Содержание к диссертации
Введение
1. Общие критерии, определяющие целесообразность применения НЭ на ж.д. транспорте
1.1 Основные типы НЭ для использования в ЭЭС и их сопоставимый анализ 9
1.1.1. Гидроаккумулирующие электростанции 11
1.1.2. Инерционные накопители энергии 12
1.1.3. Электрохимические накопители энергии 13
1.1.4. Топливные элементы 14
1.1.5. Сверхпроводниковые индуктивные накопители энергии 15
1.1.6. Емкостные накопители электрической энергии 16
1.1.7. Линейные накопители электрической энергии 18
1.2. Возможные варианты расположения НЭ в ЭЭС 19
1.2.1. Использование НЭ во внешней ЭЭС 20
1.2.2. Использование НЭ в системе тягового электроснабжения электрических железных дорог 21
1.3. Определение наиболее подходящего типа НЭ для использования в СТЭ ж.д. постоянного тока и его предварительные параметры 24
2. Разработка имитационной модели работы НЭ в СТЭ
2.1. Имитационная модель СТЭ 27
2.1.1. Моделирование профиля 29
2.1.2. Моделирование тягового расчета 30
2.1.3. Моделирование графика движения поездов 33
2.1.4. Моделирование сети ТП и ТС 34
2.1.5. Моделирование работы СТЭ 34
2.1.5.1. Формирование множества мгновенных схем 35
2.1.5.2. Формирование схемы замещения 35
2.1.5.3. Решение множества мгновенных схем 36
2.1.6. Формирование базы данных и статистическая обработка результатов расчета 36
2.2. Имитационное моделирование работы НЭ в СТЭ 37
2.2.1. Математическая модель работы НЭ 37
2.2.2. Моделирование режимов работы НЭ 40
2.2.2.1. Режим заряда НЭ от напряжения тяговой сети 40
2.2.2.2. Режим заряда НЭ от рекуперирующего электропоезда 41
2.2.2.3. Режим разряда НЭ на тяговую нагрузку 41
2.2.3. Общая методика определения режимов работы НЭ и их моделирование 42
3. Разработка схемы и конструкции ЕНЭ для пригородных участков ж.д. постоянного тока.
3.1. Схема подключения ЕНЭ к СТЭ 47
3.2. Электрическая схема ЕНЭ и принцип ее работы 49
3.3. Оценка КПД ЕНЭ 69
3.4. Конструкция ЕНЭ 70
3.4.1. Накопительный модуль 71
3.4.1.1. Расчет емкости НЭ 71
3.4.1.2. Выбор конденсаторов 72
3.4.2. Зарядное устройство 74
3.4.2.1. Разработка конструкции "ЗД" ЗУ 74
3.4.2.2. Полупроводниковая и коммутационная аппаратура 75
3.4.3. Блок управления 78
3.5. Массо-габаритные параметры установки ЕНЭ 79
3.6. Оценка стоимости ЕНЭ 79
4. Разработка схемы и конструкции и ИНЭ для пригородных участков ж.д. постоянного тока
4.1. Конструкция ИНЭ 82
4.1.1. Общая принципиальная схема ИНЭ и принцип ее работы 82
4.1.2. Накопительный модуль 82
4.1.2.1. Маховик 86
4.1.2.2. Мотор-генератор 88
4.1.2.3. Вспомогательные системы 91
4.1.3. Блок управления 93
4.2. Оценка КПД ИНЭ 95
4.3. Оценка стоимости и массо-габаритных параметров установки ИНЭ 98
5. Экономическая оценка эффективности использования НЭ в СТЭ постоянного тока 3,3 кВ
5.1. Определение полигона эффективного использования НЭ в СТЭ ж.д. транспорта 100
5.2. Моделирование типичного участка ж.д. постоянного тока и проведение массовых расчетов по определению основных параметров СТЭ с использованием НЭ и без них 101
5.3. Расчет срока окупаемости накопительной системы и общего экономического эффекта от использования НЭ 111
5.4. Другие виды ущербов у СТЭ и ее потребителей, снижение которых определяет экономическую эффективность использования НЭ на ж.д. транспорте 113
5.4.1. Повышение качества электроэнергии 114
5.4.2. Выравнивание нагрузки 114
5.4.3. Рациональное использование избыточного тока рекуперации 115
5.4.4. Снижение капитальных вложений при строительстве ТП 116
5.4.5. Снижение капитальных вложений при строительстве ЛЭП 117
5.4.6. Снижение стоимости электроэнергии по тарифу, в зависимости от мощности 117
5.4.7. Повышение надежности СТЭ в целом 118
