ТРАНСВУЗ-2015.Часть 3

Ремонт и динамика подвижного состава

Рис. 2. Схема замещения однопутного участка тяговой сети длиной 200м с подключенным электровозом

120

ТРАНСВУЗ – 2015

Рис. 3. Моделирование движения электровоза по фидерной зоне с применением блоков переменных сопротивлений тяговой сети: а – в момент времени t1; б – в момент времени t2; в – в момент времени t3

Входы «R» являются управляющими. На них подается заданное значение сопротивления (в Ом), индуктивности (в Гн) или емкости (в Ф) от блока БЗС, т. е. числовые значения, входящие в состав матриц RLCуп, RLCкп и RLCрц.

В результате совместной работы указанных выше блоков происходит моделирование движения электровозов по участку с учетом:

–изменения сопротивлений тяговой сети между электровозами и тяговыми подстанциями;

–изменения величины напряжения на токоприемниках электровозов.

Это позволяет определять расходы электроэнергии на тягу поездов,

потери энергии в тяговой сети (рис. 4), а также средневзвешенные показатели качества за время хода электровоза по участку [3, 4].

121

Ремонт и динамика подвижного состава

Рис. 4. Результаты моделирования движения электровоза по фидерной зоне: а – действующее значение основной гармоники напряжения на токоприемнике электровоза; б – действующее значение основной гармоники тока электровоза; в – активная энергия, потребленная электровозами;

г– реактивная энергия, потребленная электровозами; д – полная энергия, потребленная электровозами

122

ТРАНСВУЗ – 2015

Список литературы

1.Методические указания по определению технико-экономической эффективности новых и усовершенствованных электровозов. – М.: Транспорт, 1986 – 115 с.

2.Савоськин, А. Н. Совершенствование системы автоматического управления током тяговых двигателей электровоза однофазно-постоянного тока [Текст] / А. Н. Савоськин, М. В. Телегин // Электроника и электрооборудование транспорта. – 2010. – №3. – С. 8 – 13.

3.Гарбузов, И. И. Энергетическая оценка эффективности рекуперации на электровозах переменного тока [Текст] / И. И. Гарбузов // Электроника и электрооборудование транспорта. – 2015. – №4. – С. 13 – 17.

4.Савоськин, А. Н. Имитационное моделирование энергетических показателей при движении электровозов переменного тока с бортовыми компенсаторами реактивной мощности по типовому участку электрической железной дороги [Текст] / А. Н. Савоськин, Ю. М. Кулинич, И. И. Гарбузов // Электричество. – 2015. – №9. – С. 42 – 49.

УДК 621.311

В. Л. Незевак, А. П. Шатохин

РАСЧЕТНО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМОВ РЕКУПЕРАЦИИ ПО СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ НА ОСНОВЕ РЕГРЕССИОННОЙ МОДЕЛИ

В статье рассматривается предложенный способ расчета объемов рекуперации, основу которого составляют статистические наблюдения или численные эксперименты, полученные в ходе имитационного моделирования. Рассматриваемый расчетностатистический способ позволяет определять объем энергии рекуперации для произвольного участка железной дороги на основе характеристик профиля пути и рода тока системы тягового электроснабжения. В результате сравнения регрессионных моделей сделан вывод о наиболее подходящих моделях для рассматриваемых целей.

123

Ремонт и динамика подвижного состава

Профиль пути участка железной дороги является одним из факторов, оказывающих значительное влияние на объем рекуперативного торможения. В настоящее время объемы энергии рекуперации оцениваются как методами имитационного моделирования, позволяющими оценить избыточный объем энергии рекуперации и определить наиболее эффективные места установки её приемников для определенных характеристик участка (размеры движения, весовые нормы, серии электроподвижного состава и др.) [1, 2], так и статистическими методами, основанными на результатах поездок электроподвижного состава [3].

Рассмотрение участков железной дороги по критерию энергозатратности позволило классифицировать участки по типам профиля пути [4]. Указанная классификация позволяет отнести каждый участок железной дороги к определенному типу, от более легкого профиля (I-й тип) до наиболее тяжелого

(IV-й тип).

