Характеристика підсистем тягового електропостачання та електрорухомого складу, які забезпечують швидкісний рух поїздів. Аналіз електромагнітних процесів на основі створення точних математичних моделей. Розрахунок процесів в усій системі електричної тяги.
Аннотация к работе
Канд. техн. наук, доцент, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. ПЕРСПЕКТИВИ СХЕМОТЕХНІЧНИХ РІШЕНЬ І МОДЕЛЮВАННЯ ПІДСИСТЕМ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ТЯГИ ПРИ ВИСОКОШВИДКІСНОМУ РУСІ ПОЇЗДІВ Розглянуто та проаналізовано схемотехніку і параметри перспективних підсистем тягового електропостачання та електрорухомого складу, які зможуть забезпечити впровадження швидкісного і високошвидкісного руху поїздів.Яквідомо [1-4],назалізничномутранспортіприйнято така умовна шкала швидкостей v руху пасажирських поїздів: «звичайний» рух (існуючийна звичайнихлініях), приякомуv?160 км/год; швидкісний (на реконструйова-нихлініях), де 160?v?200 км/год; високошвидкісний (на спеціальнопобудованихмагістралях) v?200км/год. Вони забезпечуються трьома системами електричної тяги (СЕТ): 3 КВПОСТІЙНОЇ напруги та 25 КВІ 2х25 КВ, 50 Гц змінної напруги. В обох системах має місце, так зване, централізоване живленнятягових мереж, приякомутя-говіпідстанції живлятьсявідрайоннихпідстанційсисте-мизовнішньогоелектропостачання. Однак за своїмисхемотехнікою і параметрами існуючі системи електричної тягивжене можутьзабезпечи-ти необхідне на сьогодні підвищення пропускної і про-візноїздатностейелектричнихзалізниць, тимбільшепри впровадженнішвидкіснихівисокошвидкіснихперевезень [5-10];необхідна суттєва модернізаціяяктяговогоелек-тропостачання (ТЕП),такіелектрорухомогоскладу (ЕРС), зокремана основі схемотехнічнихрішень, якіприведені і аналізуються уподальшомууцій роботі. Багатьмаспеціалістамивобластіелектричноготранс-порту [1, 3, 5, 7, 9, 12, 13] вважається, щоіснуючасистема електричної тяги постійної напруги 3,3 КВПРИ певнійїї модернізаціїшляхом підсиленнядозволитьорганізувати швидкіснийрухпоїздівз v до 200 км/год .Оскількина першомуетапіорганізації увесьшвидкі-сного руху передбачається суміщати швидкісний паса-жирськийрух, томунеобхідностворенняуніверсально-говантажно-пасажирськогоабопасажиро-швидкісного електровоза дляексплуатації ЙОГОВДВОХСЕТ. А в [22] пропонується при розробці вітчизняного двосистемного пасажиро-швидкісного електровоза за основу взяти електротягову схему чотирисистемного електровоза ES64U4 фірми Siemens Transportation System. max Аналізприведенихвищетавіншихнауковихпубліка-ціяхсхемотехнічнихрішеньчастковоужестворенихіпер-спективнихпідсистемтяговогоелектропостачанняіелек-трорухомого складу свідчить, по-перше, про суттєву складністьнавітьїхструктурнихсхем (рис. По-друге, практично, як правило, на фідерній зоні рухається декілька поїздів (тобто, електровозів), а при організації швидкісного і високошвидкісного рухупла-нується взагалі пакетний графікрухупоїздів з 5…6 поїздами в пакеті [4, 25] на фідерній зоні. Вкласичномуприйнятті [26-29], підідентифікацією розуміється задача визначення структури і (або лише) параметрівданогодосліджуваногопристроючипідсис-темизавідомимивньомувхіднійх(t) івихіднійу(t) змінни-мивчасі функціями, щоотримані апріорночисинхрон-ним записом в умовах нормального функціонування зазначеногопристроючи підсистеми.Перспективні, якізабезпечуютьвпровадженняшвид-кісного і високошвидкісного рушу поїздів, підсистеми тягового електропостачання і електрорухомого складу за схемами занадто складі нелінійні динамічні та ще й потужні, щосуттєвоутворюєаналіз внихелектромагні-тних процесів на основі створення класичних (точних) математичнихмоделей.
