mirtrМир транспортаWorld of Transport and Transportation1992-3252Russian University of Transport (RUT)10.30932/1992-3252-2019-17-5-58-77mirtr-1743Research ArticleНАУКА И ТЕХНИКАSCIENCE AND ENGINEERINGЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ НАКОПЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА МОСКОВСКОМ ЦЕНТРАЛЬНОМ КОЛЬЦЕEFFICIENCY OF ELECTRIC ENERGY STORAGE SYSTEMS ON THE MOSCOW CENTRAL CIRCLEЧеремисинВ. Т.CheremisinV. T.

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой подвижного состава электрических железных дорог, директор научно-исследовательского института энергосбережения на железнодорожном транспорте

Омск

D.Sc. (Eng), Professor, Head of the Department of Rolling Stock of Electric Railroads, Director of Railway Energy Saving Research Institute

Omsk

Cheremisinvt@gmail.comНезевакВ. Л.NezevakV. L.

кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник Научно-исследовательской части, доцент кафедры электроснабжения железнодорожного транспорта электромеханического факультета

Омск

Ph.D. (Eng), Associate Professor, senior researcher of the Research division, associate professor at the Department of Railway Electric Power Supply of the Faculty of Electrical and Mechanical Engineering

Omsk

NezevakWL@mail.ruОмский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС)РоссияOmsk State Transport UniversityRussian Federation2019281020191755877Copyright © Черемисин В.Т., Незевак В.Л., 20192019Черемисин В.Т., Незевак В.Л.Cheremisin V.T., Nezevak V.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mirtr.elpub.ru/jour/article/view/1743

The urban railway systems using state-of-the-art technologies for train traffic, safety, traction and rail infrastructure are becoming increasingly widespread in the world. The Moscow Central Circle railroad is an example illustrating their integration into the urban transportation system of a megacity.Development and continuous modernization of such railroad systems during their operation generate new innovative approaches, particularly in the field of electric power supply.Electric traction load on the traction electric power supply system of the Moscow Central Circle railroad has several features explained by prevalence of passenger traffic and frequent changes of operating modes of electric trains. Frequently used regenerative braking determines the statement of the problem of developing a complex of measures to increase the efficiency of traction power supply system measured by the criterion of output capacitance reduction and of energy efficiency indicators’ growth. The use of electric energy storage systems within the traction power supply system can help to solve thementioned problem.The objective of the described research is to assess the efficiency of the implementation of the electric energy storage devices within the system of traction power supply system of the Moscow Central Circle. The research uses the methods of statistical processing of the measurement data and of simulation modelling. Simulation modelling of interaction of electric rolling stock with traction power supply system within the Moscow Central Circle allows to obtain the characteristics of load chart of electric energy storage systems and of bus voltage at sectioning posts, to evaluate the durations of operation cycles in charge and discharge modes, their number and relevant total amount of electric energy per day.The obtained results allow assessing the technical features of various types of electric energy storage devices regarding operating conditions within traction power supply system of the Moscow Central Circle and to determine the economic efficiency of their implementation. 

