Научная статья на тему 'Методология оценки энергетической эффективности применения рекуперативного торможения и использования энергии рекуперации'

Методология оценки энергетической эффективности применения рекуперативного торможения и использования энергии рекуперации Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
741
136
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РЕКУПЕРАТИВНОЕ ТОРМОЖЕНИЕ / ЭНЕРГИЯ РЕКУПЕРАЦИИ / СИСТЕМА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ / ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ / ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / REGENERATIVE BRAKING / REGENERATIVE ENERGY SYSTEM OF THE TRACTION POWER SUPPLY / ENERGY EFFICIENCY / SIMULATION MODELING

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Черемисин Василий Титович, Никифоров Михаил Михайлович, Вильгельм Александр Сергеевич

В статье приведен анализ составляющих энергетической эффективности рекуперативного торможения и факторов, влияющих на эффективность применения рекуперативного торможения и использования энергии рекуперации. Описаны методы оценки энергетической эффективности рекуперации и результаты экспериментальных исследований эффективности рекуперации. Выполнено обоснование использования метода имитационного моделирования как способа оценки потенциала рекуперативного торможения. Представлена последовательность выполнения работ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Черемисин Василий Титович, Никифоров Михаил Михайлович, Вильгельм Александр Сергеевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

METHODOLOGY FOR ASSESSING THE ENERGY EFFICIENCY OF REGENERATIVE BRAKING THE USE AND ENERGY RECOVERY

The article analyzes the components of the energy efficiency of regenerative braking and the factors influencing the effectiveness of the use of regenerative braking and energy recovery. Methods of evaluating the energy efficiency of recovery and the results of experimental studies of the effectiveness of recovery. Achieved justification for the use of the method of simulation modeling as a method for evaluating the potential of regenerative braking. It shows the sequence of the work.

Текст научной работы на тему «Методология оценки энергетической эффективности применения рекуперативного торможения и использования энергии рекуперации»

Преимуществом предлагаемого метода является возможность проведения измерений на двух опорах одновременно за счет того, что вторая опора служит токовым электродом для первой и измерения выполняются синхронно на обеих опорах. При этом как минимум в два раза сокращаются временные затраты на проведение диагностических процедур.

Список литературы

1. Анализ работы хозяйства электрификации и электроснабжения в 2013 г. [Текст] / ОАО «РЖД». - М., 2014. - 100 с.

2. Котельников, А. В. Блуждающие токи и эксплуатационный контроль коррозионного состояния подземных сооружений систем электроснабжения железнодорожного транспорта [Текст]: Монография / А. В. Котельников, В. А. Кандаев / УМЦ ЖДТ РФ. - М., 2013. - 552 с.

References

1. Analiz raboty khoziaistva elektrifikatsii i elektrosnabzheniia v 2013 g. (Analysis of the electrification and power supply farm in 2013). Moscow, 2014. 100 p.

2. Kotelnikov A. V., Kandaev V. A. Bluzhdaucshie toki i ekspluatazionnii control korrozion-nogo sostojanija podzemnih sooruzhenii system elektrosnabzhenuja zheleznodorozhnogo transporta (Stray currents and corrosion state operational control of underground structures of railway transport power supply systems): Monograph. Moscow: UMZ SHDT RF, 2013. 552 p.

УДК 621.331.629.4

В. Т. Черемисин, М. М. Никифоров, А. С. Вильгельм

МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ РЕКУПЕРАЦИИ

В статье приведен анализ составляющих энергетической эффективности рекуперативного торможения и факторов, влияющих на эффективность применения рекуперативного торможения и использования энергии рекуперации. Описаны методы оценки энергетической эффективности рекуперации и результаты экспериментальных исследований эффективности рекуперации. Выполнено обоснование использования метода имитационного моделирования как способа оценки потенциала рекуперативного торможения. Представлена последовательность выполнения работ.

Общеизвестно, что рекуперативное торможение обеспечивает безопасность движения поездов и одновременно с этим повышает энергетическую эффективность электрической тяги. Поэтому на сети железных дорог ежегодно ставится задача по повышению объема рекуперированной энергии. Однако до последнего времени не ставилась цель оценки энергетической эффективности рекуперации. Понятие энергетической эффективности рекуперации можно разделить на два основных направления:

энергетическая эффективность применения рекуперативного торможения. Показателем эффективности в этом случае является объем рекуперируемой электроподвижным составом (ЭПС) электроэнергии (удельная величина и процент от потребления на тягу);

энергетическая эффективность использования энергии рекуперации. Показателем эффективности в этом случае является сокращение удельного расхода энергии по счетчикам тяговых подстанций за счет применения рекуперации (удельная величина и процент от расхода на тягу).