Вывод
Перспективні, якізабезпечуютьвпровадженняшвид-кісного і високошвидкісного рушу поїздів, підсистеми тягового електропостачання і електрорухомого складу за схемами занадто складі нелінійні динамічні та ще й потужні, щосуттєвоутворюєаналіз внихелектромагні-тних процесів на основі створення класичних (точних) математичнихмоделей.
Методипараметричноїчиструктурноїідентифікації, якіє методамистворенняматематичних моделей «вхід-вихід»,спрощуютьмоделюванняпристроївсистемелек-тричноїтяги.
Запропонованийметод «комбінованого» математичногомоделювання є найбільш доцільним методом роз-рахункуелектромагнітнихпроцесіввусійсистеміелект-ричноїтягиприумовіврахуванняпакетногографікуруху поїздівінаявностідекількохміжпідстанційнихзон.
Список литературы
1. Высокоскоростное пассажирскоедвижение (на же-лезныхдорогах) ;под. ред. Н. В. Колодяжного. -М. : Транспорт, 1976.- 416 с.
2. ХВОРОСТН. В. Электрическиежелезныедороги: этапы и перспективы развития / Н. В. Хворост, Н. В. Панасенко // Електротехнікаіелектромеханіка. - 2003. - № 4.- С. 104-114.
3. КИСЕЛЕВИ. П. Развитиевысокоскоростногожелезно-дорожного подвижного состава / И. П. Киселев // Материалы международного симпозиума «Eltrans 2001»,Санкт-Петербург.- 2002. - С. 190-199.
`
4. Степанская О. А. Формирование токовых нагрузок на системутяговогоэлектроснабжения при скорос-тномдвижениипоездов / О. А. Степанская, А. Т. Бурков // Материалы международного симпозиума «Eltrans2001», Санкт-Петербург. - 2002. - С. 340-346.
`
5. ХВОРОСТН. В. Совершенствованиеэлектрическойтяги ПОСТОЯННОГОТОКАЖЕЛЕЗНЫХДОРОГОУКРАИНЫДЛЯСКО-ростногопассажирскогодвижения / [Хворост Н. В., ГОНЧАРОВЮ. П., ПАНАСЕНКОН. В., ПАНАСЕНКОН. Н. ] // Залізничний транспорт України. - 2003. - № 6. - С. 25-31.
6. КОРНИЕНКОВ. В. Тенденцииразвитияхозяйстваэлек-трификации и электроснабжения железных дорог Украины / В. В. Корниенко // Материалы международного симпозиума «Eltrans2001», Санкт-Петербург. - 2002. - С. 41-45.
`
`
25
ЕЛЕКТРОТЕХНІКА
`
7. КОСАРЕВА. Б. Проблемыразвитияскоростногодви-жения / А. Б. Косарев, О. Н. Назаров // Материалы Второго международного симпозиума «Eltrans2003»,Санкт-Петербург. - 2003.- С. 42-54.
8. ДАНІЛЬЧЕНКОВ. І. Розвитокгосподарстваелектропоста-чання Укрзалізниці на період до 2020 року / В. І. Данільченко, І. І. Лагута, В. О. Фітін // Матеріали наук.-техн. конференції «Транселектро-2010».- 2010. - С. 61-68.
9. КУРБАСОВА. С. СИСТЕМАЭЛЕКТРИЧЕСКОЙТЯГИХХІВЕКА / А. С. Курбасов // Железные дорогимира. - 1999. - № 4. - С. 19-22.
10. КИСЕЛЕВИ. П. Высокоскоростнойжелезнодорожный транспорт: современныевызовыиперспективіраз-вития / И. П. Киселев // Железнодорожный транспорт. - 2012. -№ 11.-С. 44-49.
11. Бурков А. Т. Выборрода тока и уровня напряжения электрического транспорта новых поколений / А. Т. Бурков // Материалы международногосимпозиума «Eltrans2001», Санкт-Петербург. - 2002. - С. 37-40.
