Энергоэффективность и качество электроэнергии в сетях 220 кВ питающих тяговые подстанции, в режимах рекуперативного торможения

Автор: Крюков А. В., Суслов К. В., Черепанов А. В., Крюков А. Е.

Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu

Рубрика: Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации

Статья в выпуске: 7 т.17, 2024 года.

Бесплатный доступ

Использование рекуперативного торможения позволяет получить значительное сокращение энергозатрат на осуществление процессов перевозок грузов и пассажиров; при этом снижается негативное воздействие на окружающую среду за счет уменьшения выбросов диоксида углерода. Однако режимы рекуперации характеризуются повышенным потреблением реактивной мощности электровозами, что приводит к ряду негативных эффектов: увеличивается несимметрия напряжений в сетях, питающих тяговые подстанции; возрастают потери активной мощности в линиях электропередачи и трансформаторах. Для количественной оценки положительных и отрицательных эффектов рекуперации разработаны цифровые модели системы тягового электроснабжения двухпутного участка железной дороги с тяговыми сетями 25 кВ и определены режимы их работы при движении поездов. Расчеты выполнялись с помощью программного комплекса Fazonord, версия 5.3.4.1-2024 для двух режимных ситуаций. В первой - рекуперативное торможение не использовалось, а во второй - осуществлялось. Анализировались следующие показатели: активное и реактивное электропотребление; напряжения на пантографах электровозов; несимметрия на шинах 220 кВ тяговых подстанций (ТП); потери активной мощности на головном участке питающей ЛЭП и трансформаторах ТП. Полученные результаты позволили сделать следующие выводы: в режимах с рекуперацией суммарные расходы активной энергии на движение поездов снижаются на 24…27 %, реактивное электропотребление увеличивается в 1,6 раза; средние величины напряжений на токоприемниках электровозов уменьшаются на 4,4 %. Кроме того, наблюдается ухудшение качества электроэнергии по несимметрии и рост потерь активной мощности в трансформаторах и ЛЭП. Предложенная методика является универсальной и может использоваться для анализа режимов систем электроснабжения различной структуры и конструктивного исполнения.

Еще

Системы электроснабжения железных дорог, режимы рекуперативного торможения, качество электроэнергии и энергетическая эффективность

Короткий адрес: https://sciup.org/146282952

IDR: 146282952

Список литературы Энергоэффективность и качество электроэнергии в сетях 220 кВ питающих тяговые подстанции, в режимах рекуперативного торможения

