм.
Сначала должна быть сформирована таблица соответствия даты, номера поезда, номера машиниста и электровоза и основного показателя поезда - веса. Данное соответствие осуществляется путем импортирования данных из системы централизованной обработки маршрутов машинистов (ЦОММ) в виде таблицы 3.
Таблица 3 - Импортированные данные из ЦОММа для определения удельных показателей работы ЭПС в заданной зоне учета
Дата и время приемки ЭПС Дата и время сдачи ЭПС Номер машиниста Номер ЭПС Номер поезда Вес поезда
tul tc1 M1 N1 P1 m1
tU] tcj Mm Nn Pk ms
90 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 3(19) 2014
Для определения удельного расхода электрической энергии на тягу поездов при проследовании поезда P1 по межподстанционной зоне З2 под управлением машиниста с номером M3 на локомотиве N4 необходимо в таблице 2, составленной для локомотива N4, просуммировать измеренные значения приращения количества электроэнергии, потребленной этим ЭПС из контактной сети, за отчетный период при проследовании поезда P1 по межподстанционной зоне З2 под управлением машиниста с номером M3:
г < г < г ;
WM3 = - W,), если \ Mя = Мз; (2)
З г = З 2 .
Тогда удельный расход электрической энергии на тягу поездов при проследовании поезда P1 по межподстанционной зоне З2 под управлением машиниста с номером M3 на локомотиве N4 определяется по уравнению:
W Мз
a M3 = 10000—, (3)
2 m1 h2
где m - вес поезда P1, т;
L - длина межподстанционной зоны З2, км.
З2
Аналогично определяется удельный расход электроэнергии в границах произвольной зоны учета для любой единицы ЭПС или локомотивной бригады (по номеру машиниста). По результатам вычислений составляются протоколы выполнения заданных норм удельного расхода электроэнергии и рекуперации в границах нормируемых зон учета, что позволяет оценить эффективность работы ЭПС или локомотивной бригады в этих границах.
Помимо удельного расхода и рекуперации электрической энергии в функциональные возможности системы входит выполнение расчетов и автоматизированное составление следующих протоколов по оценке энергетической эффективности организации движения поездов в границах любых зон учета:
- расхода электроэнергии в режиме простоя в пути следования и в ожидании работы;
- расхода электрической энергии на неграфиковые остановки;
- расхода электрической энергии у запрещающих сигналов;
- расхода электрической энергии на путях отстоя в ожидании ремонта, модернизации или ТО;
- технической и участковой скорости;
- расхода электрической энергии при нагоне пассажирского поезда;
- расхода электрической энергии при ограничении технической скорости;
- расхода электрической энергии на торможение, трогание с места и разгон до установленной скорости при неграфиковых остановках;
- неэффективного использования мощности электровозов при вождении неполновесных и неполносоставных поездов.
Анализ этих протоколов позволит выявлять места и случаи неэффективного использования электрической энергии и принимать управляющие воздействия (организационно-технические мероприятия, ремонт, внедрение новых технологий и др.) по повышению энергетической эффективности организации движения поездов.
1. Черемисин, В. Т. Оценка потенциала повышения энергетической эффективности системы тягового электроснабжения [Текст] / В. Т. Черемисин, М. М. Никифоров // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2013. - № 2 (14). - С. 75 - 84.
1. Cheremisin V. T. Nikiforov M. M. Evaluation of potential energy efficiency of electric traction system [Otsenka potentsiala povysheniya energeticheskoy effektivnosti sistemy tyagovogo el-ektrosnabzheniya]. Izvestiia Transsiba - The Trans-Siberian Bulletin, 2013, no. 2 (14), pp. 75 - 84.
№.?(1.9) ИЗВЕСТИЯ Транссиба 91