Таким образом, и оценка эффективности рекуперации на произвольном участке железной дороги должна выполняться по двум основным направлениям:

1. Оценка эффективности фактического применения рекуперативного торможения, которая должна выполняться с учетом основных факторов и фактически сложившихся на участке условий для применения рекуперативного торможения.

60 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 1(25) ОП4 С

■ I = 2U10

2. Оценка эффективности использования энергии рекуперации с распределением ее объемов по составляющим, к которым можно отнести:

а) потребление энергии рекуперации на собственные нужды электроподвижного состава;

б) потери энергии рекуперации в контактной сети при передаче энергии рекуперации от рекуперирующего ЭПС к ЭПС, находящемуся в режиме тяги, и к тяговым подстанциям;

в) потребление энергии рекуперации на тягу поездов ЭПС, находящихся в режиме тяги;

г) потери энергии рекуперации в выпрямительно-инверторных преобразователях и тяговых трансформаторах тяговых подстанций постоянного тока при возврате энергии рекуперации из контактной сети;

д) потребление энергии рекуперации на собственные нужды тяговых подстанций, на нужды железнодорожных и сторонних потребителей, линий продольного электроснабжения, получающих питание с шин тяговых подстанций;

е) потери энергии рекуперации в понижающих трансформаторах тяговых подстанций постоянного и переменного тока при передаче энергии рекуперации через них в систему внешнего электроснабжения;

ж) возврат энергии рекуперации в систему внешнего электроснабжения.

По первому направлению задачей является определение уровня эффективности применения рекуперативного торможения локомотивными бригадами.

По второму направлению задачей является оценка эффективности использования энергии рекуперации, приводящей к сокращению удельного расхода на тягу поездов по измерительным системам тяговых подстанций.

От правильности выбора метода выполнения оценки зависят достоверность полученных в ходе нее результатов и точность сделанных выводов. При этом главным при выборе метода проведения исследования является то, какое количество факторов, влияющих на объект исследования, учитывает метод. Основные факторы, влияющие на эффективность применения рекуперативного торможения, представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Факторы, оказывающие влияние на эффективность применения рекуперативного торможения и использования энергии рекуперации

Принадлежность фактора Факторы, влияющие

на эффективность применения рекуперативного торможения на эффективность использования энергии рекуперации

Система тягового электроснабжения род тока род тока

Параметры и режимы работы систем тягового и внешнего электроснабжения Параметры и режимы работы систем тягового и внешнего электроснабжения

Наличие и мощность нетяговых потребителей, получающих питание от тяговых подстанций Наличие и мощность нетяговых потребителей, получающих питание от тяговых подстанций

Организация движения поездов Доля пассажирских поездов на участке Доля пассажирских поездов на участке

Показатели графика движения поездов Показатели графика движения поездов

Масса составов -

Нагрузка на ось составов -

Техническая скорость на участке -

Электроподвижной состав Серии ЭПС (их технические характеристики рекуперации) -

Доля ЭПС с исправными системами рекуперации -

Прочее Профиль пути -

Погодные условия -

По обоим направлениям оценки энергетической эффективности рекуперации для решения поставленных задач с учетом тех или иных из перечисленных выше факторов могут использоваться следующие методы.

№ 1(25) ЛЛ л I11Г1 Г( Till Транссиба 61

=2016 ■

1. Экспериментальные методы.

Метод «глобального» эксперимента, подразумевающий наличие на всех присоединениях системы тягового электроснабжения рассматриваемого участка единой автоматизированной системы учета электроэнергии [1] и оборудование всех единиц ЭПС, обращающегося по участку, штатными высокоточными автоматизированными системами учета электроэнергии и системами глобального позиционирования GPS/ГЛОНАСС, подключенными к единому серверу, что обеспечит контроль использования энергии рекуперации и оценку потоков и потерь электроэнергии во всех элементах системы тягового электроснабжения на любом произвольном участке и за любой промежуток времени [2].

Метод «локального» эксперимента, при котором выбранный участок железной дороги оборудуется системами учета электроэнергии на фидерах контактной сети (ФКС) тяговых подстанций, один или несколько электровозов оборудуются специальными системами фиксации расхода электроэнергии и местоположения с передачей информации на единый сервер, на участке организуются специальный график движения поездов и специальные схемы питания тяговой сети. Проведение такого эксперимента, с одной стороны, позволяет с меньшими затратами провести исследование структуры использования энергии рекуперации, а, с другой стороны, получить с высокой точностью оценку эффективности использования энергии рекуперации при различных графиках движения поездов и параметрах системы тягового электроснабжения.

