CC BY
30
УДК 612.331
В. Г. КУЗНЕЦОВ, О. М. ПОЛЯХ, А. О. ПОЛЯХ (ДПТ)
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ ПОКАЗНИК1В ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКУ НА ВТРАТИ ЕЛЕКТРОЕНЕРГП В ТЯГОВ1Й МЕРЕЖ1
Виконано дослвдження впливу коефщента вар1ац1й м1жпо1'знного штервалу на втрати електроенерги в тяговш мереж!.
Ключовi слова: втрати електроенерги в тяговш мереж!, коефщент вар1ац1й м1жпо1'зного штервалу
Выполнено исследование влияния коэффициента вариации межпоездного интервала на потери электроэнергии в тяговой сети.
Ключевые слова: потери электроэнергии в тяговой сети, коэффициент вариации межпоездного интервала
The researches of the influence of variation coefficient of inter-train interval on the losses of electric power in traction line are discussed.
Keywords: losses of electric power in traction line, variation coefficient of inter-train interval
Вступ
На сьогодшшнш день провщна роль у здш-сненш вантажоперевезень належить електриф> кованому транспорту. Одним з напрямiв удо-сконалення технологи перевiзного процесу е визначення ращональних режимiв системи тягового електропостачання. Багато учених за-ймалися даною проблемою [2, 8, 3, 1, 5]. Проте питання впливу оргашзаци руху поiздiв, показ-никiв поiздопотокiв на енергетичнi показники системи тягового електропостачання потребуе подальшого вивчення.
Дослщження цих питань вимагае застосу-вання методiв розрахунку систем електропостачання, яю можуть враховувати характеристики транспортного процесу.
На кафедрi електропостачання ДНУЗТ роз-роблено метод розрахунку систем тягового електропостачання, де потш поiздiв представ-ляеться як потш вiдновлення [7, 6]. Ця методика розрахунку системи електропостачання за-снована на представленнi потоку поiздiв як потоку випадкових подiй з обмеженим наслiдком, а струмоспоживання електровозiв як нестащо-нарного випадкового процесу. Вона може бути використана не тшьки для виршення завдання оптимiзацii, але i як самостшна методика роз-рахунку системи електропостачання або входи-ти складовою частиною в iншi завдання опти-мiзацii системи тягового електропостачання.
Такий пщхщ дозволяе враховувати вплив нерiвномiрностi потокiв поiздiв на енергетичнi показники системи електропостачання елект-рифшованого транспорту (перш за все - втрати електроенерги в елементах системи тягового електропостачання).
Мета дослщження
Метою дано1' статп е дослiдження законом> рностей впливу показникiв потоку поiздiв на втрати електроенергii в тяговш мережъ Знання цих закономiрностей дозволить знайти ращо-нальнi режими роботи системи електропостачання електрифшованого транспорту.
Основна частина
Iснуючi методи розрахунку мереж базують-ся на заданих схемах живлення, кiлькостi, роз-мщення та значень навантажень. Навантажен-ня можуть бути заданi у вигщщ струмiв або потужностi. Розрахунок тягово1' мережi прин-ципово вiдрiзняеться вщ розрахунку стащонар-них мереж. Система тягового електропостачання представляе собою багатовимiрну стохасти-чну нелiнiйну систему. При виборi методiв роз-рахунюв таких систем приходиться находити компромю мiж: точнiстю або трудомiсткiстю.
Найбшьш розповсюдженi наступнi три гру-пи методiв розрахунку систем електропостачання, яю показано на рис. 1:
1) методи розрахунку по заданому графшу руху поiздiв;
2) методи розрахунку по середшх розмiрах руху по1здв;
3) методи розрахунку з урахуванням нерiв-номiрностi руху поiздiв;
Методи розрахунку по заданому граф1ку руху погзд1в
Ц методи розрахунку, засноваш на викори-станш графiка рухи поiздiв i кривих спожива-них струмiв, отриманих за наслщками тягових розрахункiв.
