Аналіз енергетичних характеристик перспективних електропоїздів з бортовими накопичувачами електроенергії

UKR: Мета. Метою наукового дослідження є проведення загального енергетичного аналізу електричної тяги автономного електропоїзда з бортовим накопичувачем електроенергії, який рухається по ділянці зі складним профілем та планом колії. Для автономних електропоїздів з бортовими накопичувачами нормування витрат електроенергії на тягу та оптимізація режимів руху є особливо актуальними. На даний час відомий цілий ряд наукових робіт, в яких зазвичай розглядаються методи нормування витрат електроенергії на тягу на основі результатів тягових розрахунків. Таки методи передбачають наявність кривих руху електропоїзда на дільниці. Задачею даного дослідження була розробка методики нормування витрат електроенергії на тягу без побудови таких кривих, а тільки за параметрами профілю та плану дільниці експлуатації. Дослідження, спрямовані на визначення енергетичних показників експлуатації автономних електропоїздів є актуальними. Методи. Методологічною основою наукового дослідження є загальні теоретичні положення теорії електричної тяги. Аналіз енергетичних характеристик електропоїзду проведено на основі відомих методів визначення питомих опорів руху та питомих витрат електроенергії на тягу. Обґрунтування методики визначення питомих витрат електроенергії на тягу виконано з використанням відомих методів математичного аналізу. Для визначення ступеню коректності запропонованої методики проведено розрахунки витрат електроенергії на тягу для умовної дільниці колії з загальними параметрами профілю та плану колії, що відповідають загальним параметрам реальної дільниці Львів – Мукачеве. Результати. В результаті проведеного аналізу показано, що питомі витрати електроенергії на тягу електропоїздів можуть бути представлені у вигляді функції від питомих опорів руху та приведених до пробігу витрат електроенергії на власні потреби. При цьому повні витрати електроенергії на тягу можуть бути оцінені з достатньою точністю без проведення самих тягових розрахунків, тільки за результатами аналізу профілю і плану колії ділянки. В науковій роботі отримані теоретичні залежності, за допомогою яких може бути проведено оцінка впливу на загальні витрати електроенергії частоти зупинок електропоїзда на дільниці. Зазначено, що обмеження використання рекуперативного гальмування при високих швидкостях руху автономних електропоїздів можуть бути істотними при наявності відповідних обмежень потужності заряду накопичувача електроенергії. Наукова новизна. Вперше запропоновано методику нормування витрат електроенергії на тягу електропоїзда, використання якої потребує наявність лише загальних параметрів профіля та плану колії дільниці експлуатації. Отримані характеристики, використання яких дозволяє визначити додаткові витрати електроенергії, обумовлені використанням механічного гальмування на проміжних зупинках електропоїзду. Практична значимість. Запропонована методика нормування витрат електроенергії на тягу електропоїздів може бути використана при проектуванні автономних електропоїздів з бортовими накопичувачами електроенергії, зокрема – для визначення параметрів самих накопичувачів та перетворювачів енергії.

ENG Purpose. The purpose of the scientific research is to conduct a general energy analysis of the electric traction of an autonomous electric train with an on-board energy storage device, which moves along a section with a complex profile and track layout. For autonomous electric trains with on-board storage devices, the issues of standardizing traction energy consumption and optimizing operating modes are particularly relevant. There are a number of scientific works in which methods for standardizing traction energy consumption based on the results of traction calculations are usually considered. Such methods require the availability of electric train movement curves for the section. The objective of this study was to develop a method for standardizing traction power consumption without constructing such curves, but only based on the parameters of the profile and layout of the operating section. Studies aimed at determining the energy performance of autonomous electric trains are relevant. Methodology. The methodological basis of the scientific research is the general theoretical provisions of the theory of electric traction. The analysis of the energy characteristics of the electric train was carried out based on known methods for determining the specific resistance of movement and specific electricity consumption for traction. The rationale for the methodology for determining specific electricity consumption for traction was carried out using known methods of mathematical analysis. To determine the degree of correctness of the proposed methodology, calculations of electricity consumption for traction were performed for a conditional section of track with general parameters of the profile and track plan corresponding to the general parameters of the real section Lviv – Mukacheve. Findings. The analysis shows that the specific energy consumption of electric trains can be represented as a function of specific resistance to motion and energy consumption for internal needs per mileage. At the same time, the total electricity consumption for traction can be estimated with sufficient accuracy without performing the traction calculations themselves, based only on the results of the analysis of the profile and track plan of the track section. The scientific work has yielded theoretical.