Метод сравнения удельного расхода электроэнергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций на участках работы локомотивных бригад с применением и запретом на применение рекуперативного торможения.

2. Статистические методы построения регрессионных зависимостей, основанные на использовании данных предыдущих периодов.

3. Методы, основанные на имитационном моделировании.

Имитационное моделирование перевозочного процесса, позволяющее выполнять оценку эффективности использования энергии рекуперации на участке железной дороги с учетом большинства влияющих факторов.

Создание регрессионной модели использования энергии рекуперации, построенной на основании результатов имитационного моделирования, учитывающего наиболее значимые факторы.

Создание модели использования энергии рекуперации, основанной на нечетких нейронных сетях. Данная модель должна совмещать в себе преимущества статистического метода и регрессионной модели, основанной на результатах имитационного моделирования.

Оптимальным инструментом для оценки эффективности рекуперации является имитационное моделирование перевозочного процесса. К преимуществам такого подхода относятся простота и малозатратность, прозрачность и многовариантность расчетов, адекватность получаемых результатов.

При этом имитационное моделирование в программном комплексе «КОРТЭС» не позволит учесть ряд факторов, влияющих на эффективность рекуперации:

- уровень напряжения в контактной сети;

- наличие и мощность нетяговых потребителей, получающих питание от тяговых подстанций;

- погодные условия.

Для анализа влияния этих факторов целесообразно использовать экспериментальные или статистические методы.

Целью проведения экспериментальных исследований по оценке эффективности применения рекуперативного торможения и использования энергии рекуперации является подтверждение эффективности применения рекуперативного торможения и определение структуры использования энергии рекуперации различными потребителями.

62 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 1(25) ОП4 С

■ I =

Подтверждение энергетической эффективности рекуперативного торможения выполнено путем оценки уровня удельного расхода электроэнергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций на участке Тайга - Мариинск Западно-Сибирской железной дороги [3].

В ходе эксперимента в течение первых трех суток на участке фиксировались все показатели, характеризующие энергоемкость перевозочного процесса, в условиях применения рекуперативного торможения в штатном режиме. В следующие трое суток те же показатели фиксировались в условиях запрета на применение рекуперативного торможения. Условия проведения эксперимента (размеры движения, выполненная на участке работа, погодные условия) за первые и вторые трое суток были сопоставимы.

Анализ результатов эксперимента показал, что удельный расход электроэнергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций, определенный за период применения рекуперативного торможения, оказался на 11,2 % ниже по сравнению с периодом эксперимента, когда рекуперативное торможение не применялось (таблица 2).

Полный расход электроэнергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций в условиях применения рекуперации оказался ниже на 11,4 % при том, что выполненный объем перевозочной работы за рассматриваемые периоды отличался всего на 0,3 %.

Таблица 2 - Результаты эксперимента по оценке целесообразности использования энергии рекуперации на участке Тайга - Мариинск Западно-Сибирской железной дороги

Показатель Применение рекуперации Относительное изменение при отсутствии рекуперации, %

применялась не применялась

Работа, выполненная на участке, 104 ткм брутто 15 050 15 088 0,3

Расход по счетчикам тяговых подстанций, кВтч 1 698 445 1 892 667 11,4

Расход по счетчикам электроподвижного состава, кВтч 1 402 909 1 675 281 19,4

Небаланс электроэнергии на тягу поездов, % 17,4 11,5 -33,9

Удельный расход по счетчикам тяговых подстанций, кВтч/104 ткм брутто 112,8 125,4 11,2

Удельный расход по счетчикам электроподвижного состава, кВт ч/104 ткм брутто 93,2 111 19,1

Аналогичным образом зафиксированы меньшие значения полного и удельного расхода электроэнергии по счетчикам ЭПС в условиях применения рекуперативного торможения, соответственно на 19,4 и 19,1 % по сравнению с периодом, когда рекуперативное торможение не применялось.

При этом зафиксировано увеличение на 33,9 % небаланса электроэнергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций и ЭПС в условиях применения рекуперативного торможения. Это обусловлено увеличением технологических потерь от протекания энергии рекуперации по контактной сети от электровозов, движущихся в режиме рекуперативного торможения, к электровозам, работающим в режиме тяги.

Все изложенное позволяет сделать заключение о том, что использование рекуперативного торможения обеспечивает повышение энергетической эффективности электрической тяги поездов и снижение затрат на электроэнергию.