5.4.8. Снижение вредного экологического воздействия 118
Выводы 120
Литература 122
Приложения 131
- Определение наиболее подходящего типа НЭ для использования в СТЭ ж.д. постоянного тока и его предварительные параметры
- Общая методика определения режимов работы НЭ и их моделирование
- Мотор-генератор
- Моделирование типичного участка ж.д. постоянного тока и проведение массовых расчетов по определению основных параметров СТЭ с использованием НЭ и без них
Введение к работе
з .
Актуальность темы. Для современной энергетики, как стационарной, так и автономной, важное значение приобретают интенсивные формы развития, выдвигающие повышенные требования к качественным показателям энергетических установок.
В настоящее время произошло существенное изменение условий работы электрифицированных железных дорог. Перевозки во второй половине 90-х годов сократились более чем вдвое по сравнению с ранее достигнутым максимумом. Доходная ставка по перевозкам относительно 1990 года увеличилась примерно в 8000 раз, а тариф на электроэнергию, потребляемую железнодорожным транспортом, более чем в 20000 раз. Это привело к росту до 25% доли расходов по оплате за электроэнергию в эксплуатационных затратах отдельных железных дорог.
В соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 02 ноября 1995г. № 1087 "О неотложных мерах по энергосбережению", Постановлением коллегии МПС РФ № 35 от 21 декабря 1994г., Указанием МПС от 12 января 1995г. № Н-100у, Указанием МПС от 09 декабря 1995г. № А-938у, Указанием МПС № А-478у от 30 апреля 1996г. "Об отраслевой программе по сбережению топливно-энергетических ресурсов" на первое место выдвигаются энергосберегающие мероприятия. Все это говорит о серьезной заботе государства о рациональном использовании электрической энергии.
Основную часть энергетических расходов электрифицированных железных дорог составляют расходы на тягу поездов. Поэтому работы, проводимые по уменьшению потребления электроэнергии на тягу и внедрение энергосберегающих технологий особенно актуальны.
Использование накопителей энергии (НЭ) в системе тягового электроснабжения (СТЭ) железных дорог предоставляет возможность локальной буферизации энергии, что особенно актуально при естественных колебаниях размеров грузопотока на железнодорожном транспорте в часы суток. Введение НЭ в СТЭ в качестве самостоятельной структурной
единицы коренным образом изменяет представления об энергообмене между источниками и потребителями электроэнергии в СТЭ.
Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование возможности эффективного использования НЭ в СТЭ постоянного тока и разработка устройств и методов для его практической реализации.
Методика выполнения исследований. Для решения поставленных задач принят комплексный метод исследований, включающий в себя анализ и обобщение данных научно-технической литературы, теоретические и экспериментальные исследования, причем последнее реализуется с помощью имитационного моделирования при широком использовании методов теории электрических цепей, теории вероятности и матричного исчисления.
Научная новизна. В диссертации впервые в России решен ряд комплексных теоретических задач, посвященных проблемам использования НЭ в СТЭ железных дорог постоянного тока 3,3 кВ, в том числе:
разработаны мероприятия для локального усиления ТС с помощью НЭ, при одновременном снижении установленной мощности ТП;
исследованы процессы в СТЭ при использовании НЭ;
разработаны алгоритмы режимов работы НЭ в СТЭ;
создана имитационная модель для исследования и проектирования СТЭ постоянного тока с использованием НЭ;
- показано, что использование НЭ в СТЭ повышает качество
электроэнергии по напряжению и общую надежность СТЭ.