Макашева С. И., Мамаев А. Р. К вопросу повышения энергоэффективности рекуперации электрической энергии в тяговой сети переменного тока. Разработка и эксплуатация электротехнических комплексов и систем энергетики и наземного транспорта. Омск, 2020. 117–124 [Makasheva S. I., Mamaev A. R. On the issue of improving the energy efficiency of electric energy recovery in an alternating current traction network. Development and operation of electrical complexes and systems of energy and ground transport. Omsk, 2020. 117–124 (In Rus.)].
Бакланов А.А., Шиляков А. П. Энергетическая эффективность рекуперативного торможения грузовых электровозов. Известия Транссиба. 4(48). 2021. 11–22. [Baklanov A. A., Shilyakov A. P. Energy efficiency of regenerative braking of electric freight locomotives. News of the Transsib. 4(48). 2021. 11–22 (In Rus.)].
Черепенькин И.В., Хуснутдинов А. Н. Повышение эффективности рекуперативного торможения на электрическом транспорте. Приборостроение и автоматизированный электропривод в топливно-энергетическом комплексе и жилищно-коммунальном хозяйстве. Казань, 2019. 369–374. [Cherepenkin I. V., Khusnutdinov A. N. Improving the efficiency of regenerative braking in electric transport. Instrumentation and automated electric drive in the fuel and energy complex and housing and communal services. Kazan, 2019. 369–374 (In Rus.)].
Способ повышения энергетической эффективности электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможения. Е. В. Буняева, В. Г. Скорик, С. В. Власьевский [и др.]. Электротехника. 2016. 2. 17–20 [A method for increasing the energy efficiency of an alternating current electric locomotive in the mode of regenerative braking. E. V. Bunyaeva, V. G. Skorik, S. V. Vlasyevsky [et al.]. Electrical engineering. 2016. 2. 17–20 (In Rus.)].
Иньков Ю. М., Феоктистов В. П., Третинников О. В. Управление рекуперативным торможением электровоза при ограничении на возврат энергии в контактную сеть. Электротехника. 2015. 9. 9–14 [Inkov Yu. M., Feoktistov V. P., Tretinnikov O. V. Control of regenerative braking of an electric locomotive with a restriction on the return of energy to the contact network. Electrical engineering. 2015. 9. 9–14 (In Rus.)].
Томилов В. С. Моделирование работы электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможения. Вестник Уральского государственного университета путей сообщения. 2021. 2(50). 106–114. [Tomilov V. S. Simulation of the operation of an alternating current electric locomotive in the mode of regenerative braking. Bulletin of the Ural State University of Railway Engineering. 2021. 2(50). 106–114 (In Rus.)].
Никифоров М. М., Вильгельм А. С., Гутников В. И. Влияние параметров и режимов работы системы тягового электроснабжения на эффективность использования энергии рекуперации. Известия Транссиба. 2017. 1(29). 74–83 [Nikiforov M. M., Wilhelm A. S., Gutnikov V. I. Influence of parameters and modes of operation of the traction power supply system on the efficiency of energy recovery. News of the Transsib. 2017. 1(29). 74–83 (In Rus.)].
Никифоров М. М., Вильгельм А. С. Расчет эффективности использования энергии рекуперации на однопутных и двухпутных участках железных дорог постоянного и переменного тока. Вестник транспорта Поволжья. 2018. 2(68). 28–37 [Nikiforov M. M., Wilhelm A. S. Calculation of the efficiency of using recovery energy on single-track and double-track sections of direct and alternating current railways. Bulletin of transport of the Volga region. 2018. 2(68). 28–37 (In Rus.)].
Никифоров М. М., Вильгельм А. С. Влияние энергии рекуперации на уровень потерь в системе тягового электроснабжения. Транспорт Урала. 2017. 2(53). 55–60 [Nikiforov M. M., Wilhelm A. S. The effect of recovery energy on the level of losses in the traction power supply system. Transport of the Urals. 2017. 2(53). 55–60 (In Rus.)].
Черемисин В. Т., Никифоров М. М., Вильгельм А. С. Основные положения методики оценки эффективности использования энергии рекуперации. Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2017. 1(65). 114–120. [Cheremisin V. T., Nikiforov M. M., Wilhelm A. S. The main provisions of the methodology for evaluating the efficiency of energy recovery. Bulletin of the Rostov State University of Railway Engineering. 2017. 1(65). 114–120 (In Rus.)]
Шрамко С. Г. Повышение эффективности эксплуатации электровозов переменного тока в режиме рекуперативного торможения. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. 4(111). 192–199 [Shramko S. G. Improving the efficiency of operation of AC electric locomotives in the mode of regenerative braking. Bulletin of the Irkutsk State Technical University. 2016. 4(111). 192–199 (In Rus.)].
Фролова Е. А., Хлуднев Е. А. Использование рекуперации на железной дороге в целях повышения эффективности. Междисциплинарные исследования. Новосибирск, 2019. 271–277 [Frolova E. A., Khludnev E. A. The use of recuperation on the railway in order to increase efficiency. Interdisciplinary research. Novosibirsk, 2019. 271–277 (In Rus.)].
Кейно М. Ю. Эффективность рекуперативного торможения как критерий выбора вида тяги для новых железных дорог. Известия Транссиба. 2022. 1(49). 32–43. [Keino M. Y. Efficiency of regenerative braking as a criterion for choosing the type of traction for new railways. News of the Transsib. 2022. 1(49). 32–43. (In Rus.)]