№ 1(25) ЛЛ л I11Г1 Г( Till Транссиба 63

=2016 ■

Для определения структуры использования энергии рекуперации проведены эксперименты по проследованию одиночных поездов по межподстанционным зонам с горным профилем пути, когда поезда на спуске движутся в режиме рекуперативного торможения, что позволило оценить потокораспределение энергии рекуперации по следующим составляющим:

- потери электроэнергии в контактной сети и оборудовании тяговых подстанций [5, 6];

- использование энергии рекуперации нетяговыми потребителями;

- возврат энергии рекуперации в систему внешнего электроснабжения.

На полигоне постоянного тока эксперимент был проведен на участке Теплая Гора - Европейская - Азиатская Свердловской железной дороги [7].

Питание тяговой сети в межподстанционных зонах Теплая Гора - Европейская и Европейская - Азиатская (рисунок 1) было организовано от тяговой подстанции Европейская по консольной схеме, что позволило исключить подпитку тяговой сети от смежных тяговых подстанций. Расход электроэнергии на тяговой подстанции Европейская контролировался по счетчикам, установленным на стороне низкого напряжения понизительного трансформатора и на вводе выпрямительно-инверторного преобразователя (ВИПа).

Профиль пути участка Теплая Гора - Европейская - Азиатская характеризуется наличием затяжных спусков длиной 12 км с перепадом высоты 100 м и длиной 6 км с перепадом высоты 40 м.

Ввод 6 кВ ТП Европейская

| 1782,2 кВтч Т 309,0 кВт ч

213,4 кВтч

ЛПЭ, ТСН

37,4 %

Потери

8,4 %

1391,0 кВт ч I 522,4 кВт ч Т

ЛПЭ ТСН

ТП Теплая Гора

Преобразовательный трансформатор

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

54,2 %

Возврат в систему внешнего электроснабжения

ТП Азиатская

ВИП

+3,3 кВ

1300,0 кВт 570,0 кВтч

г

Рисунок 1 - Схема потокораспределения и баланс энергии рекуперации на тяговой подстанции Европейская за время эксперимента

В эксперименте использовался трехсекционный электровоз ВЛ11 № 397Б-398АБ с грузовым поездом № 2104 массой 2786 т. В процессе эксперимента на локомотиве фиксировались показания счетчиков моторного режима и рекуперации во время поездки. Объем возврата электроэнергии при рекуперативном торможении по счетчикам электровоза на участке Теплая Гора - Европейская - Азиатская приведен в таблице 3. Схема потокораспределения энергии на тяговой подстанции Европейская приведена на рисунке 1.

64 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 1 (25) ОП4 С

■ I = 2иПО

Таблица 3 - Объем возврата электроэнергии при рекуперативном торможении на участке Теплая Гора -Европейская - Азиатская

Участок Возврат энергии при рекупе )ативном торможении, кВт-ч

секция 397Б секция 398А секция 398Б всего

Теплая Гора - Европейская 80 70 100 250

Европейская - Азиатская 100 90 130 320

Всего 180 160 230 570

Анализ результатов эксперимента позволил сделать следующие выводы:

1) объем энергии рекуперации в результате поездки на участке Теплая Гора - Европейская - Азиатская электровозом 1,5ВЛ11 с поездом массой 2786 т составил 570 кВт ч, или 41 % от объема электроэнергии, отпущенной на тягу поездов тяговой подстанцией Европейская;

2) потери электрической энергии в тяговой сети, включающие в себя потери в контактной сети, потери в преобразовательном трансформаторе и выпрямительно-инверторном преобразователе, составили при движении электровоза в режиме тяги 6,5 %, в режиме рекуперативного торможения 8,4 %. Приведенное значение потерь электрической энергии обусловлено применением в ходе эксперимента консольной схемы питания тяговой сети. В нормальных условиях применяется схема двухстороннего питания, что приводит к снижению потерь в три раза. Увеличение потерь электрической энергии в режиме рекуперативного торможения обусловлено увеличением доли потерь холостого хода в преобразовательном трансформаторе;

3) по результатам эксперимента определены составляющие структуры использования энергии рекуперации:

потери электроэнергии в контактной сети, преобразовательном трансформаторе и вы-прямительно-инверторном преобразователе при передаче энергии рекуперации от электровоза к тяговой подстанции - 8,4 %;

потребление энергии на собственные нужды тяговой подстанции и нетяговыми железнодорожными и сторонними потребителями, получающими питание от нее, - 37,4 %;

возврат электрической энергии в систему внешнего электроснабжения - 54,2 % от выработанной энергии рекуперации;

4) проведенный эксперимент подтвердил высокую эффективность рекуперативного торможения на однопутном участке с использованием ВИПов на тяговых подстанциях. Энергоэффективность рекуперативного торможения на таких участках определяется наличием и исправностью систем рекуперации на ЭПС и ВИПах на тяговых подстанциях. А при незначительных размерах движения на однопутных участках постоянного тока наличие ВИПов на тяговых подстанциях является единственным способом эффективной реализации потенциала рекуперативного торможения.

