Совершенствование методики расчета и оценка погрешностей электрических величин электротяговых сетей на основе случайных функций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Варенцова, Татьяна Валерьевна

• Варенцова, Татьяна Валерьевна
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Варенцова, Татьяна Валерьевна

ВВЕДЕНИЕ.

1.СРАВНЕНИЕ МЕТОДИК РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН СИСТЕМ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.

1.1 .Особенности тяговой нагрузки и классификация методов.

1.2. Методы с использованием графика движения поездов.И

1.2.1 .Метод сечения графика движения.

1.2.2. Метод сечения графика движения по характерным точкам кривых тока.

1.2.3. Метод непрерывного исследования графика движения.

1.3. Методы расчета по средним размерам движения.

1.3.1.Метод подвижных нагрузок.

1.3.2. Метод равномерно распределенной нагрузки.

1.4. Метод расчета с использованием теории вероятностей.

1.5. Метод МПС для расчета электрических величин тяговых сетей.

1.6. Электронные программы для расчета параметров системы электроснабжения ж.д.

Выводы по главе 1.

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ДОПУЩЕНИЯ ПРИ РАСЧЁТАХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН.

2.1 .Методы расчета по средним размерам движения.

2.2. Метод МПС для расчетов электрических параметров тяговых сетей.

2.3 Метод равномерно распределённой нагрузки.

2.4. Метод сечения графика движения поездов.

2.5. Статистические методы расчёта токов фидеров и подстанций.

2.6. Расчёты средних значений электрических величин с использованием закона распределения числа поездов на межподстанционнои зоне.

Выводы по главе 2.

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЛУЧАЙНЫХ ФУНКЦИЙ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАВИСИМОСТЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ТЯГОВЫХ СЕТЯХ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

3.1. Построение случайной функции тока поезда для пассажирских поездов.

3.2. Построение случайной функции тока поезда для грузовых поездов.

3.3. Построение случайной функции тока поезда и мощности локомотива по функциям скорости движения поездов.

Выводы по главе 3.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ ПРИ РАСЧЕТАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН.

4.1. Вероятностные оценки ширины распределения погрешностей.

4.2. Расчетное суммирование составляющих результирующей погрешности.

4.3. Расчет погрешности результатов косвенных измерений.

4.4. Формулы для расчета погрешности с заданной доверительной вероятностью.

4.5. Расчеты электрических и тепловых величин.

4.6. Расчеты методических погрешностей.

4.7. Погрешности при определении средних значений.

Выводы по главе 4. Ю

5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СНИЖЕНИЮ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ В ТЯГОВОМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ.

5.1. Мероприятия по экономии электроэнергии. Ш

5.2. Понятие «условных потерь» и причины их появления.

5.3. Способы уменьшения потерь энергии в элементах тяговой сети.

Выводы по главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методики расчета и оценка погрешностей электрических величин электротяговых сетей на основе случайных функций»

Основным документом, определяющим тенденции дальнейшего развития энергетического комплекса на сети электрифицированных железных дорог, является «Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской федерации до 2030 года», которая направлена на решение следующих основных проблем: гарантированного энергетического обеспечения текущих и перспективных объемов перевозочного процесса по сети дорог ОАО «РЖД»; снижения и поддержания удельного электропотребления в подразделениях компании на технически обоснованном уровне, а также сокращения финансовых затрат на приобретение электроэнергии за счет повышения эффективности работы компании на оптовом рынке электроэнергии и мощности (ОРЭМ).

Особую актуальность в настоящее время приобретает прогнозирование нагрузочной способности и прогнозирование потребления электроэнергии, так как отклонение фактических расходов электроэнергии от запланированных приводит к финансовым потерям компании за счет выплаты штрафов энергоснабжающим организациям и требует более точно определять потери электроэнергии в контактной сети и элементах тяговых подстанций. Для этого необходимо:

- повысить точность расчетов электрических нагрузок электротяговой сети, такая необходимость возникает при увеличении массы поездов и их максимальных токов;

- знать погрешности рассчитанных прогнозируемых значений токов и потерь в контактной сети.