транспортжелезная дорогагородской транспортэлектротехникаэлектропоездасистема тягового электроснабженияМосковское центральное кольцографик электрической нагрузкисистемы накопления электроэнергииимитационное моделированиенапряжение стабилизациистепень заряженностиэнергоёмкостьtransportrailwayurban transportationelectrical engineeringelectric trainstraction power supply systemthe Moscow Central Circleelectric energy storage systemselectrical load chartsimulation modellingoperation cyclesstabilizing voltagecharge levelenergy capacityИсследования выполнены при поддерж- ке Российского фонда фундаментальных исследований по гранту № 17-20-01148 офи_м_РЖД/18.The research was conducted with the support of the Russian Foundation for Basic Research within the grant No. 17-20-01148 ofi_m_RZD/18.ReferencesРозенберг Е. Н. Московское центральное кольцо: инновационные решения // Вестник Института проблем естественных монополий: Техника железных дорог. – 2016. – № 4. – С. 42–45.Rozenberg, Ye. N. Moscow central circle: innovative solutions [Moskovskoye tsentralnoje kol’tso: innovatsionnye reshenija]. Vestnik Instituta problem estestvennykh monopoliy: Technika zheleznykh dorog [Herald of the Institute of Natural Monopolies Research: Railway Equipment Magazine], 2016, Iss. 4 (36), pp. 42–45.Агафонов Е. В. Новые технические средства ЖАТ на МЦК // Автоматика, связь, информатика. – 2017. – № 2. – С. 12–14.Agafonov, Ye. V. New technical facilities of rail automatics and telemechanics on the MCC. [Novye tehnicheskije sredstva ZhAT na MKTS]. Avtomatika, svyaz’, informatika, 2017, Iss. 2, pp. 12–14.Незевак В. Л., Шатохин А. П. Характеристика тяговой нагрузки для определения параметров накопителя электрической энергии // Мир транспорта. – 2018. – № 2. – С. 84–94.Nezevak, V. L., Shatohin, A. P. Features of the Traction Load for Determining the Parameters of the Electric Energy Storage Device. World of Transport and Transportation, 2018, Vol. 16, Iss. 2 (75), pp. 84–94.Черемисин В. Т., Незевак В. Л., Перестенко А. Е. Характеристики профилей пути на электрифицированных участках железных дорог в аспекте классификации типов // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2017. – № 2. – С. 118–128.Cheremisin, V. T., Nezevak, V. L., Perestenko, A. E. Characteristics of track profiles on electrified sections of railroad in terms of type classification [Kharakteristiki profiley puti na elektrifitsirovannykh uchastkakh zheleznykh dorog v aspekte klassifikatsii tipov]. Vestnik Rostovskogo gosudarstvennogo universiteta putej soobshhenija, 2017, Iss. 2 (66), pp. 118–128.Незевак В. Л. Совершенствование модели влияния параметров графика движения поездов на тяговое электропотребление на участках постоянного и переменного тока c I и II типом профиля пути при помощи регрессионных моделей и нейронных сетей // Вестник транспорта Поволжья. – 2017. – № 6. – С. 34–44.Nezevak, V. L. Improvement of the model of train schedule parameters impact on traction power consumption on DC and AC sections with track profiles of type 1 and 2 by means of regression models and neural networks [Sovershenstvovaniye modeli vliyaniya parametrov grafika dvizheniya poyezdov na tyagovoye elektropotrebleniye na uchastkakh postoyannogo i peremennogo toka s I‑m i II‑m tipom profilya puti pri pomoshchi regressionnykh modeley i neyronnykh setej]. Vestnik transporta Povolzhya, 2017, Iss. 6 (66), pp. 34–44.Wanzhong Zhao, Gang Wu, Chunyan Wang, Leiyan Yu, Yufang Li. Energy transfer and utilization efficiency of regenerative braking with hybrid energy storage system. Journal of Power Sources, 2019, Vol. 427, pp. 174–183.Wanzhong Zhao, Gang Wu, Chunyan Wang, Leiyan Yu, Yufang Li. Energy transfer and utilization efficiency of regenerative braking with hybrid energy storage system. Journal of Power Sources, 2019, Vol. 427, pp. 174–183.Caralis, G., Christakopoulos, T., Karellas, S., Gao Zhiqiu. Analysis of energy storage systems to exploit wind energy curtailment in Crete. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2019, Vol. 103, рр. 122–139. DOI: 10.1016/j.rser.2018.12.017.Caralis, G., Christakopoulos, T., Karellas, S., Gao Zhiqiu. Analysis of energy storage systems to exploit wind energy curtailment in Crete. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2019, Vol. 103, рр. 122–139. DOI: 10.1016/j.rser.2018.12.017.Cabello, J. M., Roboam, X., Junco, S., Turpin, C. Direct sizing and characterization of energy storage systems in the energy-power plane. Mathematics and Computers in Simulation, 2019, Vol. 158, pp. 2–17. DOI: 10.1016/j.matcom.2018.04.002.Cabello, J. M., Roboam, X., Junco, S., Turpin, C. Direct sizing and characterization of energy storage systems in the energy-power plane. Mathematics and Computers in Simulation, 2019, Vol. 158, pp. 2–17. DOI: 10.1016/j.matcom.2018.04.002.Jiang, Haoran & Wei, Lei & Fan, XinZhuang & Xu, Jianbo & Shyy, Wei & Zhao, Tianshou. A novel energy storage system incorporating electrically re-chargeable liquid fuels as the storage medium. Science Bulletin, 2019, Vol. 64, Iss. 4, pp. 270–280. DOI: 10.1016/j.scib.2019.01.014.Jiang, Haoran & Wei, Lei & Fan, XinZhuang & Xu, Jianbo & Shyy, Wei & Zhao, Tianshou. A novel energy storage system incorporating electrically re-chargeable liquid fuels as the storage medium. Science Bulletin, 2019, Vol. 64, Iss. 4, pp. 270–280. DOI: 10.1016/j.scib.2019.01.014.Hejun Yang, Yeyu Zhang, Yinghao Ma, Ming Zhou, Xi Yang. Reliability evaluation of power systems in the presence of energy storage system as demand management resource. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2019, Vol. 110, pp. 1–10.Hejun Yang, Yeyu Zhang, Yinghao Ma, Ming Zhou, Xi Yang. Reliability evaluation of power systems in the presence of energy storage system as demand management resource. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2019, Vol. 110, pp. 1–10.Shevlyugin, M. V., Korolev, A. A., Golitsyna, A. E., Pletnev, D. S. Electric stock digital twin in a subway traction power system. Russian Electrical Engineering, 2019, Vol. 90, Iss. 9, pp. 647–652. DOI: 10.3103/s1068371219090098.Shevlyugin, M. V., Korolev, A. A., Golitsyna, A. E., Pletnev, D. S. Electric stock digital twin in a subway traction power system. Russian Electrical Engineering, 2019, Vol. 90, Iss. 9, pp. 647–652. DOI: 10.3103/s1068371219090098.Гречишников В. А., Шевлюгин М. В. Эксплуатация накопителя энергии на метрополитене // Мир транспорта. – 2013. – № 5. – С. 54–58.Grechishnikov, V. A., Shevlugin, M. V. Operation of Power Storage Device in Moscow Metro. World of Transport and Transportation, 2013, Vol. 11, Iss. 5, pp. 54–58.Титова Т. С., Евстафьев А. М. Повышение энергетической эффективности локомотивов с накопителями энергии // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2017. – № 2. – С. 200–210.Titova, T. S., Evstafiev, A. V. Increasing energy efficiency of locomotives equipped with energy storage devices [Povyshenie energeticheskoy effektivnosti lokomotivov s nakopitelyami energiyi]. Izvestiya Peterburgskogo universiteta putei soobscheniya, 2017, Iss. 2, pp. 200–210.Вильгельм А. С., Незевак В. Л., Черемисин В. Т. Пути повышения энергоэффективности на малом кольце Московской железной дороги с использованием инверторов // Транспорт Урала. – 2014. – № 3. – С. 90–94.Wilhelm, A. S., Nezevak, V. L., Cheremisin, V. T. Ways to improve energy efficiency on the small ring of Moscow railroad using inverters [Puti povysheniya energoeffektivnosti na malom kol’tse Moskovskoy zheleznoy dorogi s ispol’zovaniyem invertorov]. Transport Urala, 2014, Iss. 3 (42), pp. 90–94.Черемисин В. Т., Незевак В. Л., Шатохин А. П. Повышение энергетической эффективности системы тягового электроснабжения в условиях работы постов секционирования с накопителями электрической энергии // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2015. – № 10. – С. 54–64.Cheremisin, V. T. Nezevak, V. L., Shatokhin, A. P. Increase of energy efficiency of traction power supply system in the conditions of sectioning posts operating with power storage devices [Povysheniye energeticheskoy effektivnosti sistemy tyagovogo elektrosnabzheniya v usloviyakh raboty postov sektsionirovaniya s nakopitelyami elektricheskoy energii]. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo assets engineering, 2015, Vol. 326, Iss. 10, pp. 54–64.