На полигоне переменного тока натурный эксперимент был выполнен на участке Бис-камжа - Чарыш Красноярской железной дороги. Для эксперимента был использован электровоз ВЛ85. Питание тяговой сети в межподстанционной зоне Югачи - Бискамжа было организовано от тяговой подстанции Бискамжа по схеме длинной консоли, что позволило исключить подпитку тяговой сети от тяговой подстанции Югачи. В межподстанционной зоне Бискамжа - Чарыш было сохранено двухстороннее питание тяговой сети.

Результаты потокораспределения электроэнергии рекуперации и небаланс электрической энергии на шинах 27,5 кВ тяговой подстанции Бискамжа по результатам эксперимента на участке Бискамжа - Чарыш представлены в таблице 4.

Рекуперация по счетчикам ЭПС на участке Бискамжа - Чарыш составила 560 кВт-ч. Возвращенная электроэнергия по счетчикам на ФКС составила 495 кВт-ч. Технологические потери в контактной сети - 11,6 %. По вводам 27,5 кВ возврат составил 55 кВтч.

Схема потокораспределения энергии на тяговой подстанции Бискамжа представлена на рисунке 2.

№-1(2в5) ИЗВЕСТИЯ Транссиба 65

Небаланс по шинам 27,5 кВ ТП Бискамжа определяется следующим образом, кВтч: принято 7315, в том числе 6710 - по вводу 27,5 кВ; 495 - возврат по ФКС-1,2 МПЗ-1; 110 -возврат по ФКС-4 МПЗ-2;

распределено 7268,84, в том числе 5445 - прием по ФКС-4 МПЗ-2; 55 - прием по ФКС-1,2 МПЗ-1; 1683 - потреблено ДПР; 11,64 - потреблено ТСН, 19,2 - потреблено ГРШ; 55 -возврат по вводу 27,5 кВ.

Таблица 4 - Небаланс электрической энергии на шинах 27,5 кВ тяговой подстанции Бискамжа при распределении энергии рекуперации

Югачи - Бискамжа Бискамжа - Ча-рыш Ввод 27,5 кВ тяговой подстанции Бискамжа Потреблено ДПР, ТСН, ГРЩ, кВтч Небаланс электроэнергии на шинах 27,5 кВ, кВтч (%)

электровоз ФКС № 1, 2 потери электроэнергии в тяговой сети ФКС-4

тяга, кВтч рек., кВтч прием, кВтч возврат, кВтч тяга, кВтч (%) рек., кВтч (%) прием, кВтч возврат, кВтч прием, кВтч возврат, кВтч

52 560 55 495 3,0 (5,5) 65 (11,6) 5445 110 6710 55 1713,84 (550) 46,16 (0,6)

Ввод27,5 кВ ТП Бискамжа

Рисунок 2 - Схема потокораспределения энергии на ТП Бискамжа

Небаланс электроэнергии по шинам 27,5 кВ тяговой подстанции Бискамжа составил, кВтч,

7315 - 7268,84 = 46,16.

Таким образом, энергия рекуперации электровоза, поступившая на шины 27,5 кВ ТП Бискамжа была в основном потреблена ДПР, ТСН, ГРШ и только незначительная ее часть (55 кВт-ч) была возвращена по вводу 27,5 кВ в питающую энергосистему.

При проведении оценки эффективности использования энергии рекуперации следует учитывать, что в данном случае объект исследования является комплексным и включает в

66 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 1(25) ОП4 С

■ 1 = 2U10

себя систему тягового электроснабжения, электроподвижной состав, а также режимы их работы и взаимодействия [4]. Степень их влияния на эффективность использования энергии рекуперации может быть определена на основании серии натурных экспериментов на полигонах постоянного и переменного тока сети железных дорог.

