Моделирование кратковременных режимов работы тяговых накопителей электроэнергии

Концепция построения системы тягового электроснабжения с накопителями электроэнергии предусматривает их применение для решения задач повышения пропускной и провозной способности, энергетической эффективности перевозок, надёжности электроснабжения и качества электрической энергии. Реализация пилотных проектов по решению различных задач в области тягового электроснабжения как в России, так и за рубежом, показывает их техническую эффективность.
Повышение надёжности электроснабжения за счёт применения устройств накопления сегодня рассматривается в основном для вариантов их использования в качестве бортовых устройств на электроподвижном составе или стационарных – на объектах системы тягового электроснабжения. Повышение надёжности электроснабжения достигается за счёт работы систем накопления при возникновении вынужденных или послеаварийных режимов работы систем тягового электроснабжения. При решении указанной задачи требуется оценивать уровень напряжения, изменение которого обусловлено разрядной характеристикой используемого накопителя электроэнергии.
Целью работы является оценка изменения уровня напряжения и энергоёмкости накопителя электроэнергии, используемого в качестве бортового на электроподвижном составе или стационарного на объектах.
На основе предложенных моделей в работе проведена оценка изменения напряжения накопителя электроэнергии для условий кратковременного отсутствия напряжения в контактной сети на примере трёх видов аккумуляторов и суперконденсатора. Полученные в работе результаты позволяют перейти к оценке показателей работы систем накопления электроэнергии при различных условиях формирования тяговой нагрузки и режимах работы системы тягового электроснабжения.

1. Jiaxin Yuan, Ke Cheng, Kai Qu. Optimal dispatching of high-speed railway power system based on hybrid energy storage system. Energy Reports, 2022, Vol. 8, Supplement 13, pp. 433–442. DOI: 10.1016/j.egyr.2022.08.039.

2. Vilberger, M., Arestova, A., Matrenin, P., Domakhin, E. Analysis of rectification techniques and autonomous hybrid power plants potential for railway power supply systems. Energy Reports, 2022, Vol. 8, Supplement 13, pp. 957–966. DOI: 10.1016/j.egyr.2022.08.046.

3. Tretyakov, E., Istomin, S., Avdienko, E., Denisov, I. Development of the system of coordinated control of traction power supply equipment and electric rolling stock. Transportation Research Procedia, 2022, Vol. 63, pp. 1970–1978. DOI:10.1016/j.trpro.2022.06.218.

4. Alnuman, H. H., Gladwin, D. T., Foster, M. P., Ahmed, E. M. Enhancing energy management of a stationary energy storage system in a DC electric railway using fuzzy logic control. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2022, Vol. 142, Part B, 108345. DOI: 10.1016/j.ijepes.2022.108345.

5. Zhiming Zhong, Yongxin Zhang, Hong Shen, Xingmei Li. Optimal planning of distributed photovoltaic generation for the traction power supply system of high-speed railway. Journal of Cleaner Production, 2020, Vol. 263, 121394. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.121394.

6. Shanpeng Zhao, Qiang Feng, Hongwei Yang, Youpeng Zhang. Control strategy of hybrid energy storage in regenerative braking energy of high-speed railway. Energy Reports, 2022, Vol. 8, Supplement 1, pp. 1330–1338. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.11.230.

7. Незевак В.Л. Сравнение вариантов применения накопителей электроэнергии в системе тягового электроснабжения и на электроподвижном составе // Транспорт: наука, техника, управление. Научный информационный сборник. – 2020. – № 9. – С.17–23. DOI: 10.36535/023619142020094.

8. Закарюкин В. П., Крюков А. В., Асташин С.М. Управление режимами систем тягового электроснабжения: монография. – Иркутск: Иркутский государственный университет путей сообщения, 2009. – 104 с. ISBN 978-5-98710-103-2.

9. Марский В.Е. Режимы работы системы тягового электроснабжения на линии Санкт-Петербург– Москва при пропуске сдвоенных поездов «Сапсан» // Железнодорожный транспорт на современном этапе: 70 лет аспирантуре ОАО «ВНИИЖТ»: сб. трудов ученых ОАО «ВНИИЖТ». – М.: ВМГ-Принт, 2014. – С. 111–120.

10. Бадер М. П., Гречишников В. А., Шевлюгин М. В., Король Ю. Н. Анализ показателей работы силового оборудования системы тягового электроснабжения ОАО «РЖД» на основе мониторинга тяговых подстанций в режиме реального времени // Электроника и электрооборудование транспорта. – 2011. – № 5–6.– С.5–8.

11. Черемисин В. Т., Каштанов А. Л., Незевак В.Л. Организация контроля предельных режимов работы тяговой сети в условиях скоростного и тяжеловесного движения // Известия Транссиба. – 2017. – № 1 (29). – С.83–90.

12. Герман Л. А., Новиков Е. В., Фомина З. А., Ручкина Л.Г. Обоснование необходимости применения быстродействующего АПВ фидеров контактной сети переменного тока // Наука и техника транспорта. – 2015. – № 1.– С.105–108. [Электронный ресурс]: https://elibrary.ru/item.asp?id=23146329. Доступ 16.04.2023.

13. Shiraishi, S. Electric Double Layer Capacitors. In: Carbon Alloys. Novel Concepts to Develop Carbon Science and Technology, 2003, pp. 447–457. DOI: 10.1016/b978-008044163-4/50027-9 [ограниченный доступ].

14. Dongen, van, L. A. M., Graaf, van der, R., Visscher, W. H. M. Theoretical prediction of electric vehicle energy consumption and battery state-of-charge during arbitrary driving cycles. In: Andrews, L. (Ed.), EVC symposium VI proceedings: Baltimore, Maryland, October 21–23, 1981, Electric Vehicle Council, pp. 1–13. [Электронный ресурс]: https://pure.tue.nl/ws/files/4381208/604417.pdf. Доступ 16.04.2023.

15. Shepherd, C.M. Design of Primary and Secondary Cells: II. An Equation Describing Battery Discharge. Journal of Electrochemical Society, 1965, Vol. 112, No. 7, pp. 657–664. DOI 10.1149/1.2423659.

16. Stern, O. Zur Theorie der Elektrolytischen Doppelschicht. Zeitschrift für Elektrochemie und angewandte physikalische Chemie, 1924, Vol. 30, Iss. 21–22, pp. 508–516. DOI: https://doi.org/10.1002/bbpc.192400182 [ограниченный доступ].

17. Незевак В. Л. Условия работы системы накопления электроэнергии в тяговом электроснабжении постоянного тока однопутных участков железных дорог // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. – 2021. – Т.80. – № 4. – С.216–224. DOI: 10.21780/2223-9731-2021-80-4-216-224.

18. Nezevak, V. L., Cheremisin, V. T. Determination of Electric Energy Storage Units Parameters of Direct Current Traction Power Supply in Conditions of Goods Traffic Dominance. International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon), 2020. DOI: https://doi.org/10.1109/fareastcon50210.2020.9271611.

19. Незевак В. Л. О сравнении энергетических параметров систем накопления электроэнергии для систем тягового электроснабжения постоянного и переменного тока // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. – 2022. – Т.81. – № 1.– С.38–52. DOI: 10.21780/2223-9731-2022-81-1-38-52.