Практическая ценность. Исследования процессов энергообмена в СТЭ с использованием НЭ дало возможность сформировать комплекс мероприятий по снижению энергопотребления на тягу поездов, расширению полигона рекуперативного торможения и определению других энергосберегающих эффектов на железнодорожном транспорте.
Разработанная имитационная модель СТЭ с НЭ позволяет рассчитать эффективность внедрения НЭ практически на любом действующем или проектируемом участке железной дороги постоянного тока 3,3 кВ.
Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертации, использовались в научно-исследовательских работах отраслевого центра фундаментальных исследований МИИТа за 1997, 1998, 1999 годы, докладывались на научно-практической конференции, посвященной ресурсосберегающим технологиям на железнодорожном транспорте (МИИТ, 1998г), а также были обсуждены и одобрены на заседании кафедры "Энергоснабжение электрических железных дорог" (МИИТ, сентябрь 1999г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Она содержит 164 стр., в том числе 37 рисунков и 5 таблиц. Список литературы содержит 94 наименования.
Определение наиболее подходящего типа НЭ для использования в СТЭ ж.д. постоянного тока и его предварительные параметры
Итак ранее было определено, что для СТЭ железных дорог постоянного тока на сегодняшний день наиболее эффективным вариантом считается расположение НЭ на шинах 3,3 кВ ТП и в ТС на остановочных пунктах.
Основной эффект от НЭ должен заключаться в более рациональном использовании режимов рекуперативного торможения на пригородном пассажирском сообщении, где торможения и пуски поездов происходят наиболее часто. Предполагается, что при торможении ЭПС вся энергия рекуперации должна перейти в НЭ. По предварительным расчетам энергоемкость НЭ определяется величиной равной энергии рекуперации одного или двух ЭПС. Грубо энергию, выделяемую при торможении, можно определить из закона сохранения энергии.
Однако рекуперативное торможение длится не до полной остановки, а до определенной скорости (для электричек ЭР-22, ЭР-22В - 45 км/ч). Тогда если учесть КПД рекуперации энергию торможения можно определить следующим образом
Если принять массу ЭПС 650 т, максимальную скорость начала рекуперации Умах=80 км/ч, а минимальную скорость Уміп=40 км/ч, можно сделать вывод, что энергоемкость такого НЭ, при КПД системы рекуперации г)р«0,9, должна составлять приблизительно 100 МДж.
ЭПС в режиме рекуперации отдает в ТС ток 1р=2000 А (для электричек ЭР-22, ЭР-22В), при напряжении токоприемника 11тпр=3300В. Отсюда мощность рекуперации: Рр=итпр1р = 3300-2000 = 6.6 МВт; (1.3)
Чтобы НЭ смог принять всю или большую часть энергии от ЭПС он должен обладать технически оптимальной мощностью, равной мощности рекуперации.
Принимая во внимание график движения поездов пригородного сообщения, можно определить, что режимы торможения и пусков поездов довольно динамичны и случайны во времени. Поэтому для эффективной работы НЭ в СТЭ (возможность вовремя принять энергию рекуперации и своевременно отдать ее тому же поезду) время реверса мощности НЭ должно составлять 0.1-1 с, а число циклов перезаряда должно быть наибольшим.
В сводной таблице 1.1 приведены наиболее подходящие для использования на железнодорожном транспорте типы НЭ с основными критериями их сопоставления.
Перспективные СПИН экономически не выгодно устанавливать в СТЭ, т.к. они требуют больших капитальных вложений, дорогостоящих преобразователей и коммутационного оборудования, а также сложную криогенную систему. Эффективность СПИН наступает при технически оптимальной энергоемкости свыше 1 ГДж [1.40].