В настоящее время используются различные методики расчета электрических величин в тяговой сети [1, 11, 12, 16-23, 26, 27, 30, 31, 34 ,37, 38, 42, 49, 50, 53, 58- 61], являющихся составной частью общего расхода энергии на тягу поездов. Большие погрешности при вычислении параметров электроснабжения, а значит и расходов электроэнергии, обуславливают актуальность выполненных исследований. Для этого необходимо определить: средние токи фидеров 1ф>ср и тяговых подстанций 1тп,сР; эффективные или среднеквадратичные токи фидеров 1Эф и тяговых подстанций 1этп По этим токам, характеризующим тепловое действие электрического тока, подбираются основное оборудование тяговых подстанций и сечения питающих, отсасывающих проводов, определяется мощность подстанций; максимальные токи фидеров 1мф и тяговых подстанций 1мтп, по которым определяется необходимая максимальная мощность подстанций, оценивается степень перегрузки оборудования подстанций, выбираются уставки релейных защит; средние потери напряжения в тяговой сети до токоприемников поездов за время хода под током (AUT). Эта величина является одной из наиболее важных, так как от нее зависят скорость движения поезда, удельный расход энергии; средние потери напряжения до токоприемников поездов AUcp за полное время движения его по участку, включая промежуточные остановки; максимальные потери напряжения до токоприемника поезда - AUM; средние потери мощности в тяговой сети АРср, позволяющие оценить потери энергии в контактной сети, экономичность работы тяговой сети и среднее значение к.п.д.

Исследованием особенностей изменения перечисленных электрических параметров в условиях вариации режимов движения поездов занимались отраслевые научные школы страны: ВНИИЖТ, ИрГУПС, МИИТ, ОмГУПС, РГОТУПС, СамГАПС, УрГУПС и др. Большой вклад в этой области внесли такие известные ученые, как: В.В. Андреев, М.П. Бадер, А.С. Бочев, А.Т. Бурков, A.JL Быкадоров, B.JL Григорьев, А.Т. Демченко, В.Т. Доманский,

Б.Е. Дынькин, А.В. Котельников, P.P. Мамошин, А.Н. Марикин, Г.Г. Марквардт, К.Г. Марквардт, В.Е. Марский, А.Н. Митрофанов, В.Н. Пупынин, Е.П. Фигурнов, В.Т. Черемисин, В.К. Чирков, М.Г. Шалимов и другие.

В отличие от стационарных потребителей электрической энергии на режим тяговой нагрузки оказывают влияние многие факторы: число и весовой состав поездов, размещение их во времени и пространстве, пропускная способность дороги, метеорологические условия и ряд других, связанных с организацией эксплуатации железной дороги в конкретных условиях, которые носят случайный характер. Поэтому методики расчета с применением теории вероятностей оказывается наиболее точными.

Важным направлением дальнейшего повышения точности расчетов для прогнозирования расхода электроэнергии является повышение достоверности параметров при формировании исходных данных с последующей оценкой погрешностей получаемых результатов.

Целью работы является совершенствование методик расчета электротяговой сети с оценкой погрешностей электрических величин на основе случайных функций, обеспечивающее решение важной научно-технической задачи повышения точности расчетов. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Анализ факторов, влияющих на точность расчетов усредненных электрических величин;

2. Использование метода случайных функций для построения математического ожидания и дисперсии скорости поездов;

3. Определение усредненного значения тока поезда по построенной функции математического ожидания и дисперсии скорости;

4. Разработка методики расчета погрешностей электрических параметров электротяговых сетей.

В основу исследования положены: теория электрической тяги, теория вероятностей и математической статистики, аппарат статистических функций, методы прогнозирования движения на транспорте, применение современных вычислительных процедур, программно-аппаратных средств и компьютерных комплексов, таких как КОРТЭС, MATLAB, Simulink, EWB, EXEL.

Заключение диссертации по теме «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», Варенцова, Татьяна Валерьевна

Выводы по главе 5

Предложенная методика расчета погрешностей электрических параметров тяговой сети позволяет: рассчитывать погрешности токов фидеров и подстанций по известным зависимостям скорости поездов от пути, что позволяет более точно оценивать загрузку оборудования тяговых подстанций и контактной сети; рассчитывать погрешности потерь в оборудовании тяговых подятанций и контактной сети, которые входят в расчеты удельных расходов энергии, «условных потерь», и др; построить алгоритм оценки «условных потерь» и общих расходов электрической энергии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация посвящена решению научно-технической проблемы повышения точности расчетов электрических величин электротяговых сетей, разработке методики оценки погрешностей электрических параметров. Получены следующие основные результаты:

1. Выполнен анализ факторов, влияющих на погрешности параметров электрических величин электротяговых сетей. Показано, что для однотипных поездов скорость движения является главным фактором, определяющим значения токов электровозов.

2. Предложено для расчета усредненного тока поезда использовать функцию математического ожидания скорости. С целью минимизации дисперсии расчетных значений токов и мощностей требуется производить аппроксимацию функции скорости движения. Сходимость расчетов токов электровоза с экспериментальными данными составила 3,6%.

3. Разработана методика расчета методических погрешностей тока электровоза и токов фидеров подстанций, потерь электрической энергии в контактной сети, температур контактных проводов с учетом корреляции токопотребления. Методическая погрешность температуры контактных проводов не превышает 5%.

