Расчет расхода электрической энергии в зонах учета электрической тяги постоянного тока с использованием новых технических средств Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.316.12

А. А. Хряков

РАСЧЕТ РАСХОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЗОНАХ УЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

В статье рассматриваются методы расчета расхода электрической энергии постоянного тока в зонах учета по приборам, установленным на фидерах контактной сети тяговых подстанций и электроподвижном составе. Предлагается метод расчета расхода электрической энергии электроподвижным составом с использованием навигационной системы и базы данных о грангщах участков работы локомотивных бригад.

Существующие в настоящее время методы расчета расхода электрической энергии на тягу поездов в границах участков работы локомотивных бригад либо в недостаточной степени точно отражают действительное перераспределение электрической энергии между соседними железными дорогами в условиях взаимозаездов и, как следствие, изначально содержат погрешность, либо требуют значительного объема исходных данных и большого количества расчетов, что делает их чрезвычайно трудоемкими и практически неприменимыми в реальных условиях железных дорог.

Методика ОмГУПСа [1, 2], утвержденная ОАО «РЖД» в качестве основной для выполнения расчета расхода и небаланса на тягу поездов в границах участков железных дорог, ввиду своей сложности не была внедрена на железных дорогах. Железные дороги используют другие методики, часто - свои собственные, которые не отвечают требованиям достоверности расчета, причем в большинстве случаев расчеты не согласуются с соседними железными дорогами. Отсутствие единого метода расчета расхода и небаланса на тягу поездов в границах железных дорог с учетом взаимозаездов, который был бы практически применим в реальных условиях, приводит к систематическому искажению статистической отчетности дорожных топливно-энергетических центров железных дорог в области расхода и небаланса электрической энергии на тягу поездов.

Для решения проблемы определения расхода электрической энергии по зонам учета необходима разработка новых технических средств измерения электрической энергии, прежде всего для электроподвижного состава (ЭПС) [3]. Вместе с этим необходима разработка новых методов расчета расхода электрической энергии, выполняемых непосредственно вновь разработанными средствами учета. Новые средства учета на ЭПС и фидерах контактной сети тяговых подстанций (ФКС ТП) постоянного тока должны обеспечивать автоматизированную информационно-измерительную систему учета электроэнергии (АИИС УЭ) полной информацией, позволяющей упростить расчеты расхода электрической энергии, а также обеспечить высокую точность учета [4].

Современные технические средства учета постоянного тока на тягу поездов, использующие навигационную систему для определения зон учета, кроме высоких показателей точности измерения требуют также и дополнительной обработки данных, что позволит значительно упростить методики расчета потребления электрической энергии по зонам учета, определения значения небаланса на тягу поездов в границах зон небаланса и тарифных зон.

Использование данных о потребленной электрической энергии раздельно для каждой зоны учета позволит упростить расчеты, а реализация данной функции средствами учета не представляет технической сложности.

На рисунке 1 приведена блок-схема алгоритма вычисления потребленной электрической энергии с помощью технических средств учета.

Подвижной состав железных дорог

Начало

I

\л/ = 0, = О

Обнуление данных по энергии \Л/

Определение начальной

ЗОНЫ 1

\Л/ = 0

(текущие значения

энергии по периоду и

по зонам учета)

/ Ввод х

(приращение энергии)/

\л/ = \л/ + х \лЛ = \лЛ + х (текущее приращение энергии )

\Л/ф] = \Л/Щ + (приращение энергии за учетный период )

1

wt= О

Нет

\Л/р] = W[i] + \л/ (приращение энергии для зоны ¡)

I

Выбор новой зоны \ (в соответствии с таблично заданными географическими данными) I

\л/[п = V (приращение зон + V/ энергии для ы ¡)

Расчет суммарной потребленной (рекуперированной) энергии по всем зонам учета

Конец

Рисунок 1 - Блок-схема процесса определения потребленной электрической энергии по зонам учета

Для обеспечения учета энергии в прямом (потребление) и обратном (рекуперация) направлениях к данному алгоритму (см. рисунок 1) должны быть добавлены параметры, учитывающие эти режимы.

