Содержание к диссертации
Введение
1 Обоснование использования инерционных накопителей энергии в системе тягового электроснабжения железных дорог для приема и последующего использования энергии рекуперации 12
1.1 Требования к сети тягового электроснабжения при рекуперации электрического подвижного состава. Постановка задачи 12
1.2 Рекуперативное торможение на действующем и перспективном ЭПС 17
1.3 Показатели качества электрической энергии тяговой сети 20
1.4 Анализ показателей надежности и качества работы основных потребителей тяговой системы электроснабжения 24
1.5 Обоснование использования инерционных накопителей энергии в системе тягового электроснабжения 28
Выводы по главе 1 46
2 Математическое моделирование вентильно-индукторнои электрической машины 48
2.1 Математическая модель и алгоритм расчета вентильно-индукторнои электрической машины 48
2.2 Расчет магнитного поля вентильно-индукторнои электрической машины 51
2.3 Расчет показателей вентильно-индукторнои электрической машины в режиме накопления энергии и отдачи ее в тяговую сеть 53
Выводы по главе 2 56
3 Математическое моделирование системы тягового электроснабжения с инерционным накопителем энергии 57
3.1 Выбор метода расчета режимов работы инерционного накопителя энергии в системе тягового электроснабжения 57
3.2 Структурная схема модели 60
3.3 Параметры тяговой подстанции и тяговой сети в схеме замещения 61
3.4 Расчет энергоемкости инерционного накопителя энергии 65
3.5 Расчет маховика на прочность 70
3.6 Расчет режимов работы инерционного накопителя энергии в системе тягового электроснабжения 73
Выводы по главе 3 81
4 Экспериментальные исследования и рекомендации по внедрению инерционного накопителя энергии 83
4.1 Полупроводниковая элементная база инерционного накопителя энергии 83
4.2 Физическое моделирование инерционного накопителя энергии 85
4.3 Рекомендации по внедрению инерционных накопителей энергии 96
Выводы по главе 4 99
Заключение 101
Список использованных источников 103
Приложение 1 116
Акт об использовании результатов диссертационной работы в учебном процессе 129
- Показатели качества электрической энергии тяговой сети
- Выбор метода расчета режимов работы инерционного накопителя энергии в системе тягового электроснабжения
- Физическое моделирование инерционного накопителя энергии
- Рекомендации по внедрению инерционных накопителей энергии
Введение к работе
Актуальность темы.
Российские железные дороги занимают ведущее место среди других видов транспорта. Их доля в грузообороте транспортной системы России составляет 42,3%, пассажирооборота - 32,7%. Протяженность электрифицированных линий к концу 2011 года составила 43,1 тыс. километров. ОАО «РЖД» входит в число крупнейших потребителей электроэнергии России - потребление достигает 6 % от всей вырабатываемой электроэнергии в стране.
В соответствии с политикой государства, направленной на внедрение энергосберегающих технологий во всех сферах экономики, в ОАО РЖД утверждена «Энергетическая стратегия ОАО "РЖД" до 2015 года и на перспективу до 2030 года». Данным документом акцентируется внимание на характеристиках энергоэффективности при внедрении новых и модернизации существующих решений по всем техническим средствам и технологиям железнодорожного транспорта.
Значительным резервом повышения энергоэффективности работы железнодорожного транспорта является создание условий для сохранения и последующего использования энергии рекуперации подвижного состава.
В настоящее время на сети железных дорог производится замена и обновление электрического подвижного состава (ЭПС) на электровозы и электропоезда нового поколения с повышенной энергоэффективностью, улучшенными тяговыми свойствами, с рекуперацией энергии. Однако инфраструктура системы тягового электроснабжения (СТЭ) не в полной мере отвечает современным требованиям по эффективному использованию энергии рекуперации. В местах, где тяговые подстанции (ТП) не оборудованы инверторными преобразователями, по-прежнему используются мощные балластные резисторы, рассеивающие в тепло энергию, поступающую от рекуперирующего поезда. А с другой стороны, инвертирование и передача избыточной энергии в первичную систему электроснабжения является экономически невыгодной из-за неудовлетворительного качества поступающей энергии, содержащей высшие гармонические составляющие, вносимые преобразовательными устройствами.