Однако проведение большого числа натурных экспериментов является очень трудоемким, длительным и дорогостоящим мероприятием. Кроме того, натурные эксперименты не позволяют выделить и оценить степень влияния какого-либо отдельного параметра или характеристики объекта исследования, так как на практике невозможно не только зафиксировать все, кроме исследуемого, параметры и характеристики, но даже и повторить эксперимент при одних и тех же условиях.

Поэтому наиболее эффективным способом исследования при невозможности проведения многократных измерительных экспериментов в настоящее время является имитационное моделирование, которое характеризуется высокой степенью детализации, возможностью исследования динамики развития процессов, высокой степенью достоверности получаемых результатов.

Технической базой для проведения имитационного моделирования является программный комплекс «КОРТЭС» (ВНИИЖТ), применение которого для анализа режимов работы системы тягового электроснабжения утверждено техническим указанием Департамента электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» №К-108/04 от 24.02.2004.

Имитационное моделирование включает в себя тяговый и электрический расчеты, представляющие собой цикл, который включает в себя предварительный расчет с целью получения предварительных показателей системы тягового электроснабжения и окончательный расчет по итогам корректировки показателей, полученных в результате предварительного моделирования.

Сравнение результатов проведенного на участке Тайга - Мариинск натурного эксперимента с результатами имитационного моделирования данного участка приведено в таблице 5.

Таблица 5 - Расчетные и фактические показатели работы участка Тайга - Мариинск за период эксперимента с применением рекуперативного торможения

Показатель Расчетное Фактическое Погрешность ре-

значение значение зультатов расчета, %

Расход электрической энергии по счетчикам 1 342 584 1 402 909 -4,3

электроподвижного состава, кВтч

Расход электрической энергии по счетчикам 1 654 096 1 698 445 -2,6

тяговых подстанций, кВтч

Работа, выполненная на участке, 104 ткм брутто 15 187 15 050 +0,9

Удельный расход электрической энергии

по счетчикам электроподвижного состава, 88,5 93,2 -5,0

кВтч/104 ткм брутто

Удельный расход электрической энергии по

счетчикам тяговых подстанций, кВтч/104 ткм 109,2 112,8 -3,4

брутто

Удельная рекуперация электрической энергии, кВтч/104 ткм брутто 12,9 12,7 +1,6

Анализ представленных в таблице 5 погрешностей результатов моделирования позволяет утверждать, что использование имитационной модели для определения влияния различных факторов на эффективность использования энергии рекуперации допустимо.

Разработка методики оценки эффективности использования энергии рекуперации рекуперативного торможения и использования энергии рекуперации на произвольном участке железной дороги подразумевает выполнение следующих работ:

№ 1(25) ЛЛ л I11Г1 Г( Till Транссиба 67

=2016 ■

1) анализ влияния каждого из факторов на эффективность рекуперации при неизменных остальных факторах;

2) разработка таблицы коэффициентов влияния каждого из факторов на эффективность рекуперации;

3) разработка алгоритма оценки эффективности применения рекуперативного торможения на произвольном участке железной дороги;

4) разработка алгоритма оценки эффективности использования энергии рекуперации на произвольном участке железной дороги.

Оценка эффективности применения рекуперативного торможения на выбранном участке выполняется в следующей последовательности.

1. Определяются основные параметры выбранного участка: род тока, протяженность, расчетный подъем, протяженность и крутизна наибольших уклонов и подъемов, ограничения скоростей и др.

2. Определяется принадлежность участка по сложности профиля к одному из типовых профилей пути [8].

3. Определяются погодные условия на выбранном участке за выбранный для анализа отчетный период: средняя температура воздуха, скорость и направление ветра, осадки, гололедные явления и др.

4. Определяются серии ЭПС, эксплуатируемые на участке.

5. Определяется доля ЭПС с исправными системами рекуперации и доля пассажирских электровозов, эксплуатируемых на участке.

6. Определяются показатели исполненного графика движения поездов: количество пар поездов (по видам движения), наличие пакетного или пачечного графика (интервалы между пакетами и внутри пакетов), межпоездные интервалы.

7. Определяется масса составов поездов, курсирующих на участке.

8. Определяются нагрузки на ось составов поездов, курсирующих на участке.

9. Определяются технические и участковые скорости по видам движения и сериям ЭПС на участке.

10. Определяются коэффициенты влияния всех факторов на эффективность применения рекуперативного торможения на участке по таблице коэффициентов влияния факторов (разрабатывается на этапе анализа влияния каждого из факторов на эффективность рекуперации при неизменных остальных факторах).

11. Рассчитывается диапазон оптимальных значений объемов рекуперации на рассматриваемом участке (кВтч/изм.).