© Кузнецов В. Г., Полях О. М., Полях А. О., 2011
Дo ще1' гpyпи мeтoдiв мoжнa в^жсти: мeтo-ди piвнoмipнoгo пepeтинy гpaфiкa pyxy пoïздiв, xapaктepниx пepeтинiв гpaфiкa pyxy пoïздiв,
бeзпepepвнoгo дocлiджeння гpaфiкa pyxy noí^-дiв.
Оcнoвнoю cклaднicтю y викopиcтaннi цих мeтoдiв e тpyдoмicткicть.
Рис. 1. 1снуюч1 мeтoди poзpaxyнкy cиcтeм eлeктpoпocтaчaння eлeктpичнoгo тpaнcпopтy
Методи розрахунку по середтх po3Mipax ру-ху mt3die
Мeтoди poзpaxyнкy no cepeднix poзмipax pyxy пoïздiв cтвopювaлиcя i poзвивaлиcя в 20-i pp. минyлoгo cтopiччя.
Цi мeтoди тaкoж нe вpaxoвyють кoливaння чиcлa пoïздiв. Peзyльтaти poзpaxyнкiв в цьoмy випгдку будуть зaнижeними.
Дo ^eï гpyпи мeтoдiв мoжнa вiднecти мeтo-ди pyxoмиx нaвaнтaжeнь, piвнoмipнo poзпoдi-лeнoгo нaвaнтaжeння, yзaгaльнeний aнaлiтич-ний мeтoд.
Методи розрахунку з урахуванням нeрiвно-мiрностi руху mï3die
Дo ^eï гpyпи мeтoдiв мoжeмo вiднecти: мe-тoди якi бгзуються та пpeдcтaвлeннi cтpyмy i кiлькocтi пoïздiв випaдкoвим poзмipoм, мeтoди якi бгзуються нa пpeдcтaвлeннi пpoцecy pyxy пoïздiв як пoтoкy випaдкoвиx пoдiй.
Poзглянeмo мeтoд який бaзyютьcя нa пpeд-cтaвлeннi пpoцecy pyxy пoïздiв як готоку вит-дкoвиx пoдiй. Якщo poзглянyти чиcлo пoïздiв y фiдepнoï зoнi випaдкoвe iз-зa випaдкoвoгo ïx poзтaшyвaння в зoнi живлeння i бeзпepepвнoгo pyxy, цe чиcлo e ocнoвним чинникoм, щo ви-знaчae нaвaнтaжeння в cиcтeмi тягoвoгo eлeкт-poпocтaчaння.
Бyдь-якa випaдкoвa вeличинa якнaйпoвнiшe xapaктepизyeтьcя зaкoнoм ïï poзпoдiлy, який
визнaчae iмoвipнicть знaxoджeння y фiдepнiй зoнi кoнкpeтнoгo чиcлa пoïздiв. to6to ця мeтo-дикa poзpaxyнкiв бyдe вpaxoвyвaти нepiвнoмip-нicть нaвaнтaжeння. I цю мeтoдикy ми викopиc-тгли для дocлiджeння зaлeжнocтi впливу пoкaз-никiв тpaнcпopтнoгo пoтoкy нa втpaти eлeктpo-eнepгiï в тягoвiй мepeжi.
Змiнa пoлoжeння пoïздiв пpи pyci no д^н-кax e cтoxacтичним пpoцecoм i нeiдeнтичним y npocTOpi тa 4aci. Пoïздa в готощ cлiдyють з piз-ними швид^срями нa piзниx вiдcтaняx oдин вщ oднoгo, тaким чинoм швидкocтi пoïздiв тa iнтepвaли мiж ними, зaфiкcoвaнi y випaдкoвi мoмeнти 4acy e тaкoж випaдкoвими пoкaзникa-ми. Отжe pyx пoïздiв, мaючи дeтepмiнoвaнy ocнoвy, якa визнaчaeтьcя гpaфiкoм pyxy, no cвo-ш фiзичнiй пpиpoдi - npo^c ймoвipнicний. Ta-кoж слщ вiдpiзняти чacoвий i пpocтopoвий npo-цecи pyxy пoтoкy пoïздiв [4].