Комяков А. А., Эрбес В. В., Незевак В. Л. Оценка эффективности параллельной работы выпрямительных преобразователей тяговых подстанций на основе данных измерительных систем // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2015. – № 2. – С. 137–143.Komyakov, A. A., Erbes, V. V., Nezevak, V. L. Evaluation of the parallel operation efficiency of rectifier converters of traction substations based on the measuring systems data [Otsenka effektivnosti parallel’noy raboty vypryamitel’nykh preobrazovateley tyagovykh podstantsij na osnove dannykh izmeritel’nykh sistem]. Sovremennye tehnologiyi. Systemnyi analiz. Modelirovanie [Modern technologies. System Analysis. Modelling], 2015, Iss. 2 (46), pp. 137–143.Черемисин В. Т., Незевак В. Л., Эрбес В. В. Результаты оценки режимов работы активных и пассивных постов секционирования в системе тягового электроснабжения с целью выбора параметров накопителей электроэнергии // Известия Транссиба. – 2017. – № 3. – С. 132–143.Cheremisin, V. T., Nezevak, V. L., Erbes, V. V. Results of evaluation of operating modes of active and passive sectioning posts in the traction power supply system for the purpose of electricity storage device parameters selection [Rezul’taty otsenki rezhimov raboty aktivnykh i passivnykh postov sektsionirovaniya v sisteme tyagovogo elektrosnabzheniya s tsel’yu vybora parametrov nakopiteley elektroenergii]. Izvestija Transsiba, 2017, Iss. 3 (31), pp. 132–143.Незевак В. Л. Моделирование режимов нагрузки на шинах постов секционирования при работе в системе тягового электроснабжения накопителей электроэнергии // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2017. – № 4. – С. 159–170.Nezevak, V. L. Simulation modelling of load modes of sectioning post buses during operation of energy storage devices in traction power supply system [Modelirovaniye rezhimov nagruzki na shinakh postov sektsionirovaniya pri rabote v sisteme tyagovogo elektrosnabzheniya nakopiteley elektroenergii]. Vestnik Rostovskogo gosudarstvennogo universiteta putej soobshhenija, 2017, Iss. 4 (68), pp. 159–170.Nezevak, V., Shatokhin, A. Interaction’s Simulation Modeling of Electric Rolling Stock and Electric Traction System. 2019 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon), Chelyabinsk, Russia, 2019, pp. 410–416. DOI: 10.1109/uralcon.2019.8877672.Nezevak, V., Shatokhin, A. Interaction’s Simulation Modeling of Electric Rolling Stock and Electric Traction System. 2019 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon), Chelyabinsk, Russia, 2019, pp. 410–416. DOI: 10.1109/uralcon.2019.8877672.Незевак В. Л. Моделирование режимов работы накопителя электроэнергии на шинах поста секционирования в условиях пропуска тяжеловесных поездов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2018. – № 3. – С. 47–57.Nezevak, V. L. Simulation modelling of modes of operation of energy storage devices at sectioning post buses in the conditions of heavy-tonnage train traffic [Modelirovaniye rezhimov raboty nakopitelya elektroenergii na shinakh posta sektsionirovaniya v usloviyakh propuska tyazhelovesnykh poyezdov Sovremennye tehnologiyi. Systemnyi analiz. Modelirovanie [Modern technologies. System Analysis. Modelling], 2018, Iss. 3 (59), pp. 47–57.Язвинская Н. Н. Моделирование работы щелочных аккумуляторов // Научный альманах. – 2016. – № 8–1. – С. 314–319.Yazvinskaya, N. N. Simulation modelling of alkali storage batteries’ operation [Modelirovaniye raboty shchelochnykh akkumulyatorov]. Nauchniy Almanah [Science Almanac], 2016, Iss. 8–1(22), pp. 314–319.Галушкин Н. Е., Кукоз Ф. И., Язвинская Н. Н. и др. Моделирование работы аккумуляторов // Шахты: ЮРГУЭС. – 2009. – 199 с.Galushkin, N. Ye., Kukoz, F. I., Yazvinskaya, N. N. [et al]. Simulation modelling of storage batteries’ operation. [Modelirovaniye raboty akkumulyatorov]. Shahty, Publ. YURGUES, 2009, 199 p.Галушкин Н. Е., Кукоз Ф. И., Язвинская Н. Н. и др. Структурное моделирование работы электрохимических аккумуляторов // Шахты: ЮРГУЭС. – 2009. – 192 с.Galushkin, N. Ye., Kukoz, F. I., Yazvinskaya, N. N. [et al]. Structural modelling of electrochemical storage batteries’ operation [Strukturnoye modelirovaniye raboty elektrokhimicheskikh akkumulyatorov]. Shahty, Publ. YURGUES, 2009, 192 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.