12. Определяется отчетный уровень рекуперации на рассматриваемом участке за анализируемый период (кВтч/изм.).

13. Оценивается степень энергетической эффективности фактического применения рекуперативного торможения на рассматриваемом участке (в процентах от расчетной величины).

Оценка эффективности использования энергии рекуперации на выбранном участке выполняется в следующей последовательности.

1. Определяются параметры и режимы работы системы тягового электроснабжения: напряжение в контактной сети, тип контактной подвески, схема питания тяговой сети, наличие постов секционирования и пунктов параллельного соединения, параметры трансформаторов, выпрямителей, системы внешнего электроснабжения, наличие и параметры инверторов на тяговых подстанциях и др.

2. Определяются наличие и мощность нетяговых потребителей, получающих питание от тяговых подстанций участка.

3. Определяются коэффициенты влияния всех факторов на эффективность использования энергии рекуперации на участке по таблице коэффициентов влияния факторов (разрабатывается на этапе анализа влияния каждого из факторов на эффективность рекуперации при неизменных остальных факторах).

68 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 1 (25) ОП4 С

■ I = 2иПО

4. Оценивается эффективность фактического использования энергии рекуперации по составляющим потребления и потерь энергии рекуперации.

5. Оценивается доля рекуперации в сокращении энергопотребления на тягу поездов по измерительным системам тяговых подстанций.

В данной статье выделены два основных направления оценки эффективности рекуперации и основные составляющие распределения энергии рекуперации, приведена классификация факторов, влияющих на эффективность применения рекуперативного торможения и использования энергии рекуперации. Экспериментальные исследования показали высокую энергетическую эффективность рекуперативного торможения и позволили выполнить анализ основных составляющих баланса энергии рекуперации. Анализ методов оценки эффективности рекуперации показал, что имитационное моделирование перевозочного процесса является оптимальным инструментом для оценки эффективности как применения рекуперативного торможения, так и использования энергии рекуперации. Приведена последовательность работ по выполнению такой оценки с использованием имитационного моделирования. Итогом работ станет заключение об эффективности применения рекуперативного торможения локомотивными бригадами участка, эффективности использования выработанной энергии рекуперации и о степени влияния рекуперативного торможения на сокращение энергопотребления на тягу поездов по измерительным системам тяговых подстанций.

Список литературы

1. Черемисин, В. Т. Концепция единой автоматизированной системы учета электрической энергии на тягу поездов [Текст] / В. Т. Черемисин, С. Ю. Ушаков, А. Л. Каштанов // Транспорт Урала. - Екатеринбург. - 2013. - № 4. - С. 83 - 86.

2. Этапы реализации автоматизированной системы мониторинга энергоэффективности перевозочного процесса [Текст] / В. Т. Черемисин, С. Ю. Ушаков и др. // Железнодорожный транспорт. - 2015. - № 3. - С. 45 - 49.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3. Влияние рекуперативного торможения на систему тягового электроснабжения [Текст] /

B. Т. Черемисин, А. С. Вильгельм и др. // Локомотив. - 2013. - № 8. - С. 5 - 8.

4. Никифоров, М. М. Комплексные научные исследования по повышению эффективности использования электроэнергии на тягу поездов. Общие положения [Текст] / М. М. Никифоров // Повышение энергетической эффективности наземных транспортных систем: Материалы междунар. науч.-практ. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2014. -

C. 82 - 87.

5. Черемисин, В. Т. Оценка технологических потерь в тяговой сети в условиях применения электроподвижным составом рекуперативного торможения [Текст] / В. Т. Черемисин, А. С. Вильгельм, В. Л. Незевак // Вестник Ростовского гос. ун-та путей сообщения. - Ростов-на-Дону, 2014. - № 2 (54). - С. 106 - 111.

6. Никифоров, М.М. Оценка технологических потерь электроэнергии в системе тягового электроснабжения постоянного тока [Текст] / М. М. Никифоров, А. С. Вильгельм, А. В. Язов // Инновационные проекты и новые технологии в образовании, промышленности и на транспорте: Материалы VI науч.-практ. конф., посвященной Дню российской науки / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. - С. 40 - 45.

7. Вильгельм, А. С. Экспериментальные исследования по оценке потенциала повышения энергетической эффективности тяги поездов за счет применения рекуперативного торможения [Текст] / А. С. Вильгельм, А. Н. Ларин // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2011. - № 1 (5). - С. 50 - 56.

8. Никифоров, М. М. Определение индикатора энергоэффективности электровозов постоянного и переменного тока [Текст] / М. М. Никифоров, А. С. Вильгельм // Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте: Материалы науч. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2015. - С. 147 - 154.

