Русский   English
 ДонНТУ    Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

1. Введення

Плануючи обладнати тролейбус системою акумулювання енергії (ESS), слід враховувати очікуване збільшення маси, так як очікується, що потужність для забезпечення більш інтенсивного руху буде вище. Знаючи структуру мережі постійного струму і параметри кабелів, віртуальні моделювання можуть бути дуже корисні при отриманні графічних даних для різних приводних циклів. Опис моделі Matlab / Simulink simulink-симулятора тягового приводу тролейбуса і інші розрахунки механічних параметрів обговорювалися в [1]. Під час моделювання руху тролейбуса значення передавального опору встановлюються відповідно до розташування тролейбуса, тобто пройденою відстанню від живильної підстанції. Дослідження стаціонарних комплектів суперконденсаторів (SC) розглянуто в [2] і [3]. Основною метою даної роботи було дослідження перспективної ефективності застосування мобільних суперконденсаторів SC ESS для тролейбуса Skoda 27Tr. Було виконано ряд симуляцій тролейбуса з рівними умовами руху, за винятком початкових відстаней від підстанції. Перевірено кілька варіантів застосування ESS SC з'єднання, починаючи з мінімум 4 до максимум 16 номерів модулів SC. Проаналізовано вплив додаткової маси ESS на енергію руху тролейбуса і проведено її порівняння з рекуперативної енергією гальмування. Поряд з більш високим енергоспоживанням, теоретично, втрати в передачі очікуються в наступних випадках бути вище. Однак завдяки ESS, що сприяє забезпеченню приводу тролейбуса енергією в режимі прискорення, втрати при передачі можуть бути значно знижені. Незважаючи на те, що потужність тролейбуса в прискореному режимі збільшується, потужність гальмування також дещо зростає, і очікується більш високу кількість енергії гальмування. Нарешті, пропонуються рекомендації по вибору номера модуля ESS SC з урахуванням результатів моделювання.

2. Моделювання тролейбуса без ESS і з ESS

На рис. 1 показана модель тролейбуса Skoda 27Tr Solaris і модуль ESS SC Maxwell BMOD0063 з m = 60 кг. C = 63Ф R = 0.018Ом і U, = 125В. Механічні і електричні параметри розглянутого тролейбуса: передавальне відношення редуктора 6.2, маса 16500кг, сидіння 50 + 1, максимальна кількість пасажирів 160, діаметр коліс 0,9565м, номінальна потужність 260кВт. Незважаючи на те, що в реальному часі в реальних ситуаціях слід вимірювати амонтаж пасажирів і вага транспортного засобу [4]. [5], для подальших імітацій руху тролейбуса передбачається, що всередині нього знаходиться 1 водій та 80 пасажирів. Припустимо, що середня вага людини становить 75 кг, а маса тролейбуса - 22575 кг, що має відповідний момент інерції, принцип розрахунку якого описаний в [1]. Кожне моделювання тривало 65с і виконувалося на відстані 665м [1]. Досліджуючи рух тролейбуса при певній масі, було проведено три моделювання з одним і тим же контрольним графіком крутного моменту. Таким чином, кожен раз, коли тролейбус проїжджав одне і те ж відстань, яке додавалося до початкового відстані для кожного симулятора. Подальші результати покажуть, як зі збільшенням відстані між тролейбусом і підстанцією зростають відповідні втрати і падіння напруги в повітряної мережі. По перше. були проведені симуляційні серії тролейбусів без ESS. Потім були проведені симуляційні серії тролейбусів без ESS, але з більшою масою, завдяки запропонованим варіантам реалізації ESS. Нарешті, були проведені симуляції тролейбуса з ESS. На рис. 2 показані симулювати конфігурації з'єднання SC з 4 до 16 модулями, збільшення маси тролейбуса в процентах і максимальні значення кінетичної енергії.

Малюнок 1. & ndash; тролейбус Skoda 27tr Solaris і модуль SC BMOD0063

Малюнок 2. & ndash; варіанти схеми підключення SC ESS

Поряд з модулями SC до складу ESS входить також потужний DC / DC перетворювач масою не менше 30 кг. для точної роботи перетворювача і спрощення конструкції [6] мінімальна напруга ESS має становити половину номінальної напруги ESS. Максимальна напруга ESS встановлюється рівним 450 В замість номінальних 500 в в ланцюгах C, E і F, оскільки напруга ESS не повинна бути вище, ніж напруга в повітряній мережі, яке може значно знизитися через втрати при передачі. Як коротка 12-метрова двовісна Тролейбусна модель Skoda 24Tr, так і довга 18-метрова тривісна модель Skoda 27tr мають внутрішнє резервне приміщення. Якщо в ньому не встановлений дизель-генератор, то є можливість застосування в ньому ESS, а не тільки на даху.

