Содержание к диссертации
Введение
1. Влияние системы тягового электроснабжения на эффективность работы железнодорожного транспорта 11
1Л. Пропускная способность и ее увеличение на железных дорогах мира 11
1.2. Пропускная и провозная способность железных дорог по условиям электроснабжения (как критерий эффективности). 14
1.2.L Методика расчета НПС по методике МПС 15
1.2.2. Методика расчета НПС методами имитационного моделирования на моделях систем тягового электроснабжения 25
1.3. Оценка существующих межпоездных интервалов как показателя пропускной способности 27
1.4. Цели и задачи построения идентификационной модели пропускной способности железных дорог 29
1.5. Выводы 34
2. Экспериментальные исследования факторов, определяющих нагрузочную способность системы тягового электроснабжения 35
2.1. Портрет характеристик электропотребления на участке железной дороги , 35
2.2. Сравнение тяговых расчетов с результатами экспериментальных поездок 40
2.3. Анализ адекватности расчета системы тягового электроснабжения на базе метода имитационного моделирования 45
2.4. Кластерный анализ участков электрифицированных железных дорог 47
2.5. Выводы 53
3. Методика построения динамической модели расчета пропускной способности участка железной дороги 55
3.1. Построение модели расчета СТЭ на основании физических параметров СТЭ 55
3.1.1. Основные принципы расчета 55
3.1.2. Определение нагрузок тяговых подстанций постоянного тока с учетом их внешних характеристик.. 56
3.1.3. Расчет уровня напряжения на токоприемнике электроподвижного состава 57
3.2. Аналитические выражения для расчета минимального межпоездного интервала по условиям электроснабжения 61
3.3. Адаптивная модель расчета пропускной способности 67
3.4. Выводы 71
4. Моделирование нагрузочной способности системы тягового электроснабжения 72
4.1. Оценка элементов нагрузочной способности на базе идентификационной модели 72
4.2. Формирование энергооптимальных интервалов отправления поездов на основании идентификационной модели расчета наличной пропускной способности 78
4.3. Анализ адекватности работы модели 80
4.4. Выводы 88
5. Практическая реализация использования динамической модели расчета пропускной способности электрифицированньгх участков железной дороги 90
5.1. Структурная схема модели и описание ее работы 90
5.2. Описание работы модуля для расчета наличной пропускной способности системы тягового электроснабжения программно — технологического комплекса 92
5.3. Экономическая эффективность от сокращения межпоездного интервала 106
5.4. Выводы 110
Основные выводы и предложения 111
Список использованных источников 112
Приложение 1.
- Пропускная и провозная способность железных дорог по условиям электроснабжения (как критерий эффективности).
- Сравнение тяговых расчетов с результатами экспериментальных поездок
- Аналитические выражения для расчета минимального межпоездного интервала по условиям электроснабжения
- Формирование энергооптимальных интервалов отправления поездов на основании идентификационной модели расчета наличной пропускной способности
Введение к работе
На современном этапе развития и эксплуатации электрифицированных железных дорог на первый план выдвигаются задачи наиболее полного использования пропускной способности участков /1/. В последние годы наметилась тенденция проведения поездов повышенной массы и длины, что усложнят условия работы системы электроснабжения, особенно на дорогах постоянного тока /2/, Это привело к тому, что пропускная способность устройств электроснабжения определяет пропускную способность участков.
Существуют методики МПС РФ по расчету наличной пропускной способности (НПС), основанные на оценке элементов нагрузочной способности системы тягового электроснабжения (СТЭ): мощности силового оборудования тяговых подстанций (ТП), нагреву проводов контактной сети, напряжению на токоприемнике электроподвижного состава, условиям работы защиты от токов короткого замыкания, нагрузочной способности элементов обратной тяговой сети /3/.
Недостаток данных методик заключается в том, что расчет ведется исходя из усредненных данных по нагрузке, полученной из тяговых расчетов, при этом: результаты НПС носят так же усредненный характер, не дается рекомендаций по мероприятиям для увеличения НПС, не дается рекомендаций по усилению СТЭ, не дается рекомендаций по мероприятиям оперативного регулирования режимами тяговой нагрузки с целью оптимизации пропускной способности.