Никифоров М. М., Вильгельм А. С. Влияние массы составов и размеров движения поездов на эффективность использования энергии рекуперации на участках железных дорог переменного тока. Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов. Омск, 2018. 129–139 [Nikiforov M. M., Wilhelm A. S. The influence of the mass of trains and the size of train traffic on the efficiency of energy recovery on sections of alternating current railways. Operational reliability of the locomotive fleet and increased efficiency of train traction. Omsk, 2018. 129–139 (In Rus.)].
Черемисин В.Т., Никифоров М. М. Оценка потенциала повышения энергетической эффективности системы тягового электроснабжения. Известия Транссиба. 2013. 2(14). 75–84 [Cheremisin V. T., Nikiforov M. M. Assessment of the potential to increase the energy efficiency of the traction power supply system. News of the Transsib. 2013. 2(14). 75–84 (In Rus.)].
Никифоров М. М., Каштанов А. Л., Кандаев В. А. Методика оценки потенциала энергоэффективности применения рекуперативного торможения. Известия Транссиба. 2012. 1(9). 72–77. [Nikiforov M. M., Kashtanov A. L., Kandaev V. A. Methodology for assessing the energy efficiency potential of regenerative braking. News of the Transsib. 2012. 1(9). 72–77. (In Rus.)]
Незевак В. Л. Расчет параметров и показателей работы системы накопления электроэнергии на участках с рекуперативным торможением электроподвижного состава. Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2021. 1(81). 149–160 [Nezevak V. L. Calculation of parameters and performance indicators of the electric power storage system in areas with regenerative braking of electric rolling stock. Bulletin of the Rostov State University of Railway Engineering. 2021. 1(81). 149–160 (In Rus.)].
Youxing Guo, Tong He, Mo Chen, Qingyuan Wang, Pengfei Sun. Energy-Saving Operation Strategy for Subway Trains Considering Regenerative Brake Energy. 2021 IEEE 2nd China International Youth Conference on Electrical Engineering (CIYCEE). 2021 Publisher: IEEE.
Xubin Sun, Hu Cai, Xiaowei Hou, Mengyang Zhang, Hairong Dong. Regenerative braking energy utilization by multi train cooperation. 17th International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC). 2014 Publisher: IEEE.
Shaobo Song, Qingyuan Wang, Jie Wu. Simulation of multi-train operation and energy consumption calculation considering regenerative braking. Proceedings of the 33rd Chinese Control Conference. 2014 Publisher: IEEE.
Su-Gil Lee, Byeong-Song Lee, Jun-Ho Lee, Chan-Bae Park, Jae-hee Kim, Shin-Myung Jung. A study on regenerative breaking energy on electric multiple unit train. 2013 10th International Conference on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence (URAI). 2013 Publisher: IEEE.
Salman Hajiaghasi, Zahra Rafiee, Ahmad Salemnia, Mansour Rafiee, Mohammad Reza Aghamohammadi, Mostafa Khazae. New Control Strategy for Optimum use of Regenerative Braking Energy in Electric Train based on Energy Storage Systems. 2019 Iranian Conference on Renewable Energy & Distributed Generation (ICREDG). 2019 Publisher: IEEE.
Dick Sang Hoo, Kein Huat Chua, Lee Cheun Hau, Kah Yun Chong, Yun Seng Lim, Xin Rong Chua, Li Wang. An Investigation on Recuperation of Regenerative Braking Energy in DC Railway Electrification System. 2022 IEEE International Conference in Power Engineering Application (ICPEA). 2022 Publisher: IEEE.
Wei Liu, Jiaxuan Xu, Jingkun Tang. Study on control strategy of urban rail train with on-board regenerative braking energy storage system. IECON 2017–43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. 2017 Publisher: IEEE.
Meiyu Song, Xiangwen Shi, Xiaobo Wu, Donglei Sha, Fei Lin, Zhongping Yang. Collaborative Optimization Strategy of Urban Rail Train Operation Curve Based on Regenerative Braking Energy Utilization. 2023 International Conference on Power Energy Systems and Applications (ICoPESA). Publisher: IEEE.
Erchao Chen, Bing Bu, Wenzhe Sun. An Energy-Efficient Operation Approach Based on the Utilization of Regenerative Braking Energy Among Trains. 2015 IEEE 18th International Conference on Intelligent Transportation Systems. Publisher: IEEE.
Luca Pugi, Amedeo Frilli, Daniele Nocciolini, Enrico Meli, Andrea Rindi. Development and validation of a model for the optimization of regenerative braking of high speed trains. IEEE 16th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC). Publisher: IEEE.
Mahdiyeh Khodaparastan, Ahmed Mohamed. Modeling and Simulation of Regenerative Braking Energy in DC Electric Rail Systems. IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC). Publisher: IEEE.
Закарюкин В.П., Крюков А. В. Сложнонесимметричные режимы электрических систем. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та. 2005. 273 [Zakaryukin V. P., Kryukov A. V. Complex symmetric modes of electrical systems. Irkutsk: Publishing house of Irkut. un-ta. 2005. 273 (In Rus.)]
Влияние рекуперативного торможения на энергоэффективность и качество электроэнергии в системах тягового электроснабжения. Ю. Н. Булатов, А. В. Крюков, А. В. Черепанов, А. Е. Крюков. Системы. Методы. Технологии. 2023. 2(58). 69–79. [The effect of regenerative braking on energy efficiency and quality of electricity in traction power supply systems. Yu. N. Bulatov, A. V. Kryukov, A. V. Cherepanov, A. E. Kryukov. The system. Methods. Technologies. 2023. 2(58). 69–79 (In Rus.)]
Закарюкин В. П., Крюков А. В. Моделирование систем тягового электроснабжения постоянного тока на основе фазных координат. Москва: Директ-Медиа, 2023. 156. [Zakaryukin V. P., Kryukov A. V. Modeling of DC traction power supply systems based on phase coordinates. Moscow: Direct Media, 2023. 156 (In Rus.)]

Еще

Статья научная