Для повышения эффективности рекуперативного торможения в СТЭ целесообразно в местах, где часто применяется электрическое торможение ЭПС, устанавливать устройства, позволяющие накапливать энергию рекуперации ЭПС, а также, по мере необходимости, поставлять дополнительное количество энергии в СТЭ для тяги поездов. В результате этого снизятся удельные затраты на тягу поездов, и не только за счет полезного использования кинетической энергии поезда, но и за счет того, что контуры прохождения токов от рекуперирующего поезда по линиям тяговой сети будут короче, что повысит результирующий КПД сети электроснабжения. Также улучшится качество электроснабжения ЭПС, отклонения напряжения от номинального значения станут меньше, увеличится надежность и работоспособность тягового и вспомогательного оборудования ЭПС, которое чувствительно к отклонениям питающего напряжения.
Отличительной особенностью предлагаемого технического решения от существующих вариантов является то, что в качестве накопителей энергии предлагается использовать инерционные накопители энергии (ИНЭ) со встроенной вентильно-индукторной машиной (ВИМ). Это позволит при более низкой стоимости по сравнению с аналогичными устройствами получить накопитель энергии, обладающий следующими достоинствами: высокая надежность, высокий КПД в режимах накопления и отдачи энергии в тяговую сеть, высокое быстродействие при переходе из режима накопления в режим отдачи энергии и наоборот, экологическая безопасность.
Цель исследований: повышение эффективности рекуперативного торможения электровозов постоянного тока путем использования в тяговой сети ИНЭ со встроенной ВИМ.
Объект исследования: ЭПС, тяговая сеть, ИНЭ со встроенной ВИМ.
Предмет исследования: методы, модели и критерии оценки показателей работы ЭПС с использованием ИНЭ в составе тяговой сети.
Для достижения указанной цели решены следующие задачи:
обоснована целесообразность использования ИНЭ со встроенной ВИМ в составе тяговой сети для приема и последующего использования энергии рекуперации;
разработана математическая модель ВИМ в составе ИНЭ, позволяющая исследовать режимы приема энергии рекуперации и режимы отдачи энергии в СТЭ;
разработана имитационная модель в системе MatLab (Simulink) тяговой сети, ИНЭ с ВИМ и электровоза постоянного тока для исследования качества процессов при рекуперации энергии;
исследованы на имитационной модели процессы рекуперативного торможения электровоза, разработана методика определения составляющих потерь при рекуперативном торможении и сохраненной в накопителе энергии рекуперации электровоза;
проведены экспериментальные исследования полученных теоретических положений на испытательном стенде макетного образца ИНЭ.
Методы исследования. При решении поставленных задач в области математического моделирования электромеханических систем использовался комбинированный метод теории поля и теории электрических цепей, а при расчетах показателей совместной работы СТЭ, ЭПС и ИНЭ использовался пакет имитационного моделирования Simulink матричной системы MatLab.
Научная новизна. Предложено для качественного приема и последующего использования энергии рекуперации электровозов постоянного тока использовать в составе тяговой сети ИНЭ со встроенной ВИМ;
разработана математическая модель ВИМ в составе ИНЭ, получены составляющие электромеханического преобразования энергии, позволяющие наглядно выделить и произвести анализ физической сущности происходящих процессов;
разработан алгоритм расчета и проведены исследования режимов накопления энергии рекуперации в тяговой сети постоянного тока с использованием ИНЭ;
определено, что среди известных электромеханических преобразователей энергии ВИМ обладает наилучшим сочетанием параметров для работы в составе ИНЭ для приема и последующего использования энергии рекуперации, в том числе высоким быстродействием при переходе из двигательного режима в генераторный, для обеспечения возможности быстро реагировать на изменение напряжения в тяговой сети;
даны рекомендации по установленной мощности, расположению и рациональному использованию ИНЭ в составе тяговой сети.