Существуют модели и программные средства расчета нагрузочной способности СТЭ, посредством которых возможна оценка НПС методами имитационного моделирования (NORD-3, Кортэс). В результате моделирования поездной ситуации с установленным априорным межпоездным интервалом и т.д., могут быть получены параметры СТЭ в разрезе: напряжений на токоприемниках электроподвижного состава, температуры проводов контактной сети, расхода и потерь электроэнергии.
Далее по результату экспертной оценки технологами (расчетчиками) сравниваются параметры СТЭ (напряжение на токоприемниках электроподвижного состава, температура проводов контактной сети, расход и потери электроэнергии) с допустимыми, определенными «Правилами технической эксплуатации» (ПТЭ) и т.д. Изменяя размеры движения, межпоездные интервалы, параметры СТЭ (напряжение холостого хода тяговых подстанций, мощность СТЭ) можно добиться соответствия между допустимыми параметрами и модельными (напряжение на токоприемниках электроподвижного состава, температура проводов контактной сети, расход и потери электроэнергии). При этом в расчете отсутствует функция проверки адекватности результатов расчета. В связи с выше изложенной технологией расчета НПС модели NORD-3 так же присущ ряд недостатков: ограниченность полигона железной дороги; отсутствие данных об адекватности модели; ограничение в плане формирования графика движения поездов; кроме того, оценка нагрузочной способности участков определяется в результате статистического моделирования прохода поездов в прямом и встречном направлениях при котором может возникнуть ситуация встречи поездов на значимых по потреблению участках, вследствие чего может возникнуть режим например кратковременного снижения уровня напряжения на токоприемнике электроподвижного состава ниже уровня ПТЭ и т.п., в результате данного краткосрочного снижения и выбраковываются как не прошедшие по условиям ограничения СТЭ целые межподстанционные участки, хотя может быть достаточно проведение мероприятий по сдвижке поездов встречного направления.
Таким образом, необходимо построение идентификационной модели расчета СТЭ с реализацией функций;
- мониторинга дислокации поездов согласно графика исполненного
движения (ГИД);
- расчета режимов СТЭ и электропотребления по тяговым подстанциям
расчетного участка;
- сбора информации об электропотреблении по тяговым подстанциям
СТЭ из базы данных автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ);
- оценки адекватности расчета параметров СТЭ на базе сравнения
расчетных с реальными процессами электроснабжения и настройки
параметров модели СТЭ;
- поиска достоверных межпоездных интервалов при вариации размеров движения и количественных показателей поездной работы на участке.
Именно построению идентификационной модели расчета наличной пропускной способности системы тягового электроснабжения постоянного тока посвящена диссертационная работа.
Целью работы является совершенствование методов расчета наличной пропускной способности и межпоездных интервалов на участках железных дорог постоянного тока по условиям, удовлетворяющим требованиям эксплуатации
Для достижения этой цели необходимо решить следующие теоретические и экспериментальные задачи:
провести анализ существующих методов расчета наличной пропускной способности СТЭ постоянного тока с позиции оценки их адекватности реальным условиям функционирования;
провести статистический анализ факторов, определяющих нагрузочную способность СТЭ и выбрать факторы, наиболее адекватно отражающие режимы эксплуатации;
провести кластерный анализ участков постоянного тока с целью выявления соответствия между типом профиля пути, типом СТЭ и определенной величиной межпоездного интервала;
разработать имитационную модель оценки межпоездных интервалов по нагрузочной способности СТЭ, включающую процедуру адаптации результатов расчетов к реальным процессам;
разработать программно-технологические средства расчета
межпоездных интервалов и наличной пропускной способности по условиям
СТЭ;
6) провести экспериментальные исследования функционирования разработанных программно-технологических средств расчета.
Объект и предмет исследования: система тягового электроснабжения, минимальные межпоездные интервалы движения поездов и их оптимизация по критерию работы системы электроснабжения в соответствии с требованиями ПТЭ.
Основные методы научных исследований. При решении поставленных в диссертации задач использовались методы математического анализа, методы структурного синтеза моделей, теория вероятностей, математическая статистика, методы идентификации при построении моделей и алгоритмов.
Научная новизна состоит в следующем:
разработана комплексная методика расчета наличной пропускной способности участков железных дорог, включающая:
аналитические зависимости для определения межпоездных интервалов, учитывающих параметры СТЭ, характер тяговой нагрузки и режимы движения поездов на расчетном участке;
- идентификационную модель оценки межпоездных интервалов и режимов СТЭ с контролем адекватности показателей расчетного и реального уровней электропотребления на участке.
