Абубакиров А. Б., Шарипов М. Т., Утемисов А. Д. Использование энергосберегающих технологий в системе тягового электроснабжения // Международный научный журнал "Интернаука". - 2019. - №7.
Технические науки
УДК 621.314
Абубакиров Азизжан Базарбаевич
асистент
Каракалпакский государственный университетa
Abubakirov Azizjan
Аssistant
Karakalpak State university
Шарипов Музаффар Турахонович
студент
Каракалпакского государственного университетa
Sharipov Muzaffar
Students of the
Karakalpak State University
Утемисов Аман Дуйсенбаевич
студент
Каракалпакского государственного университетa
Utemisov Aman
Students of the
Karakalpak State University
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ В СИСТЕМЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
THE USE OF ENERGY-SAVING TECHNOLOGIES IN THE SYSTEM OF TRAFFIC POWER SUPPLY
Аннотация. В данной работе приведены методы организации АСКУЭ в системе тягового электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспорта.
Ключевые слова: электрифицированный железнодорожный транспорт, система тягового электроснабжения, система АСКУЭ, учет электроэнергии, эффективность, энергосбережение, организация АСКУЭ.
Summary. In that work the methods of organization of SASAEP system power supply rail transportation.
Key words: railway transport, system of automated control and accounting of electric power (SASAEP), electricity accounting, efficiency, energy saving.
На сегодняшний день железнодорожный транспорт является одной из наиболее энергоемких отраслей экономики Узбекистана. Поэтому цена вопроса энергосбережения очень высока, с учетом постоянного роста полигона электрифицированных линий и роста цен на электроэнергию.
В связи с этим на первое место выходит вопрос внедрения новых технологий:
Существенную роль в энергосберегающих технологиях играют режимы работы систем электрической тяги и внешнего электроснабжения, перетоки мощности и качество электроэнергии, оптимизация мощностного ряда тяговых подстанций.
Установлено, что при изменяющихся грузопотоках и больших перетоках энергии экономически выгодными для железных дорог являются консольные схемы питания. Удержать на длинных консолях требуемый уровень напряжения позволяет система электрической тяги ЭУП – 27,5 кВ. Если же для энергосистем экономически оправданными являются сложно-замкнутые сети (распределение активных и реактивных нагрузок экономичнее при сохранении перетока по сети), то необходимо вводить дифференцированные тарифы при транзите мощности по тяговым сетям [1-2].
Эффективным средством снижения оплаты за электроэнергию является высокотехнологичный коммерческий учет электроэнергии на базе современных высокоточных электронных счетчиков, а также серверов и преобразующих модемов. Это позволит создать современную 4-х уровневую систему автоматического учета электроэнергии.
В целом система коммерческого учета позволяет увидеть реальное потребление электрической энергии на всех участках деятельности железнодорожного транспорта.
Таким образом, управляя этим процессом, можно не только существенно снизить стоимость покупаемой электроэнергии, но и обеспечить уменьшение потребления как в эксплуатационной деятельности, так и в тяговом электроснабжении [3].
В данной работе рассмотрены основные вопросы построения автоматизированной системы коммерческого учета электрической энергии (АСКУЭ), предназначенной для контроля и учета потребляемого количества электрической энергии, а также автоматического сбора, накопления, обработки, хранения, отображения и передачи информации о потреблении энергоресурсов в диспетчерские и расчетные центры, с целью произведения расчетов, анализа и последующей выработки эффективной энергосберегающей политики.
Для решения вопроса оперативного мониторинга распределения электроэнергии в системе тягового электроснабжения требуется совместно с коммерческим учетом электроэнергии осуществлять технический учет, а именно - контроль расхода по фидерам контактной сети (ФКС). Такая автоматизированная система учета электроэнергии на фидерах контактной сети (АСУЭФКС) позволит не только определять объем потерь и величину небаланса, но и выявлять перетоки мощности между подстанциями, вызывающие дополнительные потери.
В настоящее время при анализе режимов работы систем тягового электроснабжения используются аналитические и вероятностно-статистические подходы. Методология, теоретическое наполнение и информационно - технологическое сопровождение функционирования автоматизированных систем управления потреблением электроэнергии в объемах тягового электропотребления строятся только на базе информации, получаемой из АСКУЭ [4-5].
Развитие систем учета электроэнергии на фидерах контактной сети позволит оперативно анализировать режимы работы системы тягового электроснабжения как единого целого, сравнивать текущие показатели на смежных подстанциях, что даст возможность анализировать электрические параметры сетей.
Сеть многофункциональных счетчиков электроэнергии, синхронизированных между собой, расположенных в различных узлах энергосистемы, позволит в режиме реального времени предоставлять информацию о текущем состоянии, как отдельных объектов, так и всей энергосистемы в целом. Предложенная методика может использоваться как для определения параметров электрических режимов, так и для параметров схем замещения тяговой сети [6].
Задача получения синхронизированных измерений, которая возникает для распределенных объектов электроэнергетики, может решаться с помощью штатной системы синхронизации, существующей в системе передачи данных АО «ЎТЙ». Эта система обеспечивает точность синхронизации до 0,1 с. Глобальные системы ГЛОНАСС и GPS дают возможность повысить точность синхронизации на несколько порядков.
Функциональная схема системы учета электроэнергии на фидерах контактной сети представлена на рисунке1. Предлагается вести оперативный учет как на выводах выпрямительных (выпрямительно-инверторных) преобразователей, так и на каждом фидере контактной сети.
Данные с каждого счетчика передаются на концентраторы, которые хранят информацию за заданный период, создают архивы, передают информацию на верхний уровень информационной системы.