Практическая ценность. Предложенный ИНЭ со встроенной ВИМ позволит более эффективно использовать энергию рекуперации ЭПС и снизить удельные затраты на тягу поездов.
Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты диссертации используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО РГУПС при чтении дисциплин: Спецкурс №1 (Энергосберегающие технологии на железнодорожном транспорте) и «Тяговые электрические машины».
Научные положения, выносимые на защиту:
анализ существующих технических решений для повышения эффективности рекуперативного торможения и обоснование предложений по использованию ИНЭ со встроенной ВИМ для качественного приема и последующего использования энергии рекуперации;
математическая модель и результаты математического моделирования ВИМ в составе ИНЭ, позволяющие оценить преимущества предложенного технического решения;
имитационная модель в системе MatLab (Simulink) и результаты имитационного моделирования тяговой сети, ИНЭ с ВИМ и электровоза постоянного тока, позволяющие дать рекомендации по расположению ИНЭ, установленной мощности ВИМ и другим параметрам, обеспечивающим эффективность рекуперативного торможения;
результаты физического моделирования ИНЭ со встроенной ВИМ.
Достоверность и обоснованность основных полученных результатов диссертационной работы обеспечены:
корректностью принятых допущений при математическом моделировании физических процессов;
использованием современного программного обеспечения при проведении расчетов на ЭВМ;
сопоставлением данных математического и физического моделирования ИНЭ со встроенной ВИМ.
Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: международной научно-практической конференции «Проблемы автоматизированного электропривода» в г. Одесса, 2006 год; 44-й Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии железнодорожному транспорту и промышленности» ДВГУПС, Хабаровск, 2006 год; Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2006» РГУПС, 2006 год; международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса: образование, наука, производство» РГУПС, Ростов – на – Дону, 2009.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, из которых 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 126 наименований. Общий объем работы 129 страниц текста, включая 46 рисунков, 11 таблиц и одно приложение.
Показатели качества электрической энергии тяговой сети
Нормальный режим работы СТЭ - это режим, при котором параметры всех элементов системы не выходят за пределы допустимых по нормам значений. СТЭ обеспечивает питание контактной сети при расчетных размерах движения для условий наибольшего потребления электроэнергии. В нормальном режиме СТЭ работает с наиболее высокими технико-экономическими показателями.
Основное требование к системе электроснабжения или, точнее говоря, к режиму напряжения в тяговой сети сводится к тому, чтобы время хода поездов, заложенное в график движения, могло бы быть выполнено [39].
Для СТЭ характерно существенно неравномерное потребление энергии в разные моменты времени. Такая неравномерность обусловлена в основном изменением числа движущихся поездов в зоне питания ТП, характером профиля пути следования и токами, потребляемыми этими поездами или отдаваемыми в тяговую сеть в режиме рекуперативного торможения. В результате СТЭ испытывает значительные пиковые нагрузки, особенно это ощутимо на постоянном токе. Непрерывное изменение нагрузки, характерное для СТЭ, вызывает изменение уровня напряжения, что приводит к потерям мощности как во внешней системе электроснабжения, так и внутри системы и пагубно сказывается на работе тягового и вспомогательного оборудования ЭПС. Особенно опасны скачки напряжения в тяговой сети при рекуперативном торможении, которые могут вызывать резкие изменения тока рекуперации вплоть до срыва рекуперативного торможения.
Устройство СТЭ регламентируется документом ЦЭ-462 «Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации» [7]. Для того чтобы оценить степень неблагоприятных условий эксплуатации тягового и вспомогательного оборудования подвижного состава с точки зрения энергообеспечения ниже приведены значения основных допустимых в эксплуатации показателей СТЭ.
