WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 13 |

«УДК 621.311 Закарюкин В.П., Крюков А.В., Раевский Н.В., Яковлев Д.А. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ Под ред. ...»

-- [ Страница 5 ] --

Общий годовой расход энергии, отнесённый к шинам тяговых подстанций на зоне питания, определяется по выражению где Wг – годовой расход энергии на движение всех поездов, отнесённый к шинам тягового напряжения, в млн. кВтч/год; Wг – то же, отнесённый к пантографу электровоза, в млн. кВтч/год; Wг – потери энергии в тяговой сети в млн. кВтч/год; kд – коэффициент, учитывающий дополнительный расход энергии на собственные нужды подвижного состава и маневры; kэ – коэффициент, учитывающий увеличение расхода энергии зимой.

Годовой расход энергии на шинах каждой тяговой подстанции определяется как доля от общего расхода по фидерным зонам, получающим питание от рассматриваемой тяговой подстанции. Исходным при этом является распределение между тяговыми подстанциями энергии, потребляемой одним поездом каждой категории. Суммарные потери энергии в проводах контактной сети и рельсах распределяются между тяговыми подстанциями в том же соотношении, что и соответствующий годовой расход энергии.

Годовой расход энергии, отнесённый к шинам питающего напряжения тяговых подстанций, определяется из выражения Коэффициент пст учитывает потери энергии в оборудовании тяговой подстанции, расход ЭЭ на собственные нужды тяговой подстанции, а также наличие высших гармонических тока в первичном токе ТП. Годовой расход энергии учитывает и районную нагрузку тяговых подстанций; тогда вышеприведённое выражение примет вид где Wгн – годовой расход энергии нетяговыми потребителями подстанции, отнесённый к шинам питающего напряжения, в млн. кВтч/год;

Определение полного расхода энергии производится с учётом соответствующих коэффициентов мощности тяги, района и тяговой подстанции в целом. Это позволяет определить полный расход энергии на шинах подстанции и долю реактивной нагрузки на её шинах.

В девяностые годы новый импульс развития получают методы, основанные на принципах ИИ [3-5, 25, 34-39, 47-49, 51-53, 75-77, 104, 114–160].

В основе этих методов лежит адаптивное использование нелинейных подходов при решении задач прогнозирования и связанные с этим большие затраты вычислительных ресурсов. Использование нелинейных подходов позволило заметно повысить точность получаемых результатов и тем самым продемонстрировать преимущества данных методов при решении задач рассматриваемого класса. Наконец, третий этап начался несколько лет назад, когда желание повысить точность и надежность прогнозов, а также сделать как можно более автоматизированной саму процедуру выполнения прогноза, привело к появлению гибридных методов и схем.

Повышение точности предсказания в гибридных схемах происходит за счет взаимного дополнения двух методик разного класса, когда на первом этапе применяется метод, как правило, нелинейный, который эффективно решает некоторую промежуточную задачу. На этом этапе из исходных данных извлекается часть информации, обладающая определенными свойствами, обычно это нелинейный тренд в многомерном пространстве.

Поведение и динамика трендов моделируются отдельно. Однако при вычитании трендов из исходных данных в остатках часто присутствует дополнительная уточняющая информация, которая также эффективно может быть извлечена с помощью методов иного класса, нежели чем те, что были применены на первом этапе для моделирования трендов. Оставшаяся информация также извлекается, окончательный ответ получается как результат комбинации информации первого и второго этапов. Такой подход описывается, например, в [51, 60, 72].

В настоящее время суть проблемы автоматизации прогнозирования состоит в том, что для выполнения конкретного прогноза при конкретных условиях достаточно применить методику, дающую хороший результат только в очень узком диапазоне параметров оперативной обстановки. При сильном изменении внешних условий, к числу которых, например, относятся погодные условия, время суток, день недели и т.д., возникает необходимость существенной перенастройки или даже полной замены подходов к прогнозированию. Распознать момент смены обстановки до недавнего времени эффективно мог только человек – эксперт. Целью современных исследований является автоматизация и этого процесса. Для достижения такой цели необходимо научиться формально описывать классы окружающей обстановки и затем решать задачу классификации для принятия решения о подстройке или замене модели. Для решения указанной задачи эффективные подходы находятся в классе алгоритмов ИИ. Здесь применены экспертные системы, классификаторы на основе самоорганизующихся сетей Кохонена и алгоритмы нечеткой логики [71, 76, 92].

1. Предложена классификация методов прогнозирования электропотребления на тяговых подстанциях железнодорожного транспорта.

2. Выявлено, что наибольший практический интерес для железнодорожного транспорта представляют краткосрочные и оперативные прогнозы электропотребления.

3. Традиционные методы прогнозирования ЭП на тяговых подстанциях железных дорог, основанные на нормативных подходах, требуют изменения в новых экономических условиях.

4. Сформулирована общая задача прогнозирования электропотребления, решение которой позволяет при учете ряда ограничений, оценивать состояние электрического хозяйства железной дороги, использую системные свойства объекта.

2. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ

ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

2.1. Имитационное моделирование в задачах прогнозирования электропотребления Расчет режимов, определение нагрузочной способности и прогнозирование расхода электрической энергии систем тягового электроснабжения являются крайне актуальными задачами при проектировании и эксплуатации систем тягового электроснабжения (СТЭ). Эти задачи могут решаться на основе методов имитационного моделирования, включающих следующие этапы:



• обработка графика движения поездов;

• формирование мгновенных схем и определение потокораспределения для каждой схемы • формирование интегральных показателей электропотребления.