4. На основе разработанной методики определена доля влияния потерь контактной сети в составе условных потерь и на удельное электропотребление на тягу поездов.

5. Разработан алгоритм поиска факторов уменьшения условных потерь и удельных расходов на тягу поездов на основе предложенной методики.

6. Рекомендовано при анализе энергетической эффективности существующих участков в качестве исходных данных принимать токопотребление поездов, полученное в результате перехода от усредненной функции скорости к токам при обработке скоростемерных лент.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Варенцова, Татьяна Валерьевна, 2009 год

1. Бурков, А.Т., В.М. Варенцов С.Е. Кузин. Методы расчета систем тягового электроснабжения железных дорог. Учебное пособие. —Л.: ЛИИЖТ, 1985. 74 с.

2. Варенцова, Т.В. Усреднение скоростных характеристик для расчета длительности потребления тока Текст./ Т.В. Варенцова//Известия Петербургского университета Путей сообщения.- СПб.: ПГУПС, 2005. Вып.3(5).- с.5-7.

3. Варенцова, Т.В. Формулы токораспределения Текст./ Т.В. Варенцова//Мир транспорта.-2007.- №.4.- с.64-67.

4. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей: -М. Государственное издательство физико-математической литературы, 1962 504 с.

5. Ю.Высокоскоростное пассажирское движение (на железных дорогах)/Под ред. Н.В.Колодяжного. -М.: Транспорт, 1976.-360 с.

6. Галкин, А.Г. Результаты расчета тяговых нагрузок элементов контактной сети Урал. гос. ун-т путей сообщ. Екатеринбург. 2002, 12 е., ил. Библ. 14. Рус. Деп. в ВНИИАС МПС (ОИТЭИ ж.-д. трансп. (ЦНИИТЭИ) 30.04.2002, N 6377-жд2002

7. Герман, JI.A. Матричные методы расчета системы тягового электроснабжения : (расчет типовых задач) : учеб. пособие / JI. А. Герман, JI. А. Горшкова; Рос. гос. открытый техн. ун-т путей сообщ. -М. : РГОТУПС, 2004. 27 с. : ил.

8. Гребенюк, П.Т., Долганов А.Н, Скворцова А.И. Тяговые расчеты: Справочник./Под.ред. Гребенюка П.Т.-М. Транспорт, 1987-272с.

9. Григорьев, В.Л., Бажанов B.JI. Тепловой контроль контактной подвески. Учебное пособие. Самара: СамИИТ. - 80 с.

10. ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.-22 с.

11. Добрынин, Е. В. Оперативный контроль и прогнозирование показателей нагрузочной способности системы тяговогоэлектроснабжения: Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Самар. гос. акад. путей сообщ., Самара, 2005, 24 е., ил. Библ. 8. Рус.

12. Инструкция по расчету наличной пропускной способности железных дорог. МПС СССР. М.: Транспорт 1991.

13. Караев, Р.И., Волобринский С.Д., Ковалев И.Н. Электрические сети и энергосистемы / Учебник для вузов ж.д. транспорта. Изд. 3-е, перераб. и доп.- М.: Транспорт, 1988. 326 с.

14. Концепция модернизации устройств электроснабжения железных дорог М.: МПС РФ Департамент электрификации и электроснабжения, 1999. - 152с.

15. Котельников А.В. Основные требования к системам и устройствам тягового электроснабжения скоростных и высокоскоростных магистралей // Вестник ВНИИЖТ. Новое в электроснабжении, с. 10-15.

16. Котельников А.В., Нестрахов А.С. Железнодорожный транспорт России в 2000 . 2030 гг. (научная концепция) // Вестник ВНИИЖТ. 2000. № 5, с. 3 15.

17. Кузин, С.Е. Расчет системы электроснабжения электрических железных дорог. Методические указания для курсового дипломного проектирования. Л.: ЛИИЖТ, 1973. 48 с.

18. Линденбаум, Т. М. Модели редких выбросов нагрузки тяговых сетей в задачах электроснабжения магистральных железных дорог: Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Рост. гос. ун-т путей сообщ., Ростов-на-Дону, 2001, 25 е., ил. Библ. 9. Рус.

19. Львовский, Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. пособие. М.: Высш. школа, 1982, — 224 с.

20. Марквардт, Г.Г. Применение теории вероятностей и вычислительной техники в системе энергоснабжения. -М.:Транспорт, 1972, 224с.

21. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрических железных дорог. Учебник для вузов ж.д. трансп. М.: Трансжелдориздат, 1958. - 286 с

22. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. Учебник для вузов ж.д. трансп. М.: Транспорт, 1982. — 528 с.

23. Машкин, А.Г. Повышение эффективности использования электрической энергии в системах тягового электроснабжения / А.Г. Машкин. Чита : Поиск, 2006. - 149 с. : ил.

