WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
На правах рукописи

ЕРОШЕНКО Александра Викторовна

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ОТДЕЛЬНО ВЗЯТЫМИ ПОЕЗДАМИ НА УЧАСТКЕ МАГИСТРАЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Специальность 05.22.07 – «Подвижной состав железных дорог,

тяга поездов и электрификация»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

ОМСК 2008

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» (ГОУ ВПО «ОмГУПС (ОмИИТ)»).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

АВИЛОВ Валерий Дмитриевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

МАСЛОВ Геннадий Петрович;

кандидат технических наук, доцент

ОЩЕПКОВ Владимир Александрович.

Ведущая организация:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Иркутский государственный университет путей сообщения».

Защита диссертации состоится __ _______ 2008 г. в __ часов __ минут на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» по адресу: 644046, г. Омск,
пр. Маркса, 35, ауд. ___.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан ___ ________ 2008 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 218.007.01.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор О.А. Сидоров.

___________________________

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2008

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В настоящее время ОАО «РЖД» является одним из крупнейших потребителей энергоресурсов в России, ежегодное потребление энергии составляет около 6 % от производимой в стране (свыше 40 млрд кВт·ч электроэнергии, 3 млн т дизельного топлива и т. д.). В соответствии с «Энергетической стратегией России на период до 2020 года», утвержденной Правительством Российской Федерации (распоряжение № 1234-Р от 28.08.2003), Федеральной целевой программой «Эффективная экономика» на 2002 – 2005 гг. и на перспективу до 2010 г. по основным направлениям снижения расхода топливно-энергетических ресурсов снижение энергозатрат на тягу поездов является одним из важных вопросов.

Задача снижения энергозатрат на тягу поездов сводится к выбору оптимального по энергозатратам режима движения поезда в каждый конкретный момент времени с учетом действующих факторов окружающей среды, состояния локомотива, состава; к определению научно обоснованных графиков движения поездов, обеспечивающих минимум выполняемой работы на перемещение поезда; к повышению энергетической эффективности подвижного состава любого вида тяги; к совершенствованию методов измерения, учета и анализа энергопотребления на тягу в каждой конкретной поездке и др.

Научные исследования последних лет, выполненные учеными и специалистами Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта, Московского энергетического института, Московского, Санкт-Петербургского, Ростовского, Уральского, Омского, Дальневосточного государственных университетов путей сообщения и ряда других организаций, показывают, что задача снижения расхода топлива и электроэнергии на тягу еще не решена окончательно из-за своей сложности и многогранности.

Решение проблемы энергосбережения может быть обеспечено комплексными мероприятиями, включающими в себя широкий круг вопросов. Значительный вклад в решение данной проблемы внесли ученые В. Д. Авилов, М. П. Бадер, А. Л. Быкадоров, Л. А. Баранов, А. Т. Бурков, И. И. Галиев, Б. Е. Дынькин, Е. В. Ерофеев, В. М. Максимов, Р. Р. Мамошин, Г. Г. Марквардт, К. Г. Марквардт, Г. П. Маслов, Р. Я. Медлин, В. А. Нехаев, Э. В. Тер-Оганов, В. Т. Черемисин и др.

В соответствии с «Программой энергетической стратегии железно-дорожного транспорта на период до 2010 года и на перспективу до 2020 года» приоритетными направлениями деятельности являются снижение расхода топливно-энергетических ресурсов и уменьшение энергозатрат на тягу поездов.

Целью диссертационной работы является разработка системы оперативного контроля удельного расхода электрической энергии отдельно взятыми поездами в реальном времени на участке магистральной железной дороги постоянного тока по токам фидеров и напряжений на шинах тяговых подстанций.

Для достижения указанной цели в работе поставлены следующие задачи:

осуществить обзор различных схем питания контактной сети межподстанционной зоны с точки зрения возможных вариантов расположения поездов, приводящих к изменению потребления электроэнергии локомотивом;

составить системы уравнений, необходимые для определения местоположения локомотива на участке межподстанционной зоны;

разработать методику компьютерного анализа токов фидеров тяговых подстанций;

получить аналитическое решение дифференциального уравнения движения поезда за счет соответствующего способа аппроксимации характеристик тяговых двигателей постоянного тока последовательного возбуждения;

выполнить моделирование распределения по фидерам тяговых подстанций токов поездов, движущихся по межподстанционной зоне;

разработать систему контроля потребления электрической энергии поездами на тяговых подстанциях участка магистральной железной дороги в реальном времени.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с применением методов математического анализа, законов теоретической электротехники и электромеханики. Обработка результатов экспериментов выполнена в математических средах MS Excel, MathCAD, а также с помощью специально разработанных программ в среде визуальной разработки приложений Borland C++ Builder с использованием персонального компьютера типа IBM PC.

Научная новизна работы заключается в следующем:

разработана методика компьютерного анализа токов фидеров тяговых подстанций в режиме реального времени, позволяющая определять потребление электрической энергии отдельными поездами на тяговых подстанциях участка магистральной железной дороги;

предложено аппроксимировать тяговые и токовые характеристики тяговых двигателей постоянного тока последовательного возбуждения при помощи гиперболической функции, что обеспечивает достаточную точность аппроксимации для практических расчетов;

получено решение дифференциального уравнения движения поезда, основанное на использовании предложенного аппроксимирующего выражения тяговых характеристик локомотивов;

разработана методика определения удельного сопротивления движению поезда на основании результатов компьютерного анализа данных мониторинга токов фидеров и напряжений на шинах тяговых подстанций.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы подтверждается проведенными исследованиями и результатами моделирования режимов функционирования системы тягового электроснабжения постоянного тока с применением разработанной методики анализа энергозатрат на тягу поездов по токам фидеров и напряжениям на шинах тяговых подстанций. Максимальная погрешность расчетов при моделировании не превышает 3 %.

