Спосіб дистанційного моніторингу електроенергії, що споживається і рекуперується рухомим тяговим складом і пристрій для його здійснення

1. Спосіб дистанційного моніторингу електроенергії, що споживається і рекуперується рухомим тяговим складом, за яким вимірюють кількість електроенергії цифровими лічильниками, які встановлено на рухомому складі, визначають місцезнаходження тягового складу, ці дані передають в пункт керування рухом для їх обробляння і аналізу, який відрізняється тим, що здійснюють роздільний контроль кількості електроенергії, спожитої на тягу, і окремо на енергозабезпечення вагонів, окремо контролюють кількість електроенергії, спожитої на тягу і рекуперованої в тягову контактну електромережу під час гальмування, утворюють в базі даних співвідношення між обсягом спожитої електроенергії і топографією маршруту рухомого складу на окремих технологічних ділянках тягових підстанцій за час його перебування в зоні їх дій, передають ці дані в пункт керування безпровідними каналами зв'язку, дані з пункту керування по телекомунікаційній мережі передають на автоматизоване робоче місце локомотивного депо. C2 2 UA 1 3 ливість вдосконалення технічного нормування витрат електроенергії на поїздки. Однак він не передбачає автоматичної передачі даних про спожиту електроенергією і пройдений рухомим складом шлях на диспетчерський пункт і тому ці дані неможливо використати для оперативного енергозберігаючого та протизатратного керування електротранспортом. Відомий також спосіб обліку кількості спожитої рухомим тяговим складом електроенергії водночас з обліком часу чи пройденого шляху з метою утворення і контролю співвідношення між величиною спожитої електроенергії на вже пройденій ділянці шляху і дозволеною, але обмеженою її величиною, доступною для споживання на решті маршруту, що в сумі складають нормовану для даного маршруту кількість електроенергії [2]. Недоліками цього способу, по-перше є те, що він не забезпечує окремого, роздільного обліку електроенергії, яка безпосередньо споживається на тягу і на електрозабезпечення вагонів. Друга складова споживаної рухомим складом залізниць електроенергії, завдяки стрімко зростаючим останнім часом кількості та якості послуг, що надаються залізницями пасажирам, стає все більш вагомою в загальному (сумарному) споживанні електроенергії рухомим складом і тому важливо забезпечити її окремий контроль. По-друге, даний спосіб не дозволяє здійснювати двонаправлений, реверсивний облік електроенергії, а саме: електроенергії спожитої на тягу і окремо електроенергії, яка виробляється електродвигунами рухомого складу під час гальмування і віддається ними в живлячу контактну електромережу. По-третє, цей спосіб крім обліку кількості електроенергії не забезпечує контролю таких важливих для визначення режиму тяги і економії електроенергії її параметрів як активна та реактивна потужності, величини струму навантаження, напруги і частоти живлячої контактної електромережі. Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб моніторингу транспортних засобів за яким дані про стан його апаратури і місцезнаходження на маршруті передають в моніторинговий центр для їх оброблювання та аналізу [3]. Цей спосіб, як і попередні, також не передбачає роздільній облік електроенергії, спожитої на тягу і на електрозабезпечення вагонів, реверсивний облік електроенергії на тягу і моніторинг інших її параметрів. За цим способом не відслідковуються і не вносяться в базу даних час руху і відповідна йому плинна тарифна вартість електроенергії для конкретної дистанції (технологічної ділянки маршруту) залізниці, яку в даний час долає локомотив. Це не дозволяє вироблення сигналу управління про поточне зменшення/збільшення споживаної локомотивом потужності, що забезпечило б мінімальну платню за спожиту на маршруті електроенергію. Задачею винаходу є створення способу моніторингу параметрів електроенергії, що споживається/виробляється рухомим тяговим складом, за яким завдяки роздільному обліку спожитої електроенергії на тягу і на електрозабезпечення вагонів, реверсивному обліку електроенергії, що споживається на тягу, контролю активної та реактивної 83334 4 потужностей, величин струму навантаження, напруги і частоти контактної живлячою електромережі, відслідковуванню і внесенню до бази даних часових відміток руху і відповідних їм величин тарифних вартостей електроенергії на конкретних географічних дистанціях (технологічних ділянках тягових підстанцій) залізниці, від яких в даний час живиться локомотив, забезпечується локальний та дистанційний моніторинг не лише кількості, а і ряду інших параметрів електроенергії, досягається підвищення точності та достовірності даних про окремі складові балансу електроенергії рухомого складу, оптимізація енергоспоживання і мінімізація платні за спожиту рухомим тяговим складом електроенергію. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в способі дистанційного моніторингу параметрів електроенергії, що споживається/виробляється рухомим тяговим складом, за яким дані про стан його апаратури і місцезнаходження на маршруті передають в пункт керування рухом для їх оброблення і аналізу, здійснюють роздільний контроль кількості електроенергії спожитої на тягу і окремо на електрозабезпечення вагонів, окремо контролюють кількість електроенергії спожитої на тягу і рекуперованої (відданої) в тягову контактну електромережу під час гальмування, відслідковують і вносять до бази даних часові відмітки руху і відповідні часу руху величини плинних тарифних вартостей електроенергії на конкретних технологічних ділянках тягових підстанцій, по яких в даний час рухається локомотив, утворюють в базі даних співвідношення між обсягом спожитої електроенергії, топографією маршруту і тарифною вартістю електроенергії на окремих технологічних ділянках тягових підстанцій, дані про спожиту/вироблену рухомим складом електроенергію через комунікаційні порти лічильників зчитують промисловим сервером збору даних і передають в моніторинговий центр безпровідними каналами зв'язку, дані з моніторингового центру по телекомунікаційній мережі передають на автоматизоване робоче місце локомотивного депо. Наступна відмінність полягає в тому, що додатково контролюють активну та реактивну потужності, величину струму навантаження, величину та частоту напруги