24. Могила, В. С., Воронин А. В. Статистическое моделирование при исследовании системы тягового электроснабжения Изв. Гомел. гос. унта. 2006, N 4, с. 56-57, 1 ил. Библ. 3. Рус.; рез. англ.

25. Моделирование и расчет сетей тягового электроснабжения: 16.0.11.6 Железн. дороги, мира. 1998, N 1, с. 46-49. Рус.

26. Мунькин, В. В., Бочев А. С., Фигурнов Е. П. Электротяговая сеть повышенной эффективности: 16.0.11.6 Ж.-д. трансп. 1997, N 11, с. 1114. Рус.

27. Налимов, В.В., Чернова, Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965, 340 с.

28. Порцелан, А.А. Исследование нагрева и механических характеристик контактных проводов. Труды ВНИИЖТ, 1968, вып. 337, с. 44-63.

29. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации.ЦРБ-756.-М.:РОО Техинформ, 2000.-223 с.

30. Практикум по вероятностным методам в измерительной технике: Учеб. Пособие для вузов/В .В. Алексеев, Р.В. Долидзе, Д. Д. Недосекин, Е.А. Чернявский. СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отделение, 1993. — 264 е.: ил

31. Разработка и внедрение энергосберегающей технологии при пропуске тяжеловесных поездов на основе автоматизированных информационноизмерительных систем // Отчет о НИР, рук. В.М. Варенцов- СПб.: ЛИИЖТ, 1986. 123 с.

32. Саввов, В.М. Обоснование параметров тягового электроснабжения и электроподвижного состава высокоскоростных железнодорожных линий в России. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Специальность 05.22.07 СПб.: ПГУПС, 2002. - 136 с.

33. Сидорова, Н. Н. Анализ энергоемкости перевозочного процесса в электрической тяге на основе многофакторной модели Вестн. МИИТа. 2001, N 5, с. 23-27, 3. Библ. 3. Рус.; рез. англ.

34. Скоростной и высокоскоростной железнодорожный транспорт России: Материалы международной конференции, Санкт-Петербург, 7-8 октября 1997 г.- Журнал «Инженер путей сообщения», №2/98 (7).

35. Тарута, П. В. Программа тяговых расчетов для моделирования работы системы тягового электроснабжения Вузы Сибири и Дальнего Востока

36. Транссибу: Материалы Региональной научно-практической конференции, Новосибирск, 27-29 нояб., 2002. Новосибирск: Изд-во СГУПС. 2002, с. 523-525. Рус.

37. Тяговое электроснабжение высокоскоростных линий // Железн. дороги мира.2001.№6 .

38. Управляемые системы тягового электроснабжения постоянного тока для скоростных участков. / Марикин А. Н., Волчанинов В. В. с. 434435 (Обозрение прикладной и промышленной математики., 2005, 12, № 2. Место хранения - ВИНИТИ. Отдел Научных Фондов)

39. Усиление системы тягового электроснабжения при проведении поездов повышенной массы и длины / А.Н. Митрофанов, М.А. Гаранин, Е.В. Добрынин, И.А. Крестовников.; Сам. гос. акад. путей сообщ. Самара : СамГАПС, 2006. - 156 с. :ил. - Библиогр.: 127 назв.

40. Федотов, А. А. Оптимизация системы тягового электроснабжения тяжеловесного движения на основных направлениях Ж.-д. трансп. 2005, N 11, с. 40-43, 8 ил. Рус.

41. Электротехнический справочник / Под ред. П.Г. Грудинского.-М.: Энергия, 1975.-366 с.

42. Черемисин, В. Т., Петров С. И., Зверев А. Г. Контроль удельного расхода и "условных" потерь электроэнергии Ж.-д. трансп. 2000, N 10, с. 47-50, 4, табл. 2. Рус.

43. Шиловская, Р. В. Расчет системы электроснабжения электрических железных дорог : учебное пособие / Р.В. Шиловская; Рос. гос. открытый техн. ун-т путей сообщ. Москва : Изд. центр РГОТУПС, 2004. - Ч. 2. - 2004. - 39 с. : ил.

44. Biesenack Н. In: El.Bahnen, 1999,№7, s.221-227 (русс, пер.: Тяговое электроснабжение высокоскоростных линий // Железные дороги мира, 2001, № 6, с.26-30).

45. G. Hofmann et al. Elektrische Bahnen, 1995, № 3, S. 73 78 (русс, пер.: Моделирование и расчет сетей тягового электроснабжения // Железные дороги мира, 1998, № 8, с. 44-49).

46. Railway Gazette International, 1998,№10, р.685-710 (русс.пер.: Проблемы и перспективы высокоскоростных сообщений // Железные дороги мира, 1999, №2, с.18-30).