Практическая ценность диссертации заключается в следующем:

разработанная методика компьютерного анализа токов фидеров тяговых подстанций позволяет определить величину потребляемого поездом тока и получить его аналитическую зависимость от пройденного пути или времени, независимо от количества поездов, находящихся на рассматриваемом участке пути;

предложена автоматизированная система контроля потребления электрической энергии поездами на тяговых подстанциях участка магистральной железной дороги, дополняющая существующие системы оперативного контроля и учета электрической энергии и позволяющая косвенным образом определять энергозатраты на тягу отдельно взятого поезда по токам фидеров и напряжениям на шинах тяговых подстанций в режиме реального времени;

при соответствующем наборе статистики предложенная система контроля позволит выявлять нерациональный расход электрической энергии отдельно взятыми поездами, что косвенно отражает техническое состояние подвижного состава, квалификацию локомотивной бригады и уровень организации движения.

Апробация работы. Основные положения, результаты и выводы диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной молодежной научной конференции «Туполевские чтения» (Казань, 2004), V научно-практической конференции «Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике» (Новочеркасск, 2005), научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии в структурных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги» (Омск, 2005), научно-технических семинарах кафедры «Электрические машины и общая электротехника» ОмГУПСа (Омск, 2004 – 2008).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано девять научных работ, в том числе две статьи из списка изданий, определенных ВАК Минобрнауки России, и один патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, библиографического списка. Основной текст работы изложен на 130 листах машинописного текста, содержит четыре таблицы, 64 рисунка, библиографический список из 108 источников приведен на 14 страницах. Общий объем работы составляет 144 страницы машинописного текста.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, определены научная новизна и практическая ценность результатов работы.

Первый раздел посвящен анализу различных схем питания контактной сети межподстанционной зоны.

Рассмотрены схемы замещения межподстанционной зоны при раздельном питании контактной сети двухпутного участка, узловой и параллельной схеме соединения, составлены системы уравнений, необходимые для определения местоположения поезда.

При движении по межподстанционной зоне одного поезда полученные системы уравнений позволяют определить его местоположение и величину потребляемого поездом тока по известным значениям напряжения и тока тяговых подстанций и данным плана и профиля пути. В случае, если по перегону следует два поезда или более, для определения потребляемого ими тока и местоположения каждого из них информации в составленных системах уравнений недостаточно. Дополнительную информацию о местоположении поезда возможно получать путем мониторинга токов фидеров и напряжений на шинах тяговых подстанций, питающих контактную сеть рассматриваемого участка.

Во втором разделе рассмотрены возможные закономерности, наблюдающиеся при движении поезда по участку межподстанционной зоны, предложена методика анализа потребления электрической энергии поездом по результатам мониторинга токов фидеров и напряжений на шинах тяговых подстанций участка межподстанционной зоны.

Для определения токов двух поездов и более, находящихся на межподстанционной зоне, необходимо иметь дополнительную информацию о координатах каждого поезда, получить которую можно при помощи следующего метода.

Рассмотрим схему раздельного питания контактной сети межподстанционной зоны (рис. 1). При одинаковом напряжении на шинах соседних тяговых подстанций потребляемый поездом ток Ii распределяется по фидерам соседних подстанций обратно пропорционально расстоянию до них от поезда. Так, i-й поезд будет получать от подстанции А и Б составляющие тока, определяемые по формулам:

;

(1)

.

(2)

где lAi, lБi, lАБ – расстояния от i-го поезда до подстанций А и Б и между ними.

В соответствии с формулами (1), (2) между подстанциями будет распределяться и любой скачок тока i-го поезда, например, при включении, либо отключении компрессоров электровоза скачок тока будет составлять примерно 20 – 30 А. Доли этого скачка, приходящиеся на каждую подстанцию, легко зафиксировать.

Рис. 1. Схема расположения поездов между тяговыми подстанциями А и Б

Мониторинг значений токов фидеров подстанций позволит также регистрировать любое изменение позиции контроллера машиниста, так как при этом тоже будет наблюдаться соответствующий скачок тока, который распределится между подстанциями в соответствии с указанными зависимостями.

Алгоритм анализа токов фидеров, питающих контролируемую межподстанционную зону, показан на рис. 2. Пересчет параметров движения поездов, находящихся на межподстанционной зоне, должен происходить при наступлении следующих событий:

  • поезд проследовал станцию и въехал на межподстанционную зону
    (событие I);
  • зафиксировано включение компрессоров на электровозе j-го поезда
    (событие II);
  • зафиксировано изменение позиции контроллера машиниста на электровозе j-го поезда (событие III);
  • поезд выехал с контролируемой межподстанционной зоны (событие IV);
  • другая причина (событие V).

В начале каждого пересчета параметров движения поездов, находящихся на межподстанционной зоне, фиксируется время пересчета и выполняются тяговые расчеты для всех поездов, позволяющие определить пройденный ими путь с момента последнего пересчета, ожидаемую скорость, тяговый ток.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»