`
12. МАРЫКИНА. Н. Схемотехникасовременныхтяговых подстанцийпостоянноготока иперспективныесис-темыэлектроснабжения / А. Н. Марыкин // Материалы международного симпозиума «Eltrans2001», Санкт-Петербург.- 2002. -С. 147-155.
`
13. КОТЕЛЬНИКОВА. Основныетребованияк системам и устройствамтяговогоэлектроснабженияскоростных ивысокоскоростныхмагистралей / А. Котельников // 6th Internotional Conference «Modern Electric Traction in Integrated XXIST Century Europe», Warszawa,Poland. - 2003. - Р. 35-41.
14. Бадер М. П. Концепция обновления и перспективы техническогоразвитиясистем тяговогоэлектроснаб-жения / М. П. Бадер, В. Г. Сыченко // Технічна електродинаміка. Темат. вип. Силоваелектронікатаенер-гоефективність. Частина 2. - Київ.- 2009. -С. 88-93.
15. СИЧЕНКОВ. Г. Розвитокнаукових основпідвищення електромагнітноїсумісності підсистемелектричної тяги постійного струму залізничного транспорту: дис. ... доктора техн. наук / В. Г. Сиченко. -Днепропетровск,2011. - 396с.
16. ЛАШКОА. Д. Технічні вимоги до тяговогорухомого складу нового покоління / А. Д. Лашко, С. Г. Грищенко // Залізничний транспорт України. - 2008. - № 3. - С. 11-14.
17. Сорин Л. Н. Пассажирские электровозы России / Л. Н. Сорин, А. Л. Носков //Материалымеждународ-ногосимпозиума «Eltrans2001»,Санкт-Петербург. - 2002. -С. 203-210.
`
18. СОРИНЛ. Н. Электровозыновогопоколения иорга-низация их разработки [Текст] / Л. Н. Сорин, В. П. Янов // Материалы Второго международного симпозиума «Eltrans 2003», Санкт-Петербург. - 2003. - С. 115-122.
`
19. СЕРГІЕНКОМ. І. Основнівимогиісхемотехнічнірішен-ня тягового частотно-регульованого електроприво-ду пасажирських електровозів / М. І. Сергіенко, М. В. Панасенко //ЗАЛІЗНИЧНИЙТРАНСПОРТУКРАЇНИ. - 2009. - № 5. - С. 43-54.
20. Панасенко Н. В. Концепция силовых схем тяговых асинхронныхэлектропередачмагистральныхэлект-ровозов разных категорийи назначения для желез-НЫХДОРОГУКРАИНЫ / Н. В. Панасенко, Н. НПАНАСЕН-ко, В. Н. Панасенко // Вестник ВЭЛНИИ, Новочеркасск, ОАО «ВЭЛНИИ».- 2008. - № 3 (52). - С. 15-20.
21. Максимчук В. Ф. Стабілізуючі тягові перетворювальні агрегатиз системоюактивної фільтраціїдля електропостачаннятяговихмереж постійногостру-му швидкісних магістралей / В. Ф. Максимчук, М. В. Панасенко, В. Г. Сиченко // ЗАЛІЗНИЧНИЙТРАНСПОРТУКРАЇНИ. - 2011. - № 6. -С. 26-31.
22. СЕРГІЕНКОМ. І. Структуратяговихчастотно-регуль-ованихелектроприводівсучаснихпасажирськихелек-тровозів з асинхронними тяговими двигунами / М. І. Сергіенко, О. Ю. Чудний, Р. О. Панченко //Локо-мотив-інформ. - 2010. -С. 4-10.
23. ЛОГИНОВС. В. Проектированиеэлектрическойтягис учетом требований к инфраструктуре на магистра-ляхскоростногои высокоскоростногодвиженияпо-ездов. / С. В. Логинов, А. А. Наумов, А. В. Наумов / / Тезисы Шестого международного симпозиума «Eltrans 2011»,Санкт-Петербург. Сентябрь, -2011. - С. 75-76.
`
24. Гетьман Г. К. Теория электрической тяги: монография: в 2т. / Г. К. Гетьман. -Днепропетровск : Мако-вецкий, 2011. -Т. 1. - 456 с.