3. Порівняння різниці в енергоспоживанні тролейбусів без пропонованих мас ESS і з пропонованими

У зв'язку зі збільшенням маси тролейбуса, викликаним схемами ESS з рис. 2, для кожного окремого випадку був модифікований контрольний графік крутного моменту, щоб отримати такі ж графіки швидкості і відстані як на рис. 3. і на рис. 4 показано, як при збільшенні маси тролейбуса за рахунок додаткових модулів ESS збільшується енергія приводу тролейбуса в рівних умовах руху. Крім того, графіки, що відображають різницю у відсотках енергії приводу, є короткими. Коли тролейбус з більшою масою досягає певної швидкості, витрачається більше енергії і більше потужності. Таким чином, в режимі гальмування рекуперується трохи більше енергії, і на рис. 4 показана також різниця в енергії гальмування. Починаючи з кожного 665-метрового інтервалу енергія приводу і гальмування вимірювалася з нуля.

Малюнок 3. & ndash; Діаграма швидкості руху тролейбуса

Малюнок 4. & ndash; діаграми споживаної тролейбусом енергії та енергії гальмування

На рис. 4 показано, як додаткова маса ESS у випадку ланцюга а з рис. 2 призводить до збільшення споживаної енергії приводу тролейбуса на 2,7%. З кожною наступною запропонованою ESS ця енергія продовжує збільшуватися до 6,26% для ланцюга F. чим більше маса тролейбуса, тим більше необхідна потужність, що забезпечує рух. Завдяки цьому енергія гальмування тролейбуса збільшується на 2 + 4,4%. Якщо тролейбус має ESS, на яку передається енергія гальмування, то енергія гальмування віднімається з енергетичної діаграми тролейбуса. З кінця значень діаграми можна розрахувати, що під час симуляцій енергія гальмування тролейбуса, яка може бути збережена в ESS, заповнює 25 ± 1% енергії приводу тролейбуса, яка витрачається під час прискорення. Якщо подивитися на кількість енергії, яка відновлюється за допомогою ESS, то збільшення споживаної енергії приводу тролейбуса, викликане додатковою масою ESS, можна вважати незначним. Далі буде вивчено питання про те, як додаткова маса тролейбусної ESS впливає на величину втрат енергії при передачі по повітряній мережі постійного струму.

Малюнок 5. & ndash; Схема опору передачі мережі постійного струму

Малюнок 6. & ndash; діаграми втрати енергії при передачі і різниця (порівняння) у відсотках

На рис. 6 також показано, скільки відсотків повністю спожитої енергії, тобто енергія втрат при передачі плюс енергія приводу тролейбуса, містить енергію втрат при передачі. Стовпчаста діаграма показує відсоток, на який збільшується кількість втрат при передачі, коли маса тролейбуса стає більше 22575 кг.Для тролейбусів більшої маси, починаючи з 23115+23835 кг, величина втрат при передачі збільшується досить помітно на 5+16%. Однак відсоток втрат енергії при передачі від повністю спожитої енергії збільшується тільки на 0,03+0,07% на відстані 0+665 м, на відстані 665+1330 м - 0,18+0,46%, на відстані 1330+1995 м - 0,41+1,05%.

4. Застосування, в якому доступна енергія дорівнює енергії гальмування

При плануванні перспективної ESS для електротранспорту необхідно враховувати максимальну швидкість, на якій вона повинна гальмувати. Як видно на рис. 4, при 50 км / год без ESS в режимі гальмування виробляється енергія 1,311 МДж. Однак її не слід розглядати як максимальну кількість енергії, яку ESS може накопичувати, заряджаючи від мінімальної напруги до максимуму. Тролейбус, оснащений ESS, важчий, і кількість рекуперованої енергії також буде дещо вищою. З моделювання з додатковою масою ESS в корпусі ланцюга А, енергія гальмування становить 1.328 МДж, що на 1.3% вище. Оскільки кількість енергії гальмування прогнозується на основі таких імітаційних розрахунків, його можна порівняти з передбачуваною масою доступною для ESS SC:

де C-ємність суперконденсатора( Ф), Umax - Максимальна напруга (В) і Umin - мінімальна напруга (В) ESS, що дорівнює половині нормального, а не максимальної напруги ESS.