Использование ГАЭС не эффективно по той же самой причине, что и СПИН, кроме того ГАЭС обладает длительным временем реверса мощности.
Основной причиной, по которой АБ не могут использоваться в СТЭ железных дорог - это малое число циклов перезаряда, высокие эксплуатационные расходы и отрицательное экологическое влияние.
На основании параметров НЭ, необходимых для использования в СТЭ, проанализировав все многообразие существующих НЭ можно сделать заключение, что наиболее подходящими типами НЭ являются ИНЭ и ЕНЭ.
Общая методика определения режимов работы НЭ и их моделирование
Эффективность использования НЭ в СТЭ во многом будет зависеть от своевременного и правильного выбора режима работы. Каждый режим отличается своей спецификой рис.2.7. Выбор же режима работы будет осуществляться в зависимости от трех основных факторов:
- времени суток.
- состояния НЭ.
- уровня напряжения в ТС.
1. В зависимости от времени суток будет определяться величина мощности заряда НЭ. В дневные, утренние и вечерние часы, когда идет интенсивное пригородное пассажирское сообщение, НЭ ориентирован на заряд энергией рекуперации. Это самый эффективный режим (особенно в часы пик) и предусматривает мощность заряда (в зависимости от НЭ) до 6МВт. Время заряда в этом режиме составляет десятки секунд.
В ночные часы, когда движение электричек отсутствует и избыточная энергия рекуперации практически отсутствует, работа НЭ ориентирована на грузовые поезда. В этом случае мощность заряда НЭ значительно меньше - 100-300 кВт. Время заряда НЭ в этом режиме составляет десятки минут.
2. Основной частью НЭ является АЭ, энергоемкость которого ограничена. Поэтому заряд НЭ может протекать до определенного момента, т.е. до максимально возможной величины энергоемкости НЭ.
Для ЕНЭ - это максимально возможный уровень напряжения конденсаторной батареи (Umax=3800 В), а для ИНЭ - это максимально допустимая частота вращения ротора (fmax= 15000 об./мин).
Разряд НЭ также происходит до определенного момента. А именно: для ЕНЭ Umin=2800B, а для ИНЭ fmin= 7500 об./мин.
Таким образом под состоянием НЭ понимается готовность к работе в том или ином режиме.
3. Основным фактором выбора режима работы НЭ является условия в ТС. А именно уровень напряжения в ТС и направление мощности НЭ.
Режим заряда НЭ от ТП происходит при условии: во-первых в ночные часы; во-вторых напряжение ТС в точке установки должно быть равным напряжению холостого хода ТП.
Однако при заряде НЭ по ТС потечет ток и напряжение в ТС станет меньше, чем Uxx ТП и НЭ должен будет отключиться. Для того чтобы этого не произошло в блоке управления должна быть предусмотрена поправка на уровень напряжения в ТС при соответствующем направлении мощности (в данном случае поправка должна быть на занижение уровня напряжения ТС, т.к. мощность направлена к НЭ).
Режим заряда НЭ от рекуперирующего ЭПС предусматривает: во-первых не ночное время суток; во-вторых повышенный уровень напряжения в ТС (свыше Uxx ТП).
Как и в предыдущем случае в этом режиме должна быть предусматрина поправка на занижение уровня напряжения ТС в точке установки НЭ.
Режим разряда осуществляется в любое время суток при условии, что уровень напряжения в тяговой сети ниже заданного, т.е. на зоне произошел пик нагрузки. На рис. 2.8. изображена подробная блок-схема модуля, имитирующего работу ЕНЭ.
Для моделирования работы НЭ требуется масса данных, отражающих параметры НЭ и условий ТС. А именно:
- тип НЭ;
- общая энергоемкость НЭ;
- минимальный предел показателя энергоемкости (для ЕНЭ -Umin=2800 В, для ИНЭ fmin= 7500 об./мин.
