Скачати повний текст

Анализ экспериментальных исследований для проведенных измерений показал следующее: применение рекуперативного торможения позволяет экономить значительную часть электроэнергии (на перегоне Крещатик - Театральная - Крещатик около 22 % от потребляемой на тягу, на перегоне Шулявская - Берестейская - Шулявская - около 30 %, между конечными станциями Лесная - Академгородок - Лесная - около 20 %); использование избыточной электроэнергии при отсутствии потребителей в сети позволит дополнительно сэкономить значительную часть электроэнергии за счет использования накопителей (на перегоне Крещатик - Театральная - Крещатик до 19 % от потребляемой на тягу, на перегоне Шулявская - Берестейская - Шулявская - до 27 %, между конечными станциями Лесная - Академгородок - Лесная - до 17 %). Поэтому необходимо провести техникоэкономический анализ целесообразности использования накопителей электроэнергии с учетом капитальных затрат и возможной экономии электроэнергии.

По результатам анализа значительного количества исследований установлено, что наиболее рациональным вариантом с точки зрения энергоэффективности является размещение емкостного накопителя энергии на подвижном составе метрополитена с системами электродинамического торможения. Выполнена регистрация энергообменных процессов при эксплуатации подвижного состава метрополитена с системами электродинамического торможения на Святошинско-Броварской линии. По результатам измерений выполнены исследования количества и мощности энергии электродинамического торможения. Предложен подход по определению параметров накопителя для заданного режима ведения подвижного состава метрополитена, который предусматривает вычисления необходимого значения энергоемкости и мощности на основании анализа вероятностных характеристик. По результатам исследований для заданных условий предложено размещение на модернизированном подвижном составе метрополитена накопителя энергии, который состоит из конденсаторных модулей 60ЭК406 производства ЗАО "ЭЛТОН" ("ЭСМА").

Из анализа предыдущих исследований известно, что применение рекуперативного торможения и емкостных накопителей электроэнергии позволит значительно сократить количество потребляемой электроэнергии на электрифицированном городском транспорте. Вопрос оценки потребляемой и рекуперируемой электроэнергии без установки емкостного накопителя, а также при его установке на выходе тяговой подстанции или на борту электрифицированного городского транспорта является актуальным и недостаточно изученным. Приведены методики расчетов количества потребляемой и рекуперируемой электроэнергии при установке емкостного накопителя на выходе тяговой подстанции и непосредственно на электрифицированном городском транспорте. Установлено, что данные расчеты трудоемкие и существует необходимость для их автоматизации, исходя из чего целью данной работы является разработка программного обеспечения для автоматизации расчетов энергии рекуперации электрифицированного городского транспорта. Созданы и рассмотрены специализированные программы, разработанные в среде графического программирования LabVIEW. Показаны графические интерфейсы и описаны функциональные блоки разработанных программ. Проведены расчеты электроэнергии рекуперации при заданных входных данных с использованием предложенных программных обеспечений. На основании построенных диаграмм определено количество потребляемой и рекуперируемой электроэнергии.

За результатами аналізу існуючих досліджень установлено, що на даний час проблема підвищення енергоефективності рухомого складу метрополітену стає особливо актуальною та потребує своєчасного вирішення. Відомо, що впровадження систем рекуперативного гальмування на рухомому складі дозволить в значній мірі вирішити цю проблему. Обгрунтовано, що одним із ключових питань при впровадженні вищезазначених систем залишаються дослідження з ефективності використання електроенергії рекуперативного гальмування. Використовуючи результати експериментальних досліджень енергообмінних процесів під час штатних умов експлуатації рухомого складу метрополітену з системами рекуперації, а також застосовуючи статистичні методи обробки даних, визначено кількісні показники електроенергії, спожитої на тягу, рекуперованої до контактної мережі та виділеної на гальмівних резисторах (надлишкової). За аналізом результатів досліджень під час заданих штатних умов експлуатації рухомого складу метрополітену на Святошинсько-Броварській лінії КП "Київський метрополітен" встановлено наступне: впровадження систем рекуперації на рухомому складі дозволяє повернути в контактну мережу на рівні 17,9 - 23,2 % електроенергії, що споживається на тягу; існують резерви підвищення енергоефективності рухомого складу з системами рекуперації на рівні 20,2 - 29,9 % електроенергії, що споживається на тягу. Вперше обгрунтовано, що найбільш вагомим фактором, який здійснює вплив на кількісні показники електроенергії рекуперації, є профіль колії. Запропоновано в якості кількісної оцінки застосовувати коефіцієнти, які показують кількість та резерви невикористаної (надлишкової) електроенергії. Дістали подальшого розвитку дослідження з визначення кількісних показників електроенергії рекуперації для аналізу резервів енергозбереження. Отримані кількісні показники надлишкової електроенергії рекуперативного гальмування можуть бути використані під час створення нового або модернізації існуючого рухомого складу метрополітену у випадку розробки енергоефективного технічного рішення для утилізації, збереження та акумулювання цієї електроенергії.