Малюнок 7. & ndash; схеми енергоспоживання підстанцій без ESS і з ESS для різних відстаней

Частина енергії втрачається через активний опір з'єднання ESS SC, зазначеного на рис. 2. На рис. 10 показані різні графіки енергії, отримані при моделюванні руху тролейбуса на відстань 655 + 1330м.При прискоренні розряди ESS і відповідна енергія SC представлені як негативні. Вона продовжує зменшуватися до тих пір, поки не буде досягнуто мінімальної напруги ESS. У режимі гальмування ESS заряджається, і відповідна енергія SC зростає. Раніше згадана енергія гальмування 1.328 МДж передавалася в ESS. Однак на рис. 10 виміряна енергія SC в ESS становить 1,24 МДж, так як залишилася енергія 0,084 МДж була втрачена через активного опору 0,018 Ом. Представлений графік втраченої енергії ESS SC підвищується в режимі двигуна, оскільки падіння напруги ESS негативне, а також струм SC, що випливає з ESS, негативний. Множачи їх, ми отримуємо позитивну потужність. Коли ESS SC заряджається, струм SC є позитивним, і падіння напруги SC також є позитивним. Отже, кількість енергії активного опору ESS SC продовжує зростати вище нуля. Зрештою, 6,31% енергії гальмування втрачається в процесі накопичення і близько 5,9% енергії ESS не доходить до тролейбусного електродвигуна в режимі прискорення, тобто втрачається, коли ESS постачає тролейбус енергією, і це компенсується отриманням більшої потужності від підстанції, і цей факт вніс свій внесок в отримання діаграми енергоспоживання підстанції, показаної на рис. 9.

5. Висновок

При збільшенні маси тролейбуса на 2,39+5,58% за рахунок певної ESS енергія приводу тролейбуса збільшується на 2,7 + 6,26%. Відновлювана енергія гальмування збільшується на 2 + 4% і містить приблизно 25% споживаної енергії приводу тролейбуса. Залежно від місця розташування тролейбуса енергія втрат у передачі збільшується на 5 + 16%. У зв'язку з цим загальна кількість енергії, споживаної тролейбусом, збільшується тільки на 1,05%. Завдяки системі ESS, яка забезпечує подачу тягового електроприводу тролейбуса в прискореному режимі, завдяки чому з підстанції забирається приблизно на 50% менше енергії, кількість втрат при передачі знижується приблизно на 50%. Повністю заряджена система SC ESS з більш високою максимальною напругою і більшою ємністю може довше брати участь в харчуванні тролейбусного приводу і може працювати в автономному режимі. Якщо цього не потрібно, то оптимальним застосуванням для Skoda 27tr було визнано мінімальну кількість 4 SC ESS, так як доступна енергія ESS була майже дорівнює енергії гальмування тролейбуса на максимальній швидкості. Крім того, він підходив навіть для повного тролейбуса, що генерує енергію гальмування вище, ніж енергія, доступна по ESS. Завдяки активному опору ESS втрачається досить значна кількість енергії, що становить прибл. 6 + 7% як при подачі енергії, так і при гальмуванні. Для зниження активного опору ESS розглядається можливість паралельного підключення інших SC-модулів. В цілому, за участю 4 SC ESS загальне споживання енергії підстанцій, включаючи як втрати енергії при передачі, так і подачу енергії тягового приводу, було знижено на 19,31+24,25% в залежності від розташування тролейбуса в 2-х кілометровому інтервалі по підстанції.

Список джерел

  1. Г. Стана, В. Бразис, « Моделювання руху тролейбуса шляхом вирішення проблем з втратами при передачі по мережі постійного струму»

  2. У. Сирмелис, Д. Жакис, Л. Григанс, « Оптимальні параметри системи зберігання енергії суперконденсаторів для тягових підстанцій»

  3. Д. Иануззи, П. Триколи, «Дослідження стаціонарних комплектів суперконденсаторів для компенсації крапель напруги ліній живлення трамвайних вагонів»

  4. К. Кондратьев, А. Патлинс, А. Забаста, А. Галкина, «Розробка датчика ваги транспортного засобу для збору даних в стійкій системі міського транспорту»

  5. А. Патлинс, Н. Кунишина, «Збір в реальному часі і простий метод підрахунку пасажирів для системи громадського транспорту»

  6. H. Xia, H. Chen, Z. Wang, F. Lin, B. Wang, «Оптимальне управління енергією, розташування і розмір стаціонарної системи зберігання енергії в лінії метрополітену на основі генетичного алгоритму»

  7. У. Сирмелис, «Пряме підключення SC батареї до тягової підстанції»