25. Степанская О. А. Исследование электрических нагрузок на тяговую сеть при скоростном движении поездов. / О. А. Степанская // Материалы Второго международногосимпозиума «Eltrans‘2003»,Санкт-Петербург. -2003.- С. 434-439.
26. РАЙБМАНН. С. Чтотакоеидентификация / Н. С. Райб-ман. -М. : Наука, 1970. -117 с.
27. Гроп Д. Методы идентификации систем: монографія / Д. Гроп. -М. : Мир, 1979. -302 с.
28. Современные методы идентификации систем ; под ред. П. Эйкхоффа. -М. : Мир, 1983. - 400 с.
29. КАМИНСКАСВ. Идентификациядинамическихсистем до дискретным наблюдениям : монографія / В. Ка-минскас. -Вильнюс : Мокслас, Часть 1,1982.- 245 с. Часть 2, 1985.-153 с.
30. Буштрук А. Д. Структурная идентификация нелинейных динамических объектов / А. Д. Буштрук // Автоматика и телемеханика. - 1989. - № 10. - С. 84-93.
31. БАЛОНИНН. А. Идентификацияпараметров системв режиме их нормального функционирования / Н. А. Балонин, О. С. Попов // Автоматикаителемеханика. - 1992.- № 8. - С. 98-103.
32. ОВЧАРЕНКОВ. Н. Планированиеидентифицирующих входныхсигналоввлинейныхдинамическихсисте-мах / В. Н. Овчаренко // Автоматикаителемеханика. - 2001. - № 2. - С. 75-87.
33. БУНИЧА. Л. Идентификациядискретныхлинейных объектов с большим отношением сигнал/шум /
А. Л. Бунич //Автоматика ителемеханика. - 2001. - № 3. - С. 53-62
34. Гетманов В. Г. Алгоритм идентификации для линейной дискретной динамической системыуправления / В. Г. Гетманов // Автоматикаителемеханика. - 2001.- № 4. - С. 27-34.
Стаття надійшла до редакції 23.05.2014.
Мищенко Т. Н.
Канд. техн. наук, доцент, Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорту имени академика В. Лазаряна, Украина
ПЕРСПЕКТИВЫ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОДСИСТЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГИ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ ДВИЖЕНИИ ПОЕЗДОВ
Рассмотрена и проанализирована схемотехника и параметры перспективных подсистем тягового электроснабжения и электроподвижного состава, которые смогут обеспечить внедрение скоростного и высокоскоростного движения поездов. Указано, что такие подсистемы электрической тяги являются очень сложными и к тому же нелинейными, динамическими и мощными, что и обусловливает практическую невозможность построенияих точных классических математическихмоделей. В работе предлагаетсясоздавать математические модели для таких подсистем, а значит и для всей системы электротяги, методами идентификации, параметрической или структурной.
Ph.D., Associate Professor, Dnepropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Ukraine
THE PROSPECTS OF THE TECHNICAL SOLUTIONS AND MODELING SYSTEMS OF ELECTRIC TRACTION IN HIGH-SPEED TRAINS
The comparative analysis of advanced circuit solutions and parameters of traction electric supply and electric rolling stock provides the organization and the introduction of high-speed movement of trains on the Railways of Ukraine. It is established that the force of the current system of electric traction with the constant voltage 3,3 KV is appropriate to the stress increase in the traction network in the first stage up to 6 KV, and then to 2 KV due to the transition from the existing centralized system of power supplyof the traction to the network distributed power. In thefield of electric rolling stock all experts believe that it is necessary to create a universal multi-system locomotives on the basis of brushless electric traction motors, as a rule, asynchronous shorted ones.
These subsystems of electric traction, traction electric supply and electric rolling stock are very complex and, in addition, nonlinear, dynamic, and powerful ones and this determines the practical impossibility of their exact classical mathematical models construction. It isproposed to create the mathematical model for such subsystems, and thus for the entire system of electric traction by the methods of parametric or structural identification.
Keywords:high-speed movement, identification,mathematical model, traction power supply,circuitry, electric rolling stock, trains, railway transport.