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций диссертации подтверждены результатами экспериментальных исследований.
Практическая ценность работы заключается в следующем. На базе проведенных теоретических и экспериментальных исследований был создан ряд программно-технологических средств, позволяющих произвести расчеты наличной пропускной способности СТЭ постоянного тока. Повышается точность и адекватность расчета.
Новизна практических результатов подтверждена свидетельством на
полезную модель, девятью свидетельствами об официальной регистрации
программ для ЭВМ, одним свидетельством о регистрации базы данных и тремя свидетельствами о регистрации интеллектуальных продуктов.
Внедрение результатов работы. Методика расчета наличной пропускной способности СТЭ используется в службе электроснабжения Куйбышевской железной дороги - филиале ОАО «РЖД», программно-технологический комплекс «Расчет наличной пропускной способности» (ПТК РНПС-ЭЧ) используется в Дорожной электротехнической лаборатории и 7-ми энергоучастках Куйбышевской железной дороги для расчетов системы тягового электроснабжения при пропуске поездов повышенной массы и длины. Теоретические положения работы используются в учебном процессе по дисциплинам специальности 19.04,01 — Электроснабжение железных дорог.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались: на первом и втором международном симпозиуме «Электрификация и научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте» (Санкт - Петербург, Eltrans 2001, 2003 г.г.); на 3-ей международной научно-технической конференции «Безопасность транспортных систем» (Самара, 2002 г.); на международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития транспортных систем и строительного комплекса» (Гомель, 2003 г.); на всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» (Екатеринбург, 2003г.); на расширенном заседании кафедры «Электроснабжения железнодорожного транспорта» СамГАПС (2004 г.); на технических совещаниях службы электроснабжения Куйбышевской железной дороги (2002, 2003, 2004 г.г.); на сетевом совещании главных инженеров служб электроснабжения ОАО "РЖД", (Москва, РГОТУПС, 2003 г.); на сетевом совещании начальников служб электроснабжения железных дорог ОАО "РЖД" (Самара, 2004 г.).
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 25 печатных
10 работах, включающих 4 статьи и тезисов доюіадов 7, 1 свидетельство на
полезную модель, 9 свидетельств об официальной регистрации программ
для ЭВМ, 3 свидетельства о регистрации интеллектуального продукта и одно
свидетельство о регистрации базы данных.
Пропускная и провозная способность железных дорог по условиям электроснабжения (как критерий эффективности).
Пропускную способность рассчитывают для параллельного и непараллельного графиков. Тип графика (парный, непарный, пакетный, частично-пакетный и т.д.) определяется в зависимости от соотношения размеров движения в грузовом и обратном направлениях ожидаемого объёма перевозок. При наличии специальных заданий пропускную способность устанавливают для любого типа графика, который может быть применен на данном участке. Пропускную способность железнодорожной линии рассчитывают по участкам, которые характеризуются примерно одинаковыми размерами движения между станциями зарождения и погашения крупных грузовых и пассажирских потоков, между сортировочными станциями и т.д.). Различают понятия наличной, проектной и потребной пропускной способности.
Наличной называют пропускную способность, которая может быть реализована при существующей технической оснащенности участка без выполнения каких-либо капитальных работ. Проектной называют пропускную способность, которая может быть достигнута при осуществлении намеченных реконструктивных мер или строительных работ по усилению технической оснащенности участка. Потребной называют пропускную способность, которой должен располагать участок для пропуска заданных грузо- и пассажиропотоков с учётом резерва, определяемого государственными соображениями на каждом конкретном направлении. При установлении резерва учитывают: необходимый запас мощности линий на ближайшую перспективу для освоения возрастающих перевозок; потребность в ремонте мостов и тоннелей, реконструкции и капитальном ремонте пути, устройств электроснабжения и т. п.; потребность в выполнении работ для дальнейшего увеличения пропускной способности линии; степень неравномерности перевозок. Для выполнения работ по текущему содержанию пути и контактной сети, как правило, выделяется время в периоды снижения размеров перевозок /4/,
Наименьшая из пропускной способности, рассчитанной па основе пропускной способности перегонов, станций, устройств электроснабжения, тяговых, экипировочных, элементов, определяет пропускную способность участка.