60 ИЗВЕСТИЯ Трансе нет ЩИ

Основными исходными данными для расчета параметров являются следующие: м> - текущее значение приращения энергии по зонам учета; Ы - текущее значение приращения энергии через учетные интервалы времени; / - порядковый номер зоны учета, определяемый по данным системы ОЬСЖАЗЗЛЗРЗ.

Выходные данные алгоритма: Ж - массив для хранения значений потребленной энергии раздельно по зонам учета через установленные учетные интервалы времени; И7? - массив для хранения общей потребленной энергии через установленные учетные интервалы времени.

Представленный алгоритм (см. рисунок 1) позволяет проводить расчет потребленной энергии для учетных интервалов времени в зонах учета. На блок-схеме, приведенной на рисунке 1, не показан процесс регистрации времени происходящих событий: окончания учетного интервала и пересечения тарифной зоны. Все события регистрируются и сохраняются в энергонезависимой памяти средства учета с метками времени для более детального исследования процесса учета электрической энергии в случае необходимости проведения дополнительных расчетов.

Исходными данными для расчета являются показания технических средств учета постоянного тока, установленных на ФКС ТП и ЭПС. Средства учета для ЭПС оборудованы навигационной системой СЬСЖАЗБ/ОРБ и имеют базу данных по границам зон учета.

При движении ЭПС через зоны учета технические средства учета системы АЛИС ЭУ формируют базу данных по потреблению электрической энергии по каждой зоне в отдельности, что не составляет больших затрат при современном уровне развития электронной техники. Кроме этого формируются данные об общем потреблении ЭПС электрической энергии с момента ввода средства учета в эксплуатацию как раздельно для режима потребления и рекуперации, так и об общем значении потребления электрической энергии с учетом рекуперации. Например, на рисунке 2 показана работа системы учета ЭПС при прохождении трех зон

учета. Значения ^Эпс > ^эпс > ^эпс представляют собой накопленные данные об электрической энергии, потребленной ЭПС, в базе данных для различных зон учета, причем при повторном прохождении этих зон учета производится дальнейшее приращение полученных величин. Таким образом, осуществляется учет потребленной ЭПС, электроэнергии индивидуально для каждой зоны учета, географические границы которой определены в базе данных технического средства учета.

Направление движения ЭПС

Границы зон учета

Рисунок 2 - Движение ЭПС по трем зонам учета

Благодаря описанному подходу определение расхода электрической энергии с учетом взаимозаездов локомотивных бригад и в различных тарифных зонах сводится к выбору данных о потребленной ЭПС электрической энергии для соответствующих зон учета.

Электрическая энергия, потребленная ЭПС железной дороги А с учетом взаимозаездов на железную дорогу В, определяется по выражениям:

Ж,

ЭПС;

ЕГ

у=1

= У Ж

ЭПС- ^ г

ЭПС,- '

]

ЭПС: '

(1) (2)

7 = 1

где и ЖЭВПС/ - электрическая энергия, потребленная ЭПС на железных дорогах А и В

соответственно; ^Эпсг- ~~ отчетное значение расхода электроэнергии на тягу поездов /-го

ЭПС (без учета принадлежности зоны к различным железным дорогам) в границах /-й зоны учета, значение, измеряемое техническими средствами учета ЭПС по зонам учета; а и Ь - зоны учета железных дорог а и Ь.

Приращение потребления электрической энергии ЭПС в тарифной зоне определяется по формуле:

= У ж-1'

ТЗ ^ ЭПС: '

(3)

7=1

где к - зоны учета, входящие в тарифную зону.

Приращение потребления электрической энергии ЭПС за учетный период в границах участка работы локомотивных бригад

к т

Ш™ =11IV,1

ЭПС:

>=11=1

(4)

где т - количество локомотивных бригад в границах участка; к - зоны учета, входящие в состав участка работы локомотивных бригад.