REFERENCES
1. Vysokoskorostnoe passazhirskoe dvizhenie (na zheleznyx dorogax). Pod.red. N. V. Kolodyazhnogo. Moscow,Transport, 1976, 416 p.
3. Kiselyov I. P. Razvitie vysokoskorostnogo zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava, Materialy mezhdunarodnogo simpoziuma «Eltrans`2001»,Sankt-Peterburg, 2002, pp.190-199.
4. Stepanskaya O. A., BURKOVA.T. Formirovanietokovyx nagruzok na sistemu tyagovogo elektrosnabzheniya pri skorostnom dvizhenii poezdov, Materialy mezhdunarodnogo simpoziuma «Eltrans-2001».Sankt-Peterburg, 2002, pp.340-346.
5. Xvorost N.V., Goncharov Yu. P., Panasenko N. V., Panasenko N. N. Sovershenstvovanie elektricheskoj tyagi postoyannogo toka zheleznyx dorogo Ukrainy dlya skorostnogo passazhirskogo dvizheniya, Zaliznichnij transport Ukraїni, 2003, No. 6,pp. 25-31.
6. Kornienko V. V. Tendencii razvitiya xozyajstva elektrifikacii i elektrosnabzheniya zheleznyx dorog Ukrainy, Materialy mezhdunarodnogo simpoziuma «Eltrans2001»,Sankt-Peterburg, 2002, pp. 41-45.
`
7. Kosarev A. B., Nazarov O. N. Problemy razvitiya skorostnogo dvizheniya, Materialy Vtorogo mezhdunarodnogo simpoziuma «Eltrans`2003»,Sankt-Peterburg, 2003, pp.42-54.
8. Danilchenko V. I., Laguta I. I., Fitin V. O. Rozvytok gospodarstva elektropostachannya Ukrzaliznyci na period do 2020 roku, Materialy‘ nauk.-texn. konferenciyi «Transelektro-2010», 2010, pp. 61-68.
27
ЕЛЕКТРОТЕХНІКА
9. KURBASOVA. S. Sistema jelektricheskoj tjagi HHI veka, Zheleznye dorogi mira, 1999, No. 4, pp.19-22.
10. Kiseljov I. P. Vysokoskorostnoj zheleznodorozhnyj transport: sovremennye vyzovy i perspektivi razvitija, Zheleznodorozhnyj transport, 2012, No.11,pp. 44-49.
11. Burkov A. T. Vybor roda toka i urovnja naprjazhenija jelektricheskogo transportanovyh pokolenij, Materialy mezhdunarodnogo simpoziuma «Eltrans`2001».Sankt-Peterburg, 2002, pp.37-40.
12. Marykin A. N. Shemotehnika sovremennyh tjagovyh podstancij postojannogo toka i perspektivnye sistemy jelektrosnabzhenija, Materialy mezhdunarodnogo simpoziuma «Eltrans 2001». Sankt-Peterburg, 2002, pp. 147-155.
`
13. Kotelnikov A. Osnovnye trebovanija k sistemam i ustrojstvam tjagovogo jelektrosnabzhenija skorostnyh i vysokoskorostnyh magistralej, 6th Internotional Conference «Modern Electric Traction in Integrated XXIST Century Europe», Warszawa, Poland, 2003, pp. 35-41.
14. Badjor M. P., SYCHENKOV.G. Koncepcija obnovlenija i perspektivy tehnicheskogo razvitija sistem tjagovogo jelektrosnabzhenija, Tehnichna elektrodinamika. Temat. vip. Silova elektronika ta energoefektivnist’. Chastina 2, Kiїv, 2009, pp.88-93.
15. Sichenko V. G. Rozvitok naukovih osnov pidvishhennja elektromagnіtnoї sumisnosti pidsistem elektrichnoї tjagi postijnogo strumu zaliznichnogo transportu: dis. ... doktora tehn. nauk. Dnepropetrovsk,2011, 396 p.
16. LASHKOA. D., Grishhenko S. G. Tehnichni vimogi do tjagovogo ruhomogo skladu novogo pokolinnja, Zaliznichnij transport Ukraїni, 2008, No. 3, pp. 11-14.