Розглянуто подальший розвиток рейкового міського транспорту, зокрема рухомого складу метрополітену, в частині підвищення його енергоефективності за рахунок застосування сучасних енергозберігаючих електричних систем. За результатами аналізу існуючих досліджень встановлено, що основними напрямками з енергозбереження на рухомому складі метрополітену є впровадження систем рекуперації та накопичувачів енергії. Встановлено, що найбільш перспективним є бортове розміщення ємнісних накопичувачів енергії на базі конденсаторних модулів (іоністорів). Розглянуто одне з важливих питань - розробка підходу з визначення параметрів бортового ємнісного накопичувача енергії для заданих умов експлуатації рухомого складу метрополітену із системами рекуперації. Запропоновано підхід, який складається з наступних етапів: дослідження енергообмінних процесів під час штатних умов експлуатації рухомого складу на заданій ділянці колії, обробка отриманих масивів даних, визначення методом планування експерименту значущих чинників впливу на параметри накопичувача з урахуванням їх часової дії, побудова й аналіз імовірнісних характеристик за результатами обробки масивів даних та безпосередньо визначення параметрів бортового накопичувача енергії за запропонованими критеріями. Виконано реєстрацію енергообмінних процесів під час штатних умов експлуатації рухомого складу метрополітену із системами рекуперації на Святошинсько-Броварській лінії. За результатами вимірювань розраховано потужність та кількість електроенергії рекуперативного гальмування під час заданих штатних умов експлуатації потягу. Встановлено, що найбільш значущими чинниками, які впливають на вибір потужності та енергоємності бортового накопичувача, є відповідно завантаженість та графік руху потягу. Побудовано та проаналізовано ймовірнісні характеристики для найчастішої умови експлуатації рухомого складу протягом доби з урахуванням генерації максимальної кількості електроенергії рекуперативного гальмування. З використанням запропонованого підходу для заданих умов експлуатації потягу метрополітену визначено необхідні параметри бортового накопичувача: енергоємність, номінальну та максимальну потужності.

Індекс рубрикатора НБУВ: О811.707

Шифр НБУВ: Ж100119 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Виконано узагальнений аналіз стану існуючого парку рухомого складу вітчизняного метрополітену. Встановлено, що оновлення парку вагонів метрополітену в Україні здійснюється за двома напрямками: придбання нових вагонів та продовження терміну експлуатації вагонів з одночасною їх модернізацією. Визначено, що головними відмінностями нового та модернізованого рухомого складу є покращений інтер'єр та екстер'єр, впровадження на ньому енергозберігаючого обладнання, насамперед систем рекуперації, мікропроцесорної системи управління, ефективного асинхронного приводу, створення умов для перевезення осіб з особливими потребами. За результатами аналізу існуючих досліджень встановлено, що основними напрямками подальшого розвитку та оновлення рухомого складу метрополітену є заходи щодо підвищення безпеки руху, впровадження енергозберігаючих та інформаційних технологій, сучасних композитних матеріалів, підвищення комфортності для машиністів і пасажирів.