- максимальный предел показателя энергоемкости (для ЕНЭ -Umax=3800 В, для ИНЭ fmax= 15000 об./мин.
- мощность при максимальном заряде (энергией рекуперации);
- мощность при минимальном заряде (в ночные часы);
- величина напряжения ТС, при которой подается команда на разряд НЭ;
- величина напряжения ТС, при которой подается команда на заряд НЭ при минимальной мощности;
- величина напряжения ТС, при которой подается команда на заряд НЭ при максимальной мощности;
- величина поправки на уровень напряжения в ТС при разряде НЭ;
- величина поправки на уровень напряжения в ТС при заряде НЭ с минимальной мощностью;
- величина поправки на уровень напряжения в ТС при заряде НЭ с максимальной мощностью;
- временной диапазон для различия режимов заряда НЭ.
Все данные, обеспечивающие работу НЭ, заносятся в базу данных, отображающую параметры ТП (т.к. в ИМНЭ НЭ представляется как "накопительная" ТП).
Таким образом ИМНЭ включает в себя все необходимые алгоритмы для комплексного расчета основных параметров СТЭ с использованием НЭ, и способен также оценить выгоду от использования НЭ [2.5.]. Наиболее удобно и просто это сделать путем сравнения двух вариантов : расчет СТЭ с использованием НЭ и расчет СТЭ с теми же параметрами но уже без НЭ (гл.5. "Экономическая оценка эффективности использования НЭ в СТЭ постоянного тока 3,3 кВ").
Мотор-генератор
Как уже упоминалось, ротор маховика совмещен с ротором ЭМ ИНЭ. ЭМ может быть выполнена как постоянного, так и переменного тока [4.11.].
Достоинства коллекторных ЭМ постоянного тока - простота и гибкость регулирования угловой скорости и вращающего момента двигателя или напряжения генератора [4.11], а также простота, связанная с тем, что работа ИНЭ происходит на том же роде тока, что и СТЭ.
Недостатками ЭМ постоянного тока является небольшая предельная (габаритная) мощность при частоте вращения п 3000 об/мин (порядка 1МВт в установившемся режиме) и ограничения по току, снимаемому с коллектора). К тому же наличие самого коллектора и щеток негативно сказывается на сроке службы всей конструкции ИНЭ.
Главным достоинством ЭМ переменного тока - синхронных и асинхронных - является возможность бесконтактного исполнения ротора. Отсутствие щеточного токосъема обусловливает повышение ресурса ЭМ и упрощает их эксплуатационное обслуживание. Данные ЭМ могут также применяться в сочетании с управляемыми (тиристорными, транзисторными) и неуправляемыми (диодными) полупроводниковыми преобразователями. Предельная же мощность, получаемая в крупных единичных ЭМ переменного тока, достаточно высока [4.12.].
Главным недостатком ЭМ переменного тока при использовании ИНЭ в СТЭ постоянного тока - это наличие мощного преобразовательного агрегата. Недостаток ЭМ переменного тока также состоит и в сравнительно большом внутреннем индуктивном сопротивлении взаимной индукции обмоток возбуждения и якоря, что обусловливает существенное падение напряжения при питании активно-индуктивных нагрузок в ударных режимах генераторов и режимах динамического торможения. Кроме того, при отсутствии полупроводниковых преобразователей затрудняется регулирование синхронных ЭМ с постоянными магнитами и асинхронных ЭМ.