Используя данные технических средств учета постоянного тока, установленных на ФКС ТП и информацию средств учета ЭПС, определяют абсолютное значение потерь электрической энергии в зоне учета по соотношению:

ТП

У

^ ЭПС; '

г=1

(5)

;=1

где ЖТП - значение отданной в контактную сеть электрической энергии по счетчикам ФКС

¿-й тяговой подстанции, входящей в составу-й зоны учета; 1 - количество ТП ву-й зоне учета. При этом общие потери в контактной сети для к зон учета:

Ш = I

]=1

2Жп. -2Ж

ЭПС;

Г = 1

У =1

(6)

Для определения величины потерь электрической энергии в межподстанционной зоне необходимо использование дополнительно программируемых координат начала и конца выбранной зоны:

АЖМПЗ -(¡V

гг эпс1 \гг1

ФКС ТПд. +^ФКСТП/,

-IV,

ЭПС,-

ИЗВЕСТИЯ Транссиба

ш ФКС тп/с ш ФКС тп^ где Уу х и уУ2 - показания приборов учета на ФКС ТП межподстанционной

зоны; Ж - показания прибора учета ЭПС для межподстанционной зоны к.

Точность расчета потерь электрической энергии в межподстанционной зоне может значительно зависеть от погрешности определения координат границ зон учета навигационной системой и скорости прохождения ЭПС этих границ. Повысить точность определения потерь электрической энергии в межподстанционной зоне позволит накопление статистических данных за несколько пересечений ЭПС выбранной зоны с последующей обработкой результатов одним из методов статистического анализа.

Для выполнения приведенных выше расчетов прибор учета должен иметь модифицируемую базу данных координат для навигационной системы по зонам учета, а также набор программируемых пар координат для проведения измерения величины расхода электрической энергии ЭПС на предварительно заданной дистанции с учетом направления движения, например, между двумя конкретно выбранными ТП, для оценки эффективности работы системы тягового электроснабжения в межподстанционной зоне.

Таким образом, методика расчета потребления электрической энергии при работе локомотивных бригад в различных зонах учета значительно упростилась, что стало возможным благодаря использованию на ЭПС навигационной системы в составе технических средств учета и введению раздельного учета потребления электрической энергии для различных учетных зон.

Информация о принадлежности ЭПС к различным железным дорогам необходима только при конечном расчете за потребленную электрическую энергию. Наличие систем учета электрической энергии на ФКС ТП влияет только на точность определения потерь и количества переданной ЭПС электрической энергии, что позволяет начинать эксплуатацию системы вне зависимости от степени готовности средств учета на ФКС ТП.

Список литературы

1. Методика расчета расхода электроэнергии на тягу поездов в границах железных дорог и участков работы локомотивных бригад (с учетом взаимозаездов на соседние железные дороги): Инструктивно-методические указания [Текст] / Под ред. В. Т. Черемисина / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2005. - 69 с.

2. Черемисин, В. Т. Методика расчета удельного расхода и «небаланса» электрической энергии на тягу поездов в границах участков железной дороги [Текст] / В. Т. Черемисин, А. Г. Зверев // Труды всерос. науч.-практ. конф. «Актуальные проблемы Транссиба на рубеже веков» / Дальневосточный гос. ун-т путей сообщения. - Хабаровск, 2000. - Т. 2. -С.107- 114.

3. Фирсанов, К. А. Счетчики постоянного тока для систем учета электрической энергии на тягу поездов на основе процессоров цифровой обработки сигналов [Текст] / К. А. Фирсанов, А. А. Хряков // Материалы науч.-техн. конф. Сибирская автомобильно-дорожная академия. - Омск, 2008,-Кн. 2.-С. 190- 196.

4. Хряков, А. А. Концепция построения коммерческих систем учета электрической энергии на электроподвижном составе [Текст] / А. А. Хряков // Электромеханические преобразователи энергии: Материалы междунар. науч.-техн. конф. / Томский гос. техн. ун-т. - Томск, 2009. - С. 323 - 326.