Повышение эффективности использования энергии в электротранспортных комплексах с накопительными устройствами

• Автор: Спиридонов, Егор Александрович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 165 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ В
ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНЫХ КОМПЛЕКСАХ
1.1 Требования, предъявляемые к накопительным элементам для работы в системе электрического транспорта
1.2 Накопители энергии в системе электроснабжения
1.2.1 Электромеханические накопители энергии
1.2.2 Сверхпроводящие индуктивные накопители энергии
1.2.3 Емкостные накопители энергии
1.3 Схемотехнические решения тяговых приводов транспортных средств с накопителями энергии
1.3.1 Тяговые приводы с электрохимическими накопителями энергии
1.3.2 Тяговые приводы с емкостными накопителями энергии
1.4 Выводы
2 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЯГОВОЙ СЕТИ С ПОМОЩЬЮ НАКОПИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
2.1 Режимы работы системы электроснабжения с накопительными устройствами
2.1.1 Накопитель энергии, установленный в системе электроснабжения
2.1.2 Накопитель энергии, установленный на подвижной единице

2.2 Накопительное устройство как средство сглаживания формы потребляемого поездом тока
2.2.1 Оценка потерь энергии в тяговой сети при различных режимах работы накопителей энергии
2.2.2 Влияние увеличения массы подвижного состава на удельный расход энергии
2.3 Накопительное устройство как средство ограничения величины потребляемого поездом тока
2.3.1 Определение пропускной способности тяговой сети при использовании накопителей энергии
2.3.2 Режимы работы системы электроснабжения при использовании накопителя энергии в режиме ограничения тока поезда
2.3.3 Зависимость формы кривой тока поезда в функции длины перегона и профиля пути
2.4 Выводы
3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ НАКОПИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА
3.1 Определение массогабаритных параметров накопителя энергии
3.1.1 Определение закона изменения ослабления магнитного поля тягового двигателя в режиме торможения
3.1.2 Определение ёмкости и массы накопительного устройства
3.2 Исследование процесса заряда накопителя энергии в режиме торможения транспортного средства
3.2.1 Расчёт величины добавочного сопротивления
3.2.2 Модель процесса работы добавочного сопротивления в среде Ма1ЕАВ
3.2.3 Работа схемы в режиме торможения в диапазоне средних
и низких скоростей
3.3 Исследование работы тягового привода с накопителем энергии в режиме тяги
3.3.1 Исследование релейного способа управления импульсным регулятором
3.3.2 Математическое моделирование тягового привода с накопителем энергии
3.4 Выводы
4 МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТЯГОВОГО ПРИВОДА С НАКОПИТЕЛЕМ ЭНЕРГИИ
4.1 Имитационное моделирование тягового привода с накопителем энергии в среде Ма1ЬАВ БтшНпк
4.1.1 Исследование буферного режима работы накопительного устройства
4.1.2 Исследование работы привода в режиме ограничения максимального тока поезда
4.2 Исследование физической модели энергоэффективного тягового привода с накопителем энергии
4.2.1 Структура физической модели тягового привода с накопителем энергии
4.2.2 Основные элементы физической модели
4.2.3 Схемы силовой части установки и системы управления
4.2.4 Исследование импульсного регулятора с релейным законом управления

уровня напряжения в контактной сети, БК в течение некоторого временного периода может выравнивать величину напряжения, подводимого к ТЭД. Данное схемное решение позволяет при значительных колебаниях напряжения источника питания, характерных для городского электрического транспорта, иметь максимально возможный ток регенерации во всем диапазоне торможения независимо от уровней напряжений в тяговой сети, обеспечивая максимальную тормозную силу (максимальное тормозное замедление), ограниченную только возможностями ТЭД [56].
Конденсаторы двойного электрического слоя имеют существенное преимущество перед химическими накопителями энергии: высокий показатель удельной мощности. Это преимущество обуславливает ещё одну сферу применения емкостных накопителей энергии: выравнивание нагрузок на тяговые аккумуляторные батареи. Сильное влияние на срок эксплуатации аккумуляторной батареи (АБ) оказывает форма разрядного тока [19], т.е. чем больше неравномерность нагрузки на АБ, тем меньше срок её эксплуатации и тем быстрее она разряжается.
Исследования параллельной работы тяговых АБ и сурепконденсаторов активно ведутся в области разработки автономных электротранспортных средств - электромобилей. Основной задачей этих исследований является увеличение срока службы тяговых аккумуляторов. При параллельном соединении с АБ, КДЭС принимает пиковую нагрузку, т.к. обладает большей мощностью [13]. Упрощённая электрическая схема такого привода представлена на рисунке 1.12, а принцип работы отражён на рисунке 1.13.
На рисунке 1.13 показан процесс сглаживания нагрузки на аккумуляторную батарею: в первый момент времени практически всю нагрузку принимает на себя блок конденсаторов. По мере их разряда нагрузка переходит на АБ. При переходе транспортного средства в режим выбега ток через АБ не прекращается, а происходит заряд суперконденсатора. Аналогично система работает и в режиме регенеративного торможения: в начале электрического