Энергосберегающие технологии на железнодорожном транспорте и метрополитенах, реализуемые с использованием накопителей энергии

• Автор: Шевлюгин, Максим Валерьевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 188 с. : 157 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 КРИТЕРИИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ НА Ж.Д. ТРАНСПОРТЕ
1.1 Повышение эффективности рекуперативного торможения
1.2 Выравнивание графика энергопотребления
2 ОСНОВНЫЕ ТИПЫ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ И ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВНОСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ Ж.Д. ТРАНСПОРТА
2.1 Гидроаккумулирующие электростанции
2.2 Электрохимические накопители энергии
2.3 Инерционные накопители энергии
2.3.1 Накопительный модуль ИНЭ
2.3.2 Преобразовательный агрегат
2.3.3 Блок управления
2.3.4 Оценка КПД ИНЭ
2.3.5 Массогабаритные параметры ИНЭ
2.4 Сверхпроводниковые индуктивные накопители энергии
2.4.1 Накопительный модуль
2.4.2 Преобразовательный агрегат и схема подключения СПИН к СТЭ
2.4.3 Вспомогательные системы
2.4.4 Блок управления СПИН
2.4.5 Оценка КПД СПИН
2.4.6 Массогабаритные параметры СПИН
2.5 Емкостные накопители электрической энергии
2.6 Сопоставимый анализ параметров основных типов НЭ
2.7 Возможные варианты расположения НЭ в ЭЭС, определение наиболее подходящих типов и предварительная оценка их параметров
3 ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ СТЭ С НЭ
3.1 Программно-измерительный комплекс имитационного моделирования СТЭсНЭ
3.1.1 Исходные данные и прикладные программы предварительных расчетов
3.1.2 Модель работы СТЭ
3.1.3 Выходные данные, полученные при моделировании СТЭ с НЭ и
статистическая обработка результатов
3.2 Математическая модель НЭ в комплексе имитационного
моделирования работы СТЭ
3.2.1 Алгоритм моделирования работы НЭ, интегрированный в общую структуру программно-измерительного комплекса с НЭ
3.2.2 Алгоритм моделирования работы НЭ, на конкретном объекте СТЭ с
установленными показателями работы объекта
3.2.2.1 Моделирование работы НЭ на ТП при использовании данных реальных замеров

3.2.2.2 Моделирование работы НЭ на ЭПС при использовании данных тягового расчета
3.3 Статистическое моделирование СТЭ метрополитена с НЭ
3.4 Оценка достоверности результатов моделирования
3.4.1 Сравнение результатов расчета имитационной модели движения поезда с результатами натурных замеров показателей работы ЭПС метро
на Таганско-Краснопресненской линии Московского метрополитена
3.4.2 Сравнение результатов расчета имитационной модели работы СТЭ «Сокольнической» линии по интегральным показателям с официальными данными Энергонадзора Московского метрополитена
3.4.3 Сравнение результатов расчета имитационной модели работы СТЭ «Филевской» Московского метрополитена линии с результатами экспериментальных замеров
4 НАКОПИТЕЛИ ЭНЕРГИИ ДЛЯ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МЕТРОПОЛИТЕНА
4.1 Накопитель энергии неуправляемого типа
4.2 Накопитель энергии управляемого типа
4.2.1 Общая конструкция НЭ управляемого типа
4.2.2 Преобразовательный агрегат для НЭ
4.2.3 Блок управления НЭ
4.2.4 Оценка КПД НЭ
5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛИГОНОВ ЭФФЕКТИВНОГО
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЭ В СТЭ
5.1 Использование накопителей энергии на пригородном сообщении ж.д
5.1.1 Определение показателей работы ТП постоянного тока ригородного сообщения без СПИН
5.1.2 Определение показателей работы ТП постоянного тока пригородного сообщения с применением СПИН
5.2 Линия ж.д. до аэропорта Шереметьево-3 со СПИН при консольном питании
5.2.1 Расчет показателей работы участка ж.д. при консольном питании без использования режимов рекуперативного торможения и без СПИН
5.2.2 Расчет показателей работы участка ж.д. с применением режимов рекуперативного торможения, но без СПИН
5.2.3 Расчет показателей работы участка ж.д. с применением режимов рекуперативного торможения и СПИН
5.2.4 Оценка параметров СПИН для расчетного участка
5.3 ЭПС метрополитена с ЕНЭ
5.3.1 Моделирование движения ЭПС без использования энергии рекуперации и ЕНЭ
5.3.2 Моделирование движения ЭПС при использовании энергии рекуперации но без ЕНЭ
5.3.3 Моделирование движения ЭПС при использовании энергии рекуперации и при наличии ЕНЭ