При использовании ИНЭ в СТЭ железных дорог постоянного тока 3,3 кВ удобно (с точки зрения единства рода тока - не требуется дорогостоящий преобразователь) использовать ЭМ постоянного тока. Однако расчеты показывают, что выполнение системы ИНЭ с ЭМ на 8 Мвт на основе мотор-генератора постоянного тока с напряжением на коллекторе 4000 В являются технически нецелесообразным (см. приложение 5) потому что такой ИНЭ будет иметь:
- большие габариты ЭМ и массу свыше 100 т;
- частоту вращения ПМАХ/ПМШ = 636/318 об/мин, что значительно меньше необходимой частоты врашения маховика - и поэтому для их согласования потребуется 2-х ступенчатый редуктор, КПД которого составит около 96%;
- общий КПД системы ЭМ-редуктор будет порядка 85-90%;
- при мощности ЭМ 8 МВт потери около ЛР=80 кВт, что потребует создания эффективной охладительной системы;
- ЭМ и редуктор (при отсутствии дополнительных систем) в режиме хранения энергии вращающиеся вместе с маховиком, что приведет к дополнительным значительным потерям;
- при принятой максимальной частоте вращения ПМАХ=636 об/мин максимальную линейную скорость коллектора 55 м/с, что приведет к повышенному износу всех контактных частей ЭМ и затруднит коммутацию (особенно при переходных процессах);
- серьезную опасность появления кругового огня (при напряжении на коллекторе 4000 В), а из-за наличия габаритного коллектора и щеток при эксплуатации ИНЭ потребуется постоянное наблюдение и частые профилактические работы;
Следует заметить, что в настоящее время изготавляемые заводами ЭМ постоянного тока на ту же мощность имеют напряжение на коллекторе не выше 1000 В (см. таб. П5.1.), поэтому изготовление ЭМ на 4000 В дополнительно потребует серьезных научных и экспериментальных работ.
Кроме того система ИНЭ с ЭМ постоянного тока будет состоять из множества отдельных блоков (маховик, ЭМ, редуктор, система управления, защиты и охлаждения), что потребует колосальных капитальных вложениий при изготавлении и значительных эксплуатационных расходов.
Принимая во внимание все вышеперечисленное можно сделать вывод, что система ИНЭ должна выполняться с ЭМ переменного тока, в которой намного легче реализовать все требования, предъевляемые к устройству для работы в СТЭ.
В данном случае предлагается использовать ИНЭ с синхронной машиной переменного тока, пологая в основу схему, разработанную НИИЭФА [4.9.]. Мотор-генератор (МГ) здесь выполняется либо традиционного аксиального (во внутренней части маховика) (см. рис. 4.3.), либо радиального типа с возбуждением от постоянных магнитов, установленных на внешнем роторе (см. рис.4.2.), вращающегося маховика. В данном случае отсутствуют затраты энергии на возбуждение, а также снижаются дополнительные аэродинамические потери, связанные с сопротивлением обмотки при высокой скорости. Но при возбуждении от постоянных магнитов всегда будут иметься потери в стали статора. Это особенно проявляется в режиме выбега, и эти потери должны быть минимизированы.
Постоянные магниты для МГ выполняются на основе NbFeB. Данный материал обладает низким удельным весом (3,6-103 кг/т3) и высокой удельной энергией (7,5 кДж/т3).
Для уменьшения расхода материалов, и, следовательно, стоимости ИНЭ, а также для избежания трудностей, связанных с изменением частоты тока на выходе МГ в процессе изменения частоты вращения маховика, магнитная система МГ выполнена с увеличенным количеством пар полюсов (до 12р).
Обмотка статора может быть намотана как медным, так и алюминиевым проводом, в зависимости от мощности, размеров и КПД ИНЭ.
КПД МГ приведенного ИНЭ (рис.4.2., 4.3.) составляет 98%.
Моделирование типичного участка ж.д. постоянного тока и проведение массовых расчетов по определению основных параметров СТЭ с использованием НЭ и без них
Как отмечалось выше наиболее эффективным полигоном для использования НЭ в СТЭ является пригородное сообщение ж.д. постоянного тока.