Значения допустимых коэффициентов использования пропускной способности для компенсации внутрисуточных колебаний размеров движения принимаются равными: 0,85 - для однопутных железнодорожных линий; 0,91 - для двухпутных железнодорожных линий и дополнительных главных путей.
Коэффициент полезного действия СТЭ в нормальном режиме работы не должен быть ниже значений, приведенных в таблице 1.1.
Расчетное напряжение на токоприемниках ЭПС (среднее значение за 3 минуты) должно быть не менее 2,7 кВ при постоянном токе.
На участках с максимальной скоростью движения пассажирских поездов свыше 160 км/ч напряжение на токоприемнике локомотива пассажирского поезда (среднее значение за 1 минуту) определяется без учета одновременного пропуска соединенных поездов и должно быть не ниже 2,9 кВ при постоянном токе.
Напряжение на токоприемниках локомотивов слабозагруженных участков допускается не менее 2,4 кВ при постоянном токе.
В нормальном рабочем режиме напряжение на тяговых шинах подстанций постоянного тока, как правило, не должно превышать 3,6 кВ.
На отдельных грузонапряженных участках в обоснованных расчетом случаях допускается повышение напряжения при нагрузках, близких к номинальным подстанции. Наибольшее допускаемое значение напряжения не должно превышать для подстанций постоянного тока 3,85 кВ.
На участках постоянного тока, где применяется рекуперация электрической энергии, рекомендуется снижение напряжения на подстанциях до 3,3 - 3,5 кВ, если это не повлияет на условия работы электроподвижного состава в режиме тяги.
Электромагнитная совместимость электроподвижного состава с системой тягового электроснабжения обеспечивается при соблюдении следующих показателей качества электрической энергии:
- действующее значение напряжений на шинах тяговых подстанций и токоприемниках ЭПС в нормальном и вынужденном режимах работы системы электрической тяги должно соответствовать приведенному в таблице 1.2;
- наибольшее мгновенное значение напряжения для ЭПС, оборудованных разрядниками, определяется с учетом характеристик используемых разрядников;
- на железнодорожных участках, где применяют рекуперативное торможение, допускается напряжение 4,0 кВ.
Из приведенных выше показателей СТЭ следует, что условия работы электрического оборудования подвижного состава в значительной степени отличается в худшую сторону от работы аналогичного оборудования промышленности. Прежде всего, это связано с отклонениями величины питающего напряжения от номинального значения, что приводит к снижению эффективности рекуперативного торможения, а также к ухудшению показателей работы электрических машин, дополнительному нагреву и выходу их из строя.
Выбор метода расчета режимов работы инерционного накопителя энергии в системе тягового электроснабжения
Для расчета и исследования СТЭ в переходных и установившихся режимах используют следующие методы: классический, операторный, спектральный, метод переменных состояний и др. [8,10,15,34,35,36, 37,38]. Каждый из этих методов имеет свои специфические особенности и свою область применения. Используя такие методы для расчетов СТЭ, реальные схемы электрических установок представляются в виде схем замещения (с обоснованными допущениями), которые, в свою очередь, моделируются и анализируются с помощью ЭВМ.
Ряд успешных работ по созданию математических моделей и моделирующих установок для расчета СТЭ железных дорог был выполнен во ВНИИЖТе, МГУПСе, ПГУПСе, РГУПСе и других организациях. В этих работах решались различные задачи моделирования, некоторые из них нашли свое применение на практике [39-48].
Во ВНИИЖТе разработан матричный метод расчета электромагнитных процессов в тяговой сети постоянного тока, позволяющий оценивать показатели качества электрической энергии и решать следующие задачи [124]:
- оценивать параметры качества электрической энергии в точке общего присоединения при отсутствии нагрузки в системе тягового электроснабжения;
- рассчитывать параметры качества электрической энергии в точки общего присоединения при работе ЭПС как в режиме потребления, так и в режиме рекуперации;
- определять изменения показателей качества электрической энергии за счет электромагнитного влияния тяговых сетей постоянного тока на воздушные линии продольного электроснабжения на участках их сближения с тяговыми сетями; - оценивать гальваническое влияния тяговых сетей постоянного тока на ВЛ с заземленной нейтралью.