Наличная пропускная способность системы тягового электроснабжения расчетного участка представляет собой наибольшее число поездов, которое может быть пропущено по этому участку в сутки в каждом направлении отдельно по каждому из следующих показателей нагрузочной способности системы тягового электроснабжения: мощности силового оборудования тяговых подстанций; нагреву проводов контактной подвески; напряжению на токоприемниках электроподвижного состава /3/.
Наличная пропускная способность системы тягового электроснабжения определяется при заданных: параметрах системы тягового электроснабжения; массах и типах поездов и их количественном соотношении; способе организации движения; типах электроподвижного состава.
Наличная пропускная способность системы тягового электроснабжения проверяется по условиям работы защиты от токов короткого замыкания и по нагрузочной способности элементов обратной тяговой сети.
Наличная пропускная способность системы тягового электроснабжения по каждому из вышеперечисленных показателей нагрузочной способности определяется отдельно по каждой тяговой подстанции и по каждой меж подстанционнои зоне расчетного участка; наименьшая величина определяет пропускную способность расчетного участка по данному показателю. Наличная суточная пропускная способность системы тягового электроснабжения при параллельном графике в поездах в каждом направлении: где trexn - продолжительность технологического «окна»; Он - коэффициент надежности соответствующей группы оборудования системы тягового электроснабжения (определение приведено в приложении 1.1); t - для двухпутных участков t = j ( j - межпоездной интервал ), для однопутных t = Тп - /З (Тп - период графика движения на лимитирующем перегоне, (3 - коэффициент непарности размеров движения в рассматриваемом направлении); при расчете по мощности подстанций t соответствует пропуску поездов, средневзвешенных по расходу электроэнергии; при расчете по нагреву проводов и по напряжению на токоприемнике t соответствует пропуску «смешанной» пачки поездов — средневзвешенных и наибольшей расчетной массы. Результативная суточная пропускная способность расчетного участка по системе тягового электроснабжения при параллельном графике движения принимается наименьшей из определенных по формуле (1.1) значений пропускной способности по трем показателям нагрузочной способности. Для характеристики интенсивных периодов работы расчетного участка проводится определение межпоездных интервалов (периода графика движения на однопутном участке) при пропуске поездов наибольшей установленной массы. Для периода «окна» рассчитывается межпоездной интервал в пачке соединенных поездов и в пачке поездов наибольшей установленной массы в режиме работы однопутного участка. Результативная суточная пропускная способность при непараллельном графике движения определяется с учетом съема поездами различных типов пропускной способности, определенной при параллельном графике движения в грузовых поездах. Далее определяется по — число поездов, которое может одновременно находиться в зоне питания рассматриваемой подстанции исходя из мощности каждого из расчётных элементов силового оборудования. Для системы постоянного тока 3 кВ к расчётным элементам силового оборудования относятся: выпрямители, понизительные (на подстанциях с двойной трансформацией) и тяговые трансформаторы.
Сравнение тяговых расчетов с результатами экспериментальных поездок
Для экспериментальных исследований характера токовой нагрузки было произведено сравнение токовой характеристики, полученной в результате экспериментальной поездки (поезд массой 6330 тонн), с тяговыми расчетами пакета «Кортэс» при учете действующих ограничений скорости (рис.2.3). Из сравнения видно, что результаты тяговых расчетов превышают результаты экспериментальных исследований. По этому при расчете СТЭ целесообразно использовать экспериментальные характеристики как более точные. Тяговые расчеты целесообразно использовать для выявления граничных возможностей СТЭ в случае невозможности проведения экспериментальных поездок на участках. Подобный результат уже имелся в /58/.
Согласно правил тяговых расчетов, при электрической тяге определение токов электровозов происходит с использованием токовых характеристик тяговых двигателей электровозов /59/.
При дальнейшем рассмотрении было произведено сравнение токовых характеристик ЭПС массой 6330 тонн с двумя электровозами ВЛ10У, объединенными по системе СМЕТ: экспериментальных поездок; тяговых расчетов «Кортэс», проведенных с учетом действующих ограничений скорости на момент проведения экспериментальных поездок; токовых характеристик из правил тяговых расчетов /54/, т.е. при условии напряжения на токоприемнике 3000В (рис. 2.4).