17. Sorin L. N., Noskov A. L. Passazhirskie jelektrovozy Rossii, Materialy mezhdunarodnogo simpoziuma «Eltrans‘2001». Sankt-Peterburg, 2002, pp. 203-210.
18. SORINL. N., JANOVV.P. Jelektrovozy novogo pokolenija i organizacija ih razrabotki [Tekst], Materialy Vtorogo mezhdunarodnogo simpoziuma «Eltrans2003». Sankt-Peterburg, 2003, pp.115-122.
`
19. Sergienko M. I., Panasenko M. V. Osnovni vymogy i sxemotexnichni rishennya tyagovogo chastotno-regulovanogo elektropryvodu pasazhyrskyx elektrovoziv, Zaliznychnyj transport Ukrayiny, 2009, No. 5, pp.43-54.
20. Panasenko N. V., Panasenko N. N., Panasenko V. N. Koncepcija silovyh shem tjagovyh asinhronnyh jelektroperedach magistralnyh jelektrovozov raznyh kategorij i naznachenija dlja zheleznyh DOROGUKRAINY, Vestnik VJELNII, Novocherkassk,OAO «VJELNII», 2008, No. 3 (52), pp.15-20.
21. Maksimchuk V. F. Panasenko M. V., Sichenko V. G. Stabilizujuchi tjagovi peretvorjuvalni agregati z sistemoju aktivnoї fіltracії dlja elektropostachannja tjagovih merezh postijnogo strumu shvidkisnih magistralej, Zaliznichnij transport Ukraїni, 2011, No. 6, pp.26-31.
22. Sergienko M. I., Chudnyj O. Yu., Panchenko R. O. Struktura tyagovyx chastotnoregulovanyx elektropryvodiv suchasnyx pasazhyrskyx elektrovoziv z asynxronnymy tyagovymy dvygunamy, Lokomoty‘vinform, 2010,pp. 4-10.
23.Loginov S.V.,NAUMOVA.A.,Naumov A. V.Proektirovanie jelektricheskoj tjagi s uchjotom trebovanij k infrastrukture na magistraljah skorostnogo i vysokoskorostnogo dvizhenija poezdov, Tezisy Shestogo mezhdunarodnogo simpoziuma «Eltrans-2011».Sankt-Peterburg,Sentjabr’, 2011, pp. 75-76.
25. Stepanskaja O.A.Issledovanie jelektricheskih nagruzok na tjagovuju set’ pri skorostnom dvizhenii poezdov, Materialy Vtorogo mezhdunarodnogo simpoziuma «Eltrans2003». Sankt-Peterburg, 2003, pp.434-439.
`
26. Rajbman N.S. Chto takoeidentifikacija. Moscow, Nauka, 1970, 117 p.
27. Grop D. Metody identifikacii sistem: monografija. Moscow, Mir,1979, 302 p.
28. Sovremennye metody identifikacii sistem. Pod red. P. Jejkhoffa. Moscow,Mir, 1983, 400 p.
29. Kaminskas V. Identifikacija dinamicheskih sistem do diskretnym nabljudenijam : monografija. Vilnjus, Mokslas, Chast’1, 1982, 245 p. Chast’ 2, 1985,153 p.
30. Bushtruk A. D. Strukturnaja identifikacija neli-nejnyh dinamicheskih ob#ektov, Avtomatika i telemehanika, 1989, No. 10,pp. 84-93.
31. Balonin N. A., Popov O. S. Identifikacija parametrov sistem v rezhime ih normalnogo funkcionirovanija, Avtomatika i telemehanika, 1992, No. 8, pp.98-103.
32. Ovcharenko V. N. Planirovanie identificirujushhih vhodnyh signalov vlinejnyh dinamicheskih sistemah, Avtomatika i telemehanika,2001, No. 2, pp. 75-87.
33. BUNICHA.L. Identifikacija diskretnyh linejnyh ob#ektov s bolshim otnosheniem signal/shum, Avtomatika i telemehanika, 2001, No. 3,pp.53-62.
34. Getmanov V. G. Algoritm identifikacii dlja linejnoj diskretnoj dinamicheskoj sistemy upravlenija, Avtomatika i telemehanika, 2001, No. 4, pp. 27-34