Современный этап математического моделирования переходных и установившихся процессов в СТЭ характеризуется применением ЭВМ и специального программного обеспечения. Это позволяет существенно сократить время расчета и повысить точность определения требуемых параметров.
В Германии для расчетов СТЭ на постоянном токе используется программа SIDYZUG [109]. На базе потоков мощности и импеданса сети определяется соответствующее данному режиму распределение в ней токов и напряжений. Расчет сетей производится методом узловых потенциалов.
Расчет потоков мощности ведется итерационным методом определения токов, оптимизированных для условий тяговой сети. Расчетная модель содержит следующие элементы: подвод сети первичного электроснабжения, используемый в модели как источник напряжения; сопротивления трансформаторов и кабелей; сопротивления тяговых потребителей и фиксированной нагрузки; все провода, подводящие и отводящие тяговый ток, представлены в виде их сопротивлений; цепь рельсы - земля, как элемент проводимости. Программа позволяет учитывать как стохастические, так и прогнозируемые сбои движения поездов.
В последние годы стал широко применяться программный комплекс Кортэс, разработки ВНИИЖТа, который предназначен для решения на ЭВМ различных расчётных задач, связанных с выбором параметров, определением характеристик режимов и нагрузочной способности систем тягового электроснабжения и их отдельных элементов [125].
Комплекс Кортэс имеет гибкую структуру и включает в себя программные модули различного назначения, связанные общими базами данных и способами управления. Среди основных возможностей, реализованных в Кортэс, можно отметить следующие:
- определение тяговой нагрузки с учётом рекуперации энергии, а также кратности тяги по отдельным перегонам участка;
- выполнение электрических расчётов на основе моделирования графика движения поездов различных категорий - скоростных, пассажирских, грузовых, пригородных и др.;
- расчёт схем питания фидерных зон от нескольких тяговых подстанций при наличии примыкающих участков;
- учёт реальной схемы подключения фидеров подстанций и постов секционирования к контактной сети при заданном расположении воздушных промежутков.
В настоящее время большое распространение для решения широкого круга задач получил пакет визуального блочного имитационного моделирования Simulink матричной системы MatLab. При этом достигаются следующие преимущества:
- каждому типовому элементу схемы ставится в соответствие математическая модель высокой степени соответствия физическому оригиналу;
- имеется возможность выбора метода численного решения системы дифференциальных уравнений в зависимости от типа решаемой задачи;
- удобство подготовки принципиальной расчетной схемы и ввода исходных данных;
- наглядная визуализация полученных результатов.
В МГУПСе под руководством профессора Савоськина А.Н создана имитационная модель в системе MatLab(Simulink), которая адекватно отражает динамические процессы в системе: ТП - тяговая сеть - электровоз. При этом в режиме реального времени моделируется коммутация силовых полупроводниковых ключей в преобразователе тягового привода. Это позволяет изучать быстро протекающие электромагнитные переходные процессы, в том числе анализировать устойчивость рекуперации электровоза при резких коммутационных изменениях напряжения в тяговой сети.
На основе анализа требований, предъявляемых к модели СТЭ железной дороги постоянного тока, и для решения поставленных в диссертационной работе задач была создана имитационная модель ИНЭ, ЭПС и СТЭ в системе MatLab (Simulink).