Виконано узагальнений аналіз стану існуючого парку рухомого складу вітчизняного метрополітену. Встановлено, що оновлення парку вагонів метрополітену в Україні здійснюється за двома напрямками: придбання нових вагонів та продовження терміну експлуатації вагонів з одночасною їх модернізацією. Визначено, що головними відмінностями нового та модернізованого рухомого складу є покращений інтер'єр та екстер'єр, впровадження на ньому енергозберігаючого обладнання, насамперед систем рекуперації, мікропроцесорної системи управління, ефективного асинхронного приводу, створення умов для перевезення осіб з особливими потребами. За результатами аналізу існуючих досліджень встановлено, що основними напрямками подальшого розвитку та оновлення рухомого складу метрополітену є заходи щодо підвищення безпеки руху, впровадження енергозберігаючих та інформаційних технологій, сучасних композитних матеріалів, підвищення комфортності для машиністів і пасажирів.

Мета роботи - визначення раціональної потужності та енергоємності бортового ємнісного накопичувача енергії (ЄНЕ) з використанням комплексного підходу оцінки параметрів, в основу якого покладено методи теоретичних досліджень. Виконано порівняльний аналіз наявних методологій та підходів до визначення параметрів бортових ємнісних накопичувачів для поїзда метрополітену із системами рекуперації, сформульовано переваги й недоліки кожного з них. Установлено, що серед цих методологій найбільш доцільно використовувати комплексний підхід, суть якого полягає у визначенні раціональної потужності та енергоємності одразу за двома параметрами системи накопичення - масою та терміном окупності. Запропоновано процедуру для визначення раціональних параметрів бортового ємнісного накопичувача енергії з використанням таких методів досліджень: теоретичних основ електричної тяги, математичного моделювання динаміки руху та енергетичних процесів, математичної статистики, техніко-економічного та порівняльного аналізів. Проведений комплекс теоретичних досліджень лозволяє підтвердити економічну доцільність упровадження бортових ємнісних накопичувачів енергії на поїзді метрополітену. Визначено систему накопичення з раціональними параметрами ЄНЕ для заданих умов експлуатації в комунальному підприємстві "Київський метрополітен" та для обраного дослідного поїзда метрополітену. Оцінено кількість заощадженої електроенергії за рахунок упровадження такої системи. Удосконалено методологію визначення раціональних параметрів бортового ємнісного накопичувача енергії в частині заміни використання даних експериментальних досліджень теоретичними дослідженнями, суть яких полягає в моделюванні руху поїзда метрополітену із системами рекуперації за допомогою програмного забезпечення, що дозволить зменшити фінансові витрати, час на виконання досліджень та підвищить їх точність. Одержано подальший розвиток дослідження з визначення кількісних показників електроенергії рекуперації для аналізу резервів енергозбереження в метрополітені. Результати теоретичних досліджень можуть стати основою для створення натурних зразків поїздів метрополітену з бортовими ємнісними накопичувачами енергії. Проведені дослідження дозволять створити рекомендації щодо проєктування інноваційних енергоощадних поїздів метрополітену з поліпшеними техніко-економічними характеристиками, які здатні підвищити ефективність функціонування перевізного процесу в метрополітені.

Наведено основні положення і розрахункові залежності для визначення показників надійності пасажирських вагонів. Стверджується, що звичайний спосіб проєктування, заснований на застосуванні таких довільних коефіцієнтів, як коефіцієнт безпеки та запасу міцності, не дозволяє робити висновки про імовірність відмови елемента. Тому поширена думка про те, що відмову елемента можна повністю виключити, використовуючи коефіцієнт запасу міцності, що перевищує деяке певне значення, не є достатньо обґрунтованою. Показано, що основною проблемою діагностування пасажирських вагонів з метою продовження строку служби понад нормативний є відсутність достатньо обгрунтованих критеріїв. Запропоновано для продовження строку експлуатації, крім загальноприйнятих методів оцінки міцносних властивостей щодо граничного стану, використовувати показники надійності. Пропонована методологія дозволяє здійснити диференційовану оцінку залишкового ресурсу кожного вагона з використанням результатів ресурсних випробувань і фактичних геометричних параметрів несних елементів.