Визнaчeння yмoвниx ймoвipнocтeй пoяви пoïздiв бaзyeтьcя нa викopиcтaннi густини вщ-нoвлeння, якa в тeopiï нaдiйнocтi вiдoмa щe як пapaмeтp готоку вiдмoв. Визнaчaeтьcя вкaзaний пapaмeтp чepeз густину poзпoдiлy мiжпoïзниx iнтepвaлiв шляxoм виpiшeння iнтeгpaльнoгo piвняння Вoльтeppa дpyгoгo poдy:
о
h(t ) = f (t ) + { f ( x)h(t - x)dx, (1)
де /(V) - густина розподшення мiжпоlзнних iнтервалiв;
к(^) - штенсившсть потоку поlздiв;
V - час.
Поведшка функцп к (V) сильно залежить вщ коефiцieнта варiацil, а також мiжпоlзнного iн-тервалу.
Рiвняння (1) можемо записати i в iншiй форм^ якщо потрiбно визначити iмовiрнiсть роз-подiлу:
/(V) = к(0 + |т/(V - х)ёх, (2)
о
При виршенш рiвняння Вольтерра другого роду, i використавши методику розрахункiв систем тягового електропостачання, яка розро-блена в ДНУЗТ. Ми можемо перейти до знахо-дження втрат електроенерги в тяговш мережi за наступними формулами.
Iнтенсивнiсть потоку поlздiв к(^) пов'язана з штенсившстю потоку Х(1) iнтегральним рiв-нянням [4]
к()
41) =-
3
(3)
де & - середня швидюсть руху поlздiв.
Середнiй струм на шинах тягово! шдстанцп
[6]:
= 1
V г
(4)
АР = | гэ 2С?) • Ф)Ж,
(5)
де Ар - середш втрати потужносп; I - вiдстань;
1Э - е^валентний струм; г0 - отр.
При струмоспоживаннi по кожнiй та за вщ-сутностi зрiвняльних струмiв запишемо насту-пний вираз для середшх втрат потужностi зони:
Ар = Г -(Рл •(+ 32) +рхГ1 •(II
+ 12 ) + Ри12 • I, • 12),
де гз - опiр зони;
32 - квадрат струмiв по1здв на першому та другому шляху;
I,, 12 - струм по].здв на першому та другому шляху.
Коефщенти виразу (6), обчисленi шдсумо-вуванням елеменпв вiдповiдних блокiв приве-дених матриць, дано в табл. 1 [6].
Таблиця 1
Коефщенти
де гу - середнш струм зони;
\ - середнш струм в тяговш мережi на у-тш секци;
- кiлькiсть поlздiв на у-тш секци; - значення функци струмового заван-таження перетину ,, ^ при розташуваннi по1зда на V -му вiдрiзку.
Середнi втрати потужносп в тяговiй мереж вщ навантажень поlздiв виразимо iнтегралом вщ епюри середнього квадрата струму на роз-рахунковiй дiлянцi
Схема Коефщенти
жив-лення Р11 Р111 Рц 12 Р! Ря Р П
Кон- 0,500 1 0,500 0,333
сольна <о <о
Двобь чна 0,166 0,038 1 0,166 0,038 0,083
Вуз-лова 0,125 0,022 0,062 0,250 0,107 0,166
Трьох-вузло- о о\ о 8 О о\ о <м 6 6 ю
ва О о О О о О
П'яти-вузло- СП 00 О 8 о 3 О 6 Ю СП 6 Ю
ва О о О О о О
Розрахуемо втрати електроенерги в тяговiй мережi д^нки постiйного струму «С2-Ч». Схема замщення дiлянки представлена на рис. 2.