Отнесение профиля пути участка к тому или иному типу выполняется по характеристикам приведенного профиля (длина элемента пути и его уклон), в частности, удельному весу легких элементов пути и расчетному подъему участка.

Удельный вес легких элементов пути с уклонами, находящимися в

диапазоне от -3 до +3 o/oo, определяется по выражению:

li

где li – протяженность элемента профиля с уклоном от -3 до +3 o/oo; L – протяженность участка железной дороги.

Помимо удельной величины k также определяется расчетный подъем ip участка (максимальный уклон на рассматриваемом участке, имеющий длину не менее 250 м). На основании указанных данных с помощью предложенной классификации определяется тип профиля (табл. 1).

Определение объемов рекуперативного торможения по участкам железной дороги может быть выполнено двумя способами – на основе статистических наблюдений или серий расчетов при имитационном моделировании пропуска заданных размеров движения с заданными

124

ТРАНСВУЗ – 2015

характеристиками системы тягового электроснабжения, электроподвижного состава и поездов по заданному участку. В первом случае результаты могут быть получены относительно реализованной энергии рекуперации (выражение (2)), во втором – относительно абсолютной (на основе тяговых расчетов, выражение (3)) или избыточной энергии рекуперации (на основе электрических расчетов, выражение (4)):

Избыточный объем энергии рекуперации оценивается путем имитационного моделирования работы специальных приемников рекуперации

– выпрямительно-инверторных преобразователей, поглощающих устройств или накопителей электроэнергии, основными местами размещения которых могут являться тяговые подстанции или активные посты секционирования [5, 6].

Определение абсолютной энергии рекуперации для различных типов профиля и родов тока систем тягового электроснабжения позволяет получить

125

Ремонт и динамика подвижного состава

регрессионную модель, для которой случайными переменными будут выступать значения удельного веса легких элементов пути и расчетного подъема участка, а зависимой величиной – абсолютная энергия рекуперации

Wрек абс.

Сцелью определения объемов рекуперативного торможения на участках

сразличным типом профиля пути рассмотрим ряд участков железных дорог (табл. 1) для которых выполнены тяговые расчеты для электровоза серии 2ЭС6 с массой поезда 4700 т в четном и нечетном направлениях. По результатам тяговых расчетов определен средний объем и удельная энергии рекуперации ωр для каждого участка (табл. 2).

Таблица 2 Выбранные участки железных дорог с различным типом профиля пути и

средним объемом рекуперации для них

126

ТРАНСВУЗ – 2015

Окончание таблицы 2

Рассмотрим линейную и нелинейную множественные регрессионные модели, с целью определения наиболее подходящих из них для определения объемов рекуперативного торможения в зависимости от параметров профиля пути.

Пригодность приближения будем оценивать по следующим критериям [7-

9]:

– сумма квадратов ошибок (SSE), определяемая по формуле:

– квадрат смешанной корреляции (R2):

127

Ремонт и динамика подвижного состава

– уточненное значение квадрата смешанной корреляции (Adj R2):

Результаты расчетов для линейной множественной регрессионной модели представлены в табл. 2 для систем электроснабжения постоянного и переменного тока, графическая интерпретация – на рис. 1.

Рис. 1. Линейная модель (участки постоянного (а) и переменного (б) тока)

Использование нелинейной модели (полином 2-й степени) позволяет получить лучшие результаты (табл. 3). Графическая интерпретация результатов представлена на рис. 2.

Использование интерполяционного метода ближайшего соседа позволяет получить значения суммы квадратов ошибок (SSE) и квадрата смешанной

128

ТРАНСВУЗ – 2015

корреляции (R2) равными нулю как для участков постоянного, так и для участков переменного тока (рис. 3).

Рис. 2. Нелинейная модель (участки постоянного (а) и переменного (б) тока)

Рис. 3. Метод ближайшего соседа (участки постоянного (а) и переменного (б) тока)

Аналогичные методу ближайшего соседа результаты позволяет получить метод сплайнов (рис. 4), для которого значения суммы квадратов ошибок (SSE)

129