Физическое моделирование инерционного накопителя энергии
Для проверки расчетных данных был изготовлен макетный образец ИНЭ с ВИМ и проведены испытания на стенде (рис. 4.2 и рис. 4.3) в лаборатории кафедры «Электрический подвижной состав» Ростовского государственного университета путей сообщения. Стенд включает в себя следующие элементы:
- ВИМ с параметрами: номинальное напряжение U=330 В, число фаз 3, число витков в катушке полюса 35, активное сопротивление обмотки фазы 0,283 Ом, индуктивность ненасыщенной машины при совпадении зуби 0,000713 Гн, минимальная частота вращения 8400 мин" ;
- силовой полупроводниковый преобразователь на силовых IGBT транзисторах (рис. 4.4);
- микропроцессорную систему управления;
- маховик из конструкционной стали.
На рис. 4.5 показана конструкция маховика, позволяющая разгрузить подшипники от вертикальной нагрузки. В этом случае постоянные магниты расположены на близком расстоянии и обращены друг к другу одинаковыми полюсами. Сила отталкивания магнитов компенсирует силу тяжести массы маховика. Расстояние между магнитами определяется расчетным путем и проверяется при монтаже конструкции ИНЭ.
Система управления обеспечивает поддержание выходного напряжения на накопительном конденсаторе в заданных пределах и обеспечивает работу силовых ключей в области безопасных режимов согласно спецификации фирм производителей элементной базы. Система управления ИНЭ с применением микроконтроллеров обеспечивает программное управление и гибкость в формировании алгоритмов управления.
Целью испытаний макетного образца ИНЭ с ВИМ являлась проверка адекватности используемой математической модели СТЭ с ИНЭ.
Моделирование электрических машин и их подобие рассматриваются в обширной литературе, освещающей теоретические и практические задачи в этой области [117,121]. Они условно разделяются на три группы:
- технико-экономические задачи, в которых с помощью подобия устанавливаются улучшенные конструкции машин, их размеры, выявляются оптимальные серии и т, д. [121] (задача требует установления полного подобия, учитывающего распределения электромагнитных полей);
- задачи по созданию новых машин, существенно отличающихся как по конструкции, так и по использованию еще не изученных на практике физических принципов (задача требует установления полного подобия);
- задачи, связанные с изучением временных (динамических) процессов в машинах, включенных в какие-либо системы (электроэнергетические, системы электропривода); для решения такого рода задач вполне достаточно установления неполного подобия.
Если реализуется полное подобие, то должны соблюдаться требования в отношении подобного протекания процессов в пространстве и времени. В частности, для электрической машины в этом случае должно быть обеспечено подобие всех параметров, определяющих электромагнитные и электромеханические процессы. Ввиду сложности и нелинейности таких процессов обеспечить полное подобие всех элементов машины бывает достаточно трудно. Если система может быть определена на основе сосредоточенных параметров, то в этом случае отпадает необходимость в учете пространственного изменения величин и достаточно обеспечить только подобие процессов во времени, что будет соответствовать случаю неполного подобия.
Физическое (динамическое) моделирование электрических систем, широко применяемое в настоящее время, обычно требует только подобия цепей. Однако для его осуществления приходится специально конструировать электрические машины-модели, удовлетворяя требованиям, вытекающим из условий подобия.
Если рассматривать подобие электрических машин с точки зрения подобия их цепей, то, как уже отмечалось, подобие будет являться неполным. Оно обеспечивается, если удовлетворяются система критериев подобия цепей при характерных положениях ротора и дополнительные критерии, требующие одинаковых относительных изменений взаимоиндуктивностей контуров при изменении электрического угла, характеризующего положение ротора по отношению к статору.
Как правило, физическая модель значительно меньше по размерам, чем оригинал. Ее элементы должны быть подобраны и изготовлены в соответствии с законами теории подобия.
Для определения критериев подобия использована математическая модель процессов преобразования энергии в ВИМ.
Второй и третий критерии в теории подобия носят названия относительных постоянных времени, а обратную величину от первого критерия называют относительным током [117].