Вихщш данi:
• Пiкети тягових пщстанцш, а також ППС та ПСК;
• Нормальне положення вимикачiв на ППС та ПСК показано на рис. 2;
• Тип контактно1 шдвюки на дiлянцi М-120+2МФ-100+2А-185, М-120+2МФ-100+А-185.
Нерiвномiрнiсть потоку поlздiв будемо ха-рактеризувати коефщентом варiацil мiжпоlзн-
ного штервалу Ку = —. Авторами створено
т
математичну модель в МаШСа^ Змшюючи Ку,
розраховуемо вщсоток втрат в тяговiй мереж проводячи багатоварiантнi розрахунки.
v=1
Рис. 2. Схема замщення дослщно! дшянки «С-2 - Ч»:
r01, r02 - onip контактно! мереж^ Яф - onip фщера, р - onip тягово! тдстанци, R-65 -
■ тип реиок.
Пюля розрахунюв були отримаш залежносп вщсоткових втрат потужност вщ коефщента вар1аци м1жпо!зного штервалу на фщернш зош. Ця залежшсть показана на рис. 3.
Рис. 3. Залежшсть вiдсoткoвих втрат потужносп вiд кoефiцieнта ваpiацil на фщернш зoнi
РегресшниИ анатз вщсотку втрат в тяговш мереж1 дозволив побудувати наступну залежшсть
AP
P
= 3,571 + 8,471-kv .
Ця залежшсть дшсна для нашо! дослщно! д1лянки.
Висновки
1. На енергетичш характеристики електро-постачання впливае нер1вном1ршсть потоку по!зд1в.
2. Отримано регресшну залежшсть вщсотку втрат у тяговш меpежi вщ коефщента ва-р1аци м1жпо!зного штервалу, що може ха-рактеризувати нер1вном1ршсть транспортного потоку.
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИИ СПИСОК
1. ДоманскиИ, В. Т. Энергооптимальная технология перевозочного процесса [Текст] / В. Т. ДоманскиИ, В. П. Кручина, А. П. Юшкевич // Ж/д трансп. - 1993. - № 5. - С. 6-13.
2. Землянов, В. Б. Енергооптимальш технологи аналiзу та регулювання електроспоживання на тягу по1здв [Текст] : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.22.09 / Землянов Володимир Борисович; [ДНУЗТ]. - Д., 2000. - 23 с.
3. Землянов, В. Б. Интегрированная информационная технология перевода тяговых подстанциИ на многотарифную оплату за потребленную электроэнергию [Текст] / В. Б. Землянов, В. В. Скалозуб, В. В. ДоманскиИ // ЗатзничниИ транспорт. - 2000. - № 3. - С.41-43.
4. Левин, Д. Ю. Оптимизация потоков поездов [Текст] / Д. Ю. Левин. - М.: Транспорт, 1988. -175 с.
5. Мирошниченко, Р. И. Режимы работы электрифицированных участков [Текст] / Р. И. Мирошниченко. - М.: Транспорт, 1982. - 207с.
6. Почаевец, Э. С. Обобщённые методы анализа режимов системы тягового электроснабжения [Текст] : учеб. пособие / Э. С. Почаевец. -Д.: ДИИТ, 1981. - 55 с.
7. Kuznetsov, V. G. Elaboration of methodology for calculation of traction power-supply system with the help of renewal stream theory [Текст] / V. G. Kuznetsov, G. Vaiciunas // Transbaltica 2009. - Proc. of the 6-th Int'l Sci. Conf. - 2009. -Vilnius: Vilnus Gediminas Technical University. -P. 123-128.
8. Скалозуб, В. В. Ресуpсoзбеpiгаючi методи упра-влшня тягою пoiздiв i удосконалення кон-струкцш рухомого складу [Текст] : автореф. дис. ... докт. техн. наук : 05.22.07 / Скалозуб Владислав Васильович; [ДНУЗТ]. - Д., 2003. -37 с.
Надшшла до редколеги 04.10.2010.
ПриИнята до друку 12.10.2010.