№ 1(25) ЛЛ Л I11Г1 Г( Till Транссиба 69

=2016 ■

Информационные технологии, автоматика, связь, телекоммуникации

References

1. Cheremisin V. T., Ushakov S. Yu., Kashtanov A. L. The concept of a unified automated electric power accounting system for traction [Kontseptsiya edinoy avtomatizirovannoy sistemy ucheta electricheskoy energii na tyagu poezdov]. Transport Urala - Transport of the Urals, 2013, no. 4, pp. 83 - 86.

2. Cheremisin V. T., Ushakov S. Yu., Pashkov D. V., Nikiforov M. M. Stages of the automated monitoring system energy efficiency implementation of transportation process [Etapy realizatsii avtomatizirovannoy sistemy monitoring energoeffektivnosti perevozochnogo protsessa]. Zheleznodorozhnyi transport - Railway transport, 2015, no. 3, pp. 45 - 49.

3. Cheremisin V. T., Vilgelm A. S., Nezevak V. L., Kvaschuk V. A. Influence of regenerative braking on the traction power supply system [Vliyanie rekuperativnogo tormozheniya na sistemu tyagovogo elektrosnabzheniya]. Lokomotiv - Locomotiv, 2013, no. 8, pp. 5 - 8.

4. Nikiforov M. M. Complex research on more efficient use of electricity for traction. General provisions [Kompleksnye nauchnye issledovaniya po povysheniyu effektivnosti ispol'zovaniya electroenergii na tyagu poezdov. Obschie polozheniya]. Materialy mejdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferencii «Povyshenie energeticheskoi effektivnosti nazemnyh transportnyh sistem» (Proceedings of the international scientific-practical conference «Improving the energy efficiency of terrestrial transportation systems»). - Omsk, 2014, pp. 82 - 87.

5. Cheremisin V. T., Vilgelm A. S., Nezevak V. L. Evaluation of technological losses in traction network in the conditions of electric rolling regenerative braking use [Ocenka tehnologicheskih poter' v tyagovoi seti v usloviyah primeneniya elektropodvijnym sostavom rekuperativnogo tormo-jeniya]. Vestnik Rostovskogo gosudarstvennogo universiteta putei soobshcheniia - Bulletin of the Rostov State Transport University, 2014, no. 2 (54), pp. 106 - 111.

6. Nikiforov M. M., Vilgelm A. S., Yazov A. V. Evaluation of technological losses of electricity in the system of traction power supply DC [Ocenka tehnologicheskih poter' elektroenergii v sisteme tyagovogo elektrosnabjeniya postoyannogo toka]. Materialy VI nauchno-prakticheskoi konferencii, posvyaschennoi Dnyu Rossiiskoi nauki «Innovacionnye proekty i novye tehnologii v obra-zovanii, promyshlennosti i na transporte» (Materials VI scientific-practical conference dedicated to the Day of Russian Science «Innovation projects and new technologies in education, industry and transport»). - Omsk, 2012, pp. 40 - 45.

7. Vilgelm A. S., Larin A. N. Experimental studies to assess the potential for improving the energy efficiency of train traction through the use of regenerative braking [Eksperimental'nye issledovaniya po ocenke potenciala povysheniya energeticheskoi effektivnosti tyagi poezdov za schet primeneniya rekuperativnogo tormojeniya]. Izvestiia Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies, 2011, no. 1 (5), pp. 50 - 56.

8. Nikiforov M. M., Vilgelm A. S. Determination of energy efficiency indicators of electric AC and DC [Opredelenie indikatora energoeffektivnosti elektrovozov postoyannogo i peremennogo toka]. Materialy nauchnoi konferencii «Innovacionnyeproekty i tehnologii v obrazovanii, promyshlennosti i na transporte» (Proceedings of the conference «Innovation projects and technologies in education, industry and transport»). - Omsk, 2015, pp. 147 - 154.

УДК 004.93'12

Е. А. Альтман, Н. Г. Ананьева, Н. А. Тихонова

ПРИМЕНЕНИЕ АЛГОРИТМОВ КОМПЬЮТЕРНОГО ЗРЕНИЯ ДЛЯ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ПЕРЕЕЗДЕ

В работе рассматриваются основные алгоритмы компьютерного зрения, позволяющие обнаружить появление произвольного объекта на железнодорожном переезде. Приводятся результаты моделирования алго-

70 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 1 (25) ОП4 С

■ i = 2U10

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.