Для реализации системы учета электроэнергии концентраторы подключаются к устройствам сбора и передачи данных (УСПД), к которым уже подключены счетчики переменного тока системы АСКУЭ. Использование подсистем АСКУЭ позволит синхронно определять расход электроэнергии, как принятой от системы внешнего электроснабжения, так и отданной в нагрузку. Такой подход дает возможность определять небаланс электроэнергии по каждой подстанции и корректировать уровень небаланса в контактной сети.
Рис. 1. Функциональная схема системы учета электроэнергии на фидерах контактной сети
Структурная схема системы учета электроэнергии на фидерах контактной сети (ФКС) представлена на рисунке 2.
Структурная схема построена по принципу распределённой вычислительной системы, что определяется двумя независимыми условиями. Первое условие состоит в гальванической изоляции цепей ввода аналогового сигнала от цифровых цепей вывода обработанных данных с высокими требованиями к величине пробивного напряжения. Второе условие состоит в том, что по мере обработки данных, изменяются методы этой обработки, т.е. при вводе аналоговых сигналов формируется непрерывный поток преобразованных в цифровой вид данных с равномерной дискретизацией, однако, после получения основных вычисляемых значений появляется задача архивирования, управления протоколами передачи данных и управления всей системой в целом. Поэтому система учета электроэнергии разделена на две части.
Измерительный блок состоит из трех частей: аналого-цифрового преобразователя (АЦП), блока обработки и оптического интерфейса. АЦП преобразует сигналы, пропорциональные напряжению и току в цифровые отсчеты. В нем предусмотрена температурная компенсация погрешности, а также периодическая коррекция аддитивной погрешности. АЦП соединен с блоком обработки по интерфейсу SPI. Измерительный блок осуществляет измерение сигналов тока и напряжения, вычисляет активную мощность на основе мгновенных значений сигналов тока и напряжения, вычисляет действующие значения тока и напряжения, графики нагрузки. Период вывода данных составляет 5 с, что облегчает дальнейший подсчёт потреблённой энергии.
Блок обработки реализован на одноплатном компьютере «Тион-про-28», который обеспечивает максимально обработку, эффективное распределение, архивирование данных, управление прибором в целом и поддержку протоколов обмена по цифровым интерфейсам. Этот микрокомпьютер является высокоинтегрированным устройством и имеет в своём составе почти все необходимые порты для реализации интерфейсов связи.
Передача данных в концентратор осуществляется с помощью волоконно- оптической линии связи. Волоконно-оптический интерфейс построен на основе оптического приёмопередатчика Netlink HTB-1100 и оптического коммутатора D- link DES-3200-28F. Передача информации осуществляется с помощью интерфейса Ethernet, что обеспечивает высокую скорость передачи данных. Оптический коммутатор позволяет подключить к концентратору до 24 измерительных блоков.
Концентратор предназначен для сбора данных от измерительных блоков, архивирования, построения графиков потребления, дополнительной обработки информации, подсчета расхода электроэнергии по всей подстанции. Отображение текущих значений и местное управление осуществляется с помощью сенсорного экрана. Оптический порт является технологическим и предназначен для загрузки, отладки и конфигурирования программы в микроконтроллере.
Связь АСУЭФКС через существующий УСПД с подсистемой верхнего уровня осуществляется через интерфейс RS-485 по протоколу Modbus RTU. Программное обеспечение верхнего уровня, необходимое для работы системы, устанавливается на те же серверы, что и применяемые в АСКУЭ. Структура аппаратных средств АСУЭФКС приведена в работе опубликованной в журнале «Экологические системы».
Предложенная система позволит определять режимы электропотребления на каждом участке, по каждому фидеру, оценивать уровень загрузки оборудования, эффективность рекуперативного торможения а также высчитывать потери электроэнергии в реальном времени. Сравнение режимов текущего энергопотребления с энергооптимальными режимами позволит в реальном времени управлять системой электроснабжения. Система может использоваться для сетей тягового электроснабжения как переменного, так и постоянного тока, разница лишь в используемых датчиках тока и напряжения.
Установка приборов учета электроэнергии на электроподвижном составе, аналогичных по своим метрологическим характеристикам (классу точности, минимальному интервалу снятия показаний и др.) измерительным приборам, устанавливаемым на фидерах контактной сети, а также обеспечение возможности мониторинга в режиме реального времени местоположения электроподвижного состава, позволит:
Наличие базы данных об электропотреблении на указанных участках в совокупности с информацией об ограничениях скорости движения поездов, предоставлении «окон», участках применения рекуперативного торможения и других факторах, влияющих на организацию движения поездов позволит разрабатывать адресные меры по улучшению основных показателей эффективности использования электроподвижного состава и снижению удельного расхода электроэнергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций, что в свою очередь приведет к снижению себестоимости перевозочного процесса.
Целью организации учета электроэнергии на фидерах контактной сети тяговых подстанций является накопление базы данных об электропотреблении на тягу поездов для разработки организационно-технических мероприятий по снижению удельного расхода электроэнергии на тягу поездов, а также уточнения структуры и снижения уровня небаланса электроэнергии на тягу поездов, принятой по счетчикам тяговых подстанций и потребленной по счетчикам электроподвижного состава.
Выводы. Установлено, что превышение значения небаланса электроэнергии на тягу поездов над технологическими потерями расходуется на тягу поездов бесконтрольно, а, следовательно, нерационально, обеспечение контроля этого расхода электроэнергии позволит снизить расход электроэнергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций.
Показано, что одновременная реализация проектов АСУЭ ФКС и АСУЭ ЭПС позволит определить и далее исключить из структуры небаланса электроэнергии на тягу поездов долю коммерческой составляющей потерь электроэнергии, обусловленных погрешностью учета, приема и распределения электроэнергии на шинах 27,5 кВ.
Литература