Цель таких расчетов состоит в определении расхода электрической энергии при движении поездов, определении потерь ЭЭ в элементах систем тягового и внешнего электроснабжения, контроле напряжения на токоприемнике электровоза и определении токов в элементах СТЭ. Расход энергии на движение при сравнительно небольших изменениях напряжений определяется средними токами, а потери энергии и нагрев элементов зависят от среднеквадратичных значений, на которые существенно влияют максимальные токи.

Моделирование перемещающихся тяговых нагрузок базируется на графике движения, связывающем координату положения поезда со временем. Величины тяговых нагрузок определяются на основе тяговых расчетов или экспериментально. Обычно тяговые нагрузки задаются величинами токов, однако такой подход недостаточно адекватно описывает физику протекающих процессов. Машинист поезда должен соблюдать заданную скорость движения, поэтому изменение напряжения на токоприемнике приводит к необходимости поддержания мощности электровоза. Следовательно, задание тяговой нагрузки потребляемой мощностью является более адекватным подходом, отражающим закон сохранения энергии. Программные средства, разработанные для определения тяговых нагрузок, ориентированы на получение тяговых токов при номинальном напряжении на токоприемнике, поэтому их пересчет в потребляемую мощность сложности не составляет.

Применяемые в настоящее время методы и программные средства расчетов режимов систем тягового электроснабжения переменного тока [66, 67] базируются на упрощенном представлении СТЭ. При этом наиболее «грубому» эквивалентированию подвергается внешняя сеть, которая упрощенно эквивалентируется реактансами, определяемыми мощностью короткого замыкания на шинах высокого напряжения тяговых подстанций.

Элементы системы тягового электроснабжения задаются соответствующими комплексными сопротивлениями, а тяговые нагрузки представляются источниками тока. Такой подход обеспечивает приемлемую точность только при достаточно мощной системе внешнего электроснабжения, когда однофазные тяговые нагрузки не приводят к существенной несимметрии на шинах питающего напряжения ТП. Как показали сравнительные расчеты, значительные погрешности возникают при мощности короткого замыкания на шинах питающего напряжения, меньшей 700 МВ·А [42]. Задание тяговых нагрузок источниками тока также приводит к погрешностям, возрастающим при увеличении отклонений напряжения на токоприемнике электровоза от номинального значения.

Способы адекватного моделирования внешней сети, а также модели элементов СТЭ, учитывающие электромагнитные взаимовлияния и основанные на использовании фазных координат узловых напряжений, представлены в работе [42]. Методика имитационного моделирования, выполненная на базе идей работы [42], позволяет корректно решать следующие актуальные практические задачи:

• выбор оптимального способа усиления СТЭ с учетом весовых норм поездов, размеров движения и профиля пути;

• определение пропускной способности участка дороги по системе электроснабжения с выбором оптимальной схемы пропуска поездов;

• минимизация потерь электроэнергии в элементах СТЭ;

• определение влияния поездной ситуации на показатели качества электрической энергии в районах электроснабжения нетяговых потребителей;

• расчеты уравнительных токов и определение их влияния на технико-экономические показатели СТЭ;

• оценка режима напряжения на токоприемнике электровоза при движении поезда;

• определение расхода электроэнергии тяговыми подстанциями.

2.2. Постановка задачи Система электроснабжения железной дороги (СЭЖД) может быть разделена на следующие сегменты (рис. 2.1):

• трехфазную систему внешнего электроснабжения (СВЭ);

• однофазную систему тягового электроснабжения (СТЭ);

• районы электроснабжения (РЭС) нетяговых и нетранспортных потребителей;

• линии электропередачи, выполненные по схеме «провод – рельс»

(ПР) и «два провода – рельс» (ДПР).

СТЭ имеет продольную и поперечную несимметрию параметров, вызванную наличием однофазных тяговых сетей и нагрузок, установок поперечной и продольной емкостной компенсации. Эта несимметрия сказывается на СВЭ и РЭС.

Рис. 2.1. Структурная схема системы электроснабжения железнодорожной Расчеты режимов объединенных систем тягового и внешнего электроснабжения проводятся путем последовательного расчета режимов ряда мгновенных схем, образующихся при движении поездов. Формирование мгновенной схемы требует наличия следующей информации [42]:

• схемы соединения стационарных элементов с данными об их параметрах, а также нагрузках и генерациях в стационарной части СЭЖД;

• положение электротяговых нагрузок в рассматриваемый момент времени, определяемое графиком движения поездов; положение поездов определяет параметры изменяющейся части системы, составленной участками тяговой сети;

• нагрузки, создаваемые поездами в рассматриваемый момент времени; эти нагрузки определяют из тяговых расчетов или опытных поездок.

Для определения положения поездов используется график движения поездов. Положение поездов определяет длины текущих участков тяговой сети между соседними поездами или между поездами и стационарными узлами (фидеры тяговой сети, тяговые подстанции, различные неоднородности тяговой сети типа постов секционирования, пунктов параллельного соединения, нейтральных вставок, переходов на другое число путей или на другой тип подвески).



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 13 |