Для определения эффективности использования НЭ в СТЭ постоянного тока был смоделирован некий опытный участок ж.д. с распределенными на нем НЭ (рис.5.1.). Для лучшего приближения к истинным процессам, протекающим в СТЭ, параметры моделируемого участка были выбраны близкими к параметрам типичного участка железной дороги постоянного тока пригородного сообщения. Что касается НЭ, то их использование в модели может быть исключено средствами, формирующими исходную информацию в базе данных.
Далее был смоделирован реальный (по пассажиропотоку) график движения поездов и произведены массовые расчеты по определению основных параметров СТЭ сначала без участия НЭ (они находились в отключенном состоянии), а после с их использованием.
На рис.5.2. показан пример зависимости напряжения (рис.5.2.а) и тока (рис.5.2.6) ТП2 в функции времени в течении одного часа при интенсивном движении поездов (5 пар поездов в час) при отключенных НЭ на фидерной зоне. Вывод графической информации для удобства осуществлен в одних координатах времени и в одинаковом масштабе, что дает полное соответствие в зависимости тока и напряжения ТП.
При использовании вероятностного графика движения поездов хорошо заметны характерные пики и провалы нагрузки. На рисунках отмечены номинальное напряжение на шинах ТП и холостой ход, а также отметка нулевого тока ТП.
Цифры на шкале времени отражают номера мгновенных схем. Расчет проводился с шагом квантования 1с, поэтому для перевода в секунды цену деления следует перемножать на коэффициент к=6.
После этого был смоделирован тот же самый участок ж.д., с тем же самым графиком движения поездов, но с подключенными к СТЭ НЭ, и полностью повторен расчет. Энергоемкость каждого НЭ составляла 150МДж (как было определено позже такая энергоемкость НЭ является наиболее эффективной для данного расчетного участка). Аналогичные расчеты были повторены при энергоемкостях НЭ от 50 до 500 МДж, что позволило далее определить эффективность использования той или иной энергоемкости НЭ. Полученные зависимости (при 150 МДж) приведены на рис.5.3.
Из рисунков хорошо видно, как сгладились пики и провалы нагрузки ТП, существенно снижены перепады напряжения, практически полностью устранился отрицательный ток ТП. Значительно выровнялось и повысилось напряжение на ТП и в ТС.
Повышение уровня напряжения на шинах ТП свидетельствует о повышении уровня напряжения в ТС, что способствует обеспечению максимальной скорости ЭПС на зоне.
Снижение токов ТП означает снижение потерь электроэнергии в ТС. Следует отметить, что токи ЭПС не меняются, а недостающую часть энергии (большую часть при пусках) поезда получают от НЭ, которые в свою очередь приняли ее ранее в виде энергии рекуперации.
В данном случае из рисунков 5.3. видно, что у ТП2 имеется отрицательный ток. Это означает, что НЭ не смогли принять всю избыточную энергию рекуперации и она перешла через ТП2 а в первичную сеть.
Зависимость тока НЭ4 от времени в течение этого расчетного часа представлена на рис.5.4. Отрицательный ток на рисунке 5.4. свидетельствует о режиме заряда НЭ4. Увеличенный фрагмент зависимости тока НЭ4 от времени представлен на рис.5.5., на который наложен и ток ТП2. Из него видно как в процессе провала нагрузки на ТП2 в работу подключается НЭ4 (на заряд) и забирает избыточную эенргию. И наоборот, когда вырастает ток ТП2 в ТС включается НЭ4 в режиме разряда.
Дальнейшие расчеты для условий движения в спокойные часы суток (за исключением часов пик и часов ночного перерыва движения) и их статистическая обработка показали (рис. 5.6.):
- расход электроэнергии при НЭ по сравнению с вариантом без НЭ снижается на 7,2%;
- потери электроэнергии в ТП при тех же условиях снижаются на 7,2%;
- потери электроэнергии в ТС при тех же условиях снижаются на 30,6%;
На основании полученных данных было разработано технико-экономическое обоснование эффективности использования ЕНЭ и ИНЭ в СТЭ пригородных железных дорог постоянного тока.