5.3.4 Моделирование движения ЭПС при использовании энергии рекуперации и ЕНЭ в функции выравнивания графика энергопотребления
5.4 Использование накопителей энергии на Малом кольце Московской ж.д
5.4.1 Комплексная имитационная модель работы участка
электрифицированной ж. д. постоянного тока с накопителями энергии
5.4.2 Моделирование работы системы тягового электроснабжения Малого кольца МЖД
5.4.2.1 Моделирование работы системы тягового электроснабжения
Малого кольца МЖД без рекуперации и накопителей энергии
5.4.2.2 Моделирование работы системы тягового электроснабжения
Малого кольца МЖД с рекуперацией, но без накопителей энергии
5.4.2.3 Моделирование работы системы тягового электроснабжения
Малого кольца МЖД с рекуперацией и накопителями энергии
6 ВНЕДРЕНИЕ СТАЦИОНАРНОГО НЭ НА МОСКОВСКОМ МЕТРОПОЛИТЕНЕ
6.1 Общие описание СНЭ
6.2 Мониторинг мгновенных показателей работы СНЭ
6.3 Определение интегральных и электро-энергетических показателей работы СНЭ
6.3.1 Статистическая обработка результатов измерений на Т-23 «Филевской» линии Московского метрополитена
6.3.2 Определение КПД работы СНЭ на Т-23 «Филевской» линии Московского метрополитена по экспериментальным данным
6.3.3 Определение вольт-амперных характеристик Т-23 «Филевской»
линии Московского метрополитена
6.3.4 Оценка снижения установленной мощности Т-23 «Филевской»
линии Московского метрополитена при работе СНЭ
6.3.5 Оценка относительного износа и срока службы СНЭ на Т-23 «Филевской» линии Московского метрополитена при работе СНЭ
6.3.6 Оценка снижения потерь энергии в тяговых агрегатах Т-23 «Филевской» линии Московского метрополитена при работе СНЭ
6.3.7 Оценка сходимости теоретических и экспериментальных данных
7 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЭ В СТЭ Ж.Д
7.1 Технико-экономическая оценка эффективности использования НЭ на Малом кольце Московской ж.д
7.2 Технико-экономическая оценка эффективности использования НЭ в Московском метрополитене
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Tm = ~

]p(t)-dt ~Pm
В случае с ТП «Фили» этот показатель составляет 3960,4с или 1,1 часа в сутки. Если перевести эти секунды в процентное соотношение, то только 4,6% от общего времени ТП работает с установленной мощностью, что является очень низким показателем.
5. Изменяемый диапазон мощностей [68].
AP=Pmax-Pmin (1.5)
Так как Pmin в СТЭ довольно часто бывает равно нулю, то в данном случае, изменяемый диапазон потребляемой мощности равен Ртах и для показанных (см. рисунок 1.9) суток составляет около 8,2 МВт.
6. Динамическая характеристика графика энергопотребления, т.е. скорость изменения нагрузки [68].

v~ л- <‘-6>
Для объединенной энергосистемы Северо-Запада этот показатель составляет 3% в минуту [68], т.е. 0,05% в секунду. Однако, статистическая обработка результатов замеров на ТП показала, что время достижения максимальной мощности ТП может составлять 12 секунд что составляет 8,333% в секунду, а это в 166,66 раз больше. Это очень высокий показатель динамической характеристики, весьма негативно сказывающийся на тяговом оборудовании.
Статистическая обработка результатов длительных замеров по нескольким фидерам ТП «Голицино» дала возможность оценить основные интегральные показатели нагрузки ТП (таблица 1.1).
Таблица 1.1 - Интегральные показатели нагрузки СТЭ
р п У Тш АР
0,008 23 0,04 4% 8 МВт