Немаловажным фактором, определяющим соответствие результатов расчета реальным параметрам электроснабжения, является скоростные режимы вождения поездов. От этого фактора зависит время прохождения поездами межподстанционных зон, а следовательно, и объемы электропотребления /60, 61/. характеристики, показывающие плотность вероятности /62/ скорости и тока поезда массой 6330 тонн по экспериментальным поездкам и тяговым расчетам при условии ограничений скорости, действующих на момент проведения экспериментальной поездки. Результаты сравнения представлены в таблице 2.4.
Проведенные сравнения позволяют утверждать, что использование данных экспериментальных поездок для поездов дифференцированной массы при расчете СТЭ повысит точность определения пропускной способности железных дорог по условиям электроснабжения.
К настоящему времени известны методики, программные средства, разработанные во и в ряде других отраслевых вузах, использующие при расчетах объемов электропотребления методики оценки показателей эффективности ее использования /18-36, 63/. Разработаны отраслевые методики и программные средства расчетов электропотребления для депо, отделения, дороги по показателям объемов интегрированной поездной работы и характеристик используемых ЭПС. Широко известны программные комплексы по расчету нагрузочной способности систем электроснабжения NORD разработки ВНИИЖТ /25/.
Основная проблема использования перечисленных методик заключается в способе задания исходной информации: в интегрированном характере оценки поездной работы на участке, в способе задания режимов тяговой нагрузки, которая, как правило, определяется по результатам тяговых расчетов, либо по результатам экспериментальных поездок ограниченной выборки.
В качестве анализа работы пакета КОРТЭС по расчету системы тягового электропотребления было проведено сравнение величины тягового электропотребления с данными АСКУЭ (рис. 2.6).
В качестве исходного графика движения в модели ВНИИЖТ использовался график исполненного движения, а в качестве исходной токовой характеристики использовались данные экспериментальной поездки.
Как видно из сравнения, модель имеет расхождение с реальным электропотреблением (до 45 %). Расхождение реальных данных с данными модели ВНИИЖТ обусловлено расхождением реальных времен хода поездов по участку. При этом результат модели ВНИИЖТ можно приблизить к реальным данным при условии совпадении времен хода поездов по участку.
К настоящему времени уже известен опыт анализа профиля пути по среднеквадратическому отклонению уклонов для расчета системы тягового электроснабжения (МИИТ) /57/. Оценка вероятностно-статистических характеристик так же применялась в моделях систем тягового электроснабжения (УрГУПС) /19/.
Так же был проведен кластерный анализ 11-ти участков Куйбышевской железной дороги с различным типом профиля пути и различными параметрами системы тягового электроснабжения. В результате анализа по параметрам профиля пути (уклона, токовой нагрузки и их среднеквадратических отклонений) были выделены типы профиля пути, которые соответствуют 4-ем типам профиля по классификации МИИТа /57/.
На рисунках 2.7 и 2.8 приведены дендограммы общности участков по уклонам и параметрам системы тягового электроснабжения, построенные по результатам кластерного анализа. Дендограмма представляет собой представление степени близости объектов в Евклидовом пространстве. Результаты кластерного анализа сведены в таблицу 2.5.
Из рисунка 2.8 видно, что существует две группы участков: первую группу составляют участки с менее мощной системой электроснабжения (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8), вторую группу составляют участки с более мощной системой тягового электроснабжения (9, 10 и 11). При этом, на дендограмме рядом с номером участка указан тип его профиля по классификации МИИТа. Из рисунка видно, что на участках 1, 2, 7 и 8, система тягового электроснабжения относится к 1-му типу, т.е. менее мощная, профиль пути же на двух участках относится к 3-му типу (IV-ый тип профиля по классификации МИИТа). Далее для данных участков был произведен расчет минимальных межпоездных интервалов как показателя пропускной способности (табл.2.5). Как видно из таблицы, именно участки 1, 2, 7 и 8 лимитируют пропуск поездов по всей дороге. Сложный характер профиля пути этих участков обуславливает большие токовые нагрузки, система тягового электроснабжения этих участков недостаточно мощная. В связи с вышеизложенным, представляется возможность классифицировать участки электрифицированных железных дорог не только по характеру профиля пути, но и по параметрам системы тягового электроснабжения. В таблицах 2,7 и 2.8 приведены данные, на основе которых производился кластерный анализ участков. В результате существующую классификацию участков железных дорог можно пополнить классификацией по параметрам системы тягового электроснабжения. В таблице 2.8 приведены усредненные параметры системы тягового электроснабжения для 2-х типов участков. Используемая методика позволяет выявить соответствие между ожидаемой величиной межпоездного интервала, типом профиля пути и типом СТЭ на основании регрессионного уравнения вида;
Аналитические выражения для расчета минимального межпоездного интервала по условиям электроснабжения
Согласно инструкции МПС, приведенной выше, расчет наличной пропускной способности системы тягового электроснабжения строится на средних токах в пределах межподстанционных зон (см. приложение 2). При этом расчет тока тяговых подстанций производится в предположении того, что тяговая нагрузка в пределах межподстанционных зон распределяется только на тяговые подстанции, образующие межподстанционную зону. Рассмотрим на базе модели системы тягового электроснабжения /78/, как распределяется тяговая нагрузка по тяговым подстанциям расчетного участка.
В качестве примера рассмотрим участок Абдулино - Кинель Куйбышевской железной дороги. Данный участок включает 18 тяговых подстанций. При прохождении электроподвижного состава по данному участку тяговый ток электровоза будет одновременно распределяться между несколькими тяговыми подстанциями. Основными факторами, оказывающими влияние на распределение тягового тока между подстанциями, являются сопротивление тяговой сети, мощность тяговых подстанций, их внутреннее сопротивление и схема питания контактной сети на перегоне /89/. На рисунке 3.4 представлены токи тяговых подстанций в зависимости от дислокации электровоза с нормированной тяговой нагрузкой, равной средней нагрузке участка (1420 А).
По совокупным параметрам системы тягового электроснабжения тяговые подстанции расчетного участка будут отличаться друг от друга. В качестве основного критерия классификации тяговых подстанций будем брать зону питания тяговой подстанции. Таким образом, на рассматриваемом участке можно выделить три основных типа тяговых подстанций /73/: 1 - тяговые подстанции с малой зоной питания, мощность этих подстанций сравнительно невысока, или их внутренне сопротивление большое и поэтому на них приходится небольшая доля тягового тока; 2 - тяговые подстанции со средней зоной питания, мощность этих подстанций достаточно высока, однако сопротивление тяговой сети прилегающих фидерных зон достаточно большое, в силу чего зона влияния тяговой подстанции снижается; 3 - тяговые подстанции с большой зоной питания, мощность этих подстанций высока и сопротивление прилегающих фидерных зон небольшое, поэтому на тяговые подстанции этой группы приходится значительная доля тягового тока. На рисунке 3.5 представлены зоны питания для трех основных типов тяговых подстанций. На характер "крыльев" зон питания тяговых подстанций влияют такие параметры как сопротивление тяговой сети и внутреннее сопротивление тяговой подстанции. Зависимость тока тяговой подстанции от удаленности электроподвижного состава можно задать уравнением регрессии /62/. Наиболее оптимально такую зависимость опишет экспоненциальная функция в виде: Тогда для тяговых подстанций, характеристики которых приведены на рисунке 3,5, при токовой характеристике, равной 1000 А, можно записать: Т/п Кисла: 1Кисм+ =456,083 -ехр(- ОДЫ); IКисла- = 330,417 ехр(0,094-/). (3.6) Причем, индекс "+" означает удаление ЭПС в четном направлении от тяговой подстанции, т.е. в сторону возрастания километража, а индекс "-" в нечетном, т.е. в сторону убывания километража. Подобным образом можно описать и зависимость тока фидера от дислокации нагрузки, при этом характер зависимости будет соответствовать схеме соединения контактных подвесок с помощью ПС и ППС (рис. 3.6). Использование характеристик распределения нагрузки по ТП в совокупности с токовыми нагрузками ЭПС и координатой дислокации поезда на участке позволило получить выражения для уточненного расчета межпоездного интервала согласно структуре, аналогичной выражениям 1.18: зависимости; 1Нормир. " значение нормированной токовой нагрузки /, / " среднее значение тока поезда заданной массы при дискретизации п по 1-ому и 2-ому пути; N, п — количество точек и текущий номер точки дискретизации токовых реализаций в межподстанционной зоне s или секции т (участке между 2-мя соседними раздельными пунктами); j расчетное значение межпоездного интервала; S, s - количество и текущий номер расчетной межподстанционной зоны на участке; М, т - количество и текущий номер расчетной секции на участке; другие переменные описаны в п. 1.2.1 .
Аналитические выражения 3.9 позволяют одновременно производить исследование влияния параметров СТЭ на величину межпоездных интервалов. Однако адекватность расчета может быть оценена только на основании сопоставления результатов расчета с некоторым экспериментально наблюдаемым параметром. В работе в качестве данного параметра выбрана величина электропотребления W по ТП. . Адаптивная модель расчета пропускной способности Построение модели организовано на использовании методов адаптивной идентификации параметров модели электропотребления /66/. На рисунке 3.7 представлена блок-схема организации идентификационной модели мониторинга. Вход X(t) представляет собой многопараметрический процесс, отражающий поездную работу на участке и содержащий информацию о характеристиках поездов: их весовой норме, скорости следования, длине состава и характере вагонного состава поезда. Л» где x - параметры: масса поездов, характер движения, скоростные режимы и т.д, п — число моментов времени, т - число параметров. Выход Y(t) представляет собой многопараметрический информационный процесс, содержащий данные о параметрах работы системы тягового электроснабжения: электропотреблении на участке в разрезе тяговых подстанций, уровнях напряжения в контактной сети, токах в элементах системы, температуре нагрева проводов тяговой сети. рк где у — параметры: электропотребление на участке в разрезе тяговых подстанций, уровни напряжения в контактной сети, токи в элементах системы, температура нагрева проводов тяговой сети, h — число моментов времени, р — число параметров. Выход Y (t) - многопараметрический информационный процесс модели СТЭ, содержащий данные расчетных режимов выхода Y(t); n, m - число параметров. Объект СТЭ в данном представлении является информационным преобразователем показателей поездной работы в показатели параметров электроснабжения. Модель СТЭ реализована на базе модели физических параметров СТЭ участка, включающей в себя характеристики токораспределения ТП (рис. 3.4). Стратегический идентификатор реализован на базе аналитических выражений 3.9. Оперативный идентификатор предназначен для вычисления уточненных межпоездных интервалов на базе коррекции токовой нагрузки ЭПС. Коррекция токовой нагрузки в виде
Формирование энергооптимальных интервалов отправления поездов на основании идентификационной модели расчета наличной пропускной способности
На участках железных дорог одна тонно-колометровая работа может осуществляться при различной организации движения поездов, т.е. поездами различной массы при различных межпоездных интервалах. В ранее проведенных исследованиях /90-92/ были выявлены зависимости электропотребления от ряда показателей поездной работы. Произведем расчет энергооптимальных межпоездных интервалов для участков с различным типом профиля, приведенных выше.
При этом расчет будем производить при условии того, что на участке осуществляется максимальный объем тонно-километровой работьі при соблюдении требований ПТЭ, т.е. на предельных возможностях СТЭ. По результатам расчета минимальных межпоездных интервалов для поездов дифференцированной массы в обоих направлениях на 3-ех различных участках, соответствующих различным типам профиля пути, приведенных в п. 2.1., произведем расчет расхода электроэнергии на тягу и тонно-километровой работы. Результаты расчета приведены в таблицах 4.4 -4.6 и на рисунках 4.9 - 4.11. На рисунках 4.5 - 4.11 заштрихованная область означает, что данное сочетание весовых норма поездов встречного направления не может быть проведено. Из топограмм, представленных на рисунках 4.9 - 4.11, видно, что энергооптимальным вариантом организации движения для участков являются; 1 Участок Кинель Похвистнево. 5000 - 6000 тонн в нечетном направлении и 2000 - 3000 тонн в четном направлении; 2 Участок Похвистнево - Абдулино. 4000 - 6000 тонн в нечетном направлении и 2000 -3000 тонн в четном направлении; 3 Участок Пенза - Кузнецк. 4000 - 6000 тонн в нечетном направлении и 2000 — 3000 тонн в четном направлении. На рисунке 4.8 показано преобразование поверхности, построенной по результатам расчетов, в топограмму для лучшей визуализации расчетов. Ключевым моментом в оценке межпоездных интервалов, согласно предложенной идентификационной модели (рис. 3.7), является адекватность расчетного W (t) и реального W(t) электропотреблення, в связи с чем, экспериментальные исследования были направлены на моделирование режимов электропотребления на ТП участка и оценку влияния данных режимов на межпоездной интервал. На рис. 4.12 приведены результаты проведенных исследований на модели участка Куйбышевской железной дороги Пенза - Кузнецк (120 км) за сутки. По оси абсцисс показаны получасовые интервалы времени t, по оси ординат объем эпектропотребления W(t). Реализация 1 - фактическое электропотребление АСКУЭ, реализация 2 - результаты моделирования по программе КОРТЭС (ВНИИЖТ), реализация 3 - результат моделирования на идентификационной модели без адаптации, реализация 4 - результат моделирования на идентификационной модели после подстройки по уровню токовой нагрузки ЭПС. Результаты моделирования, оцениваемые по значению коэффициента корреляции фактического электропотребления с модельными показали, что предлагаемая идентификационная модель обладает более высокой степенью адекватности по сравнению с известными моделями.