Для подобия процессов в активно-индуктивных цепях с сосредоточенными параметрами необходимо и достаточно равенство двух критериев, например п2 и пъ. При этом критерий пх выполняется автоматически, поскольку функционально зависит от критериев л2 и пъ. Он показывает, что мгновенный ток, выраженный в долях от установившегося тока, в сходственные моменты времени численно одинаков во всех цепях, имеющих одинаковые критерии Из выражения (4.5) следует, что для фазы обмотки статора отношение дифференциальной индуктивности Ld к активному сопротивлению R модели и оригинала должно быть одинаковым, если процессы рассматриваются в одном и том же масштабе времени. Обеспечить такое соотношение для мощной (оригинала) и маломощной (модели) машины не всегда возможно из-за существенной разницы в активных сопротивлениях R и индуктивностях L, поэтому испытания модели малого размера следует проводить на более высоких частотах вращения, чтобы обеспечить одинаковое значение cot в модели и оригинале. В этом случае условия подобия (4.5) должны быть дополнены критерием гомо-хронности [117, 121], отражающим однородность прохождения процессов во времени
Спроектированный и изготовленный макетный образец (физическая модель) ВИМ рассчитан на максимальную частоту вращения 12000 об/мин, имеет запас по частоте вращения и, следовательно, может быть использован для испытаний. Система управления ВИМ в силовой части содержит IGBT-транзисторы, частотные свойства которых обеспечивают требуемую частоту коммутации. Следовательно, конструкция и параметры физической модели ВИМ и система ее управления не ограничивают требуемый диапазон частот вращения макетного образца ИНЭ при испытаниях.
Результаты математического и физического моделирования потокосцеп-ления фазы обмотки статора оригинала и модели в функции тока и угла поворота ротора представлены на рис. 4.6 и 4.7.
Определим погрешность физического моделирования ВИМ. Основная погрешность моделирования с учетом вводимых масштабов для переменных определяется отклонением зависимости потокосцепления фазы обмотки статора в функции тока и угла поворота ротора относительно статора оригинала и модели согласно рис. 4.6 и 4.7.
На основе сопоставления данных установлено, что при пересчете режимов работы модели в режимы работы оригинала ВИМ наибольшая погрешность в режиме максимального насыщения не превышает 6 %, а в остальных режимах средняя погрешность составляет 3 %.
Рекомендации по внедрению инерционных накопителей энергии
При анализе возможностей накопителей энергии различных типов можно сделать вывод, что ИНЭ наиболее полно обеспечит следующие важные качества (см. табл. 4.3), необходимые для работы в составе тяговой сети железных дорог.
Если накопитель, обладающий значительным запасом энергии, безопасен для человека и окружающей среды, может хранить энергию сколь угодно долго без потерь, прост в обслуживании и занимает не много места для своего размещения, то он имеет хорошие перспективы для использования в составе тяговой сети железных дорог.
В первой главе на рис. 1.9 приведена конструкция ИНЭ и ВИМ, удовлетворяющая требованиям табл. 4.3. Соблюдение первого и второго требований обеспечивается магнитным подвесом маховой массы и вакуумной полостью для ее размещения. Остальные требования могут быть выполнены благодаря модульной конструкции накопителя, герметичному корпусу. Доступ имеется только к электронному преобразователю, расположенному в верхней части накопителя, соединительным кабелям и коммутационной аппаратуре. Преобразователь, в случае выхода из строя электронных компонентов может быть заменен. Остальные части накопителя не обслуживаются и не ремонтируются, поскольку в них отсутствуют узлы, подверженные износу.
Весь модуль накопителя помещается в бетонный бункер, расположенный ниже поверхности земли, который обеспечивает безопасность эксплуатации ИНЭ. Для обеспечения безопасности обслуживания тяговой сети и ИНЭ имеется коммутационная аппаратура в виде разъединителя для визуального контроля разрыва электрической цепи.
На рис. 4.9 изображен ИНЭ с ВИМ.
ВИМ в составе ИНЭ имеет встраиваемую конструкцию (рис. 4.10), связана с внешним источником электрической энергии и потребителями с помощью силового полупроводникового преобразователя.