Более высокая степень адекватности разработанной модели связана с использованием реальных экспериментальных токовых и скоростных характеристик движения ЭПС и использованием алгоритмов адаптации.
Повышение точности моделирования режимов работы СТЭ приводит к уточнению оценки межпоездных интервалов более чем на 20 %.
Адаптивный характер модели позволяет производить настройку параметров модели СТЭ; осуществлять поиск оптимальных межпоездных интервалов при вариации размеров движения и количественных показателей поездной работы на участке, при вариации параметров СТЭ (напряжение холостого хода ТП, мощность ТП и др.).
В результате проведенного моделирования созданных программно-технических средств были сделаны следующие выводы: 89. На базе использования идентификационной модели были рассчитаны энергооптимальные режимы пропуска поездов на участках с различным типом профиля пути. Критерием оптимальности была минимизация удельного расхода электроэнергии на движение поездов. 2. На созданной идентификационной модели имеется возможность получить некоторую вариативность (диапазон) изменения минимальных межпоездных интервалов при сохранении уровня грузопотока. 3. Использование идентификационного контура позволяет повысить точность расчета модели на 20 %. На базе инструкции МПС по расчету наличной пропускной способности системы тягового электроснабжения постоянного тока была создана идентификационная модель для расчета наличной пропускной способности /85-87/. Структурная схема модели приведена на рисунке 5.1, алгоритм модуля расчета наличной пропускной способности программы, созданной на базе модели,, приведен в приложении 2. Модель работает следующим образом. Исходный график движения поступает на вход блока конвертации графика движения устройства ведения и анализа графика движения, в котором суммируется информация со всех кругов полигона железной дороги, информация с блока конвертации графика движения поступает на первый вход блока коррекции графика движения, в котором происходит коррекция графика движения, информация с блока коррекции графика движения поступает на вход блока выходных данных графика движения, в котором происходит визуализация проделанной и предстоящей поездной работы на участке. Полученный график движения поступает на вход блока исходных данных устройства моделирования работы системы тягового электроснабжения, где происходит формирование задания на работу устройства моделирования работы системы тягового электроснабжения, информация из блока исходных данных через блок коррекции работы устройства поступает на вход блока расчета системы тягового электроснабжения, в котором происходит определение всех энергетических параметров и расчет наличной пропускной способности. Данные об электропотреблении с первого выхода блока расчета системы тягового электроснабжения поступают на первый вход блока контроля адекватности, а данные о реальном электропотреблении поступают с выхода устройства конвертации данных АСКУЭ на второй вход блока контроля адекватности, в котором происходит контроля адекватности работы устройства моделирования работы системы тягового электроснабжения, информация с блока контроля адекватности работы поступает на вход блока коррекции работы устройства, в котором происходит коррекция работы устройства моделирования движения системы тягового электроснабжения. На вход блока конвертации данных АСКУЭ устройства конвертации данных АСКУЭ поступают реальные данные АСКУЭ. Информация об результатах расчетов наличной пропускной способности и энергооптимальном режиме движения режиме движения (в соответствии с /64, 88/) поступает со второго выхода блока расчета системы тягового электроснабжения устройства моделирования работы системы тягового электроснабжения на второй вход блока коррекции графика движения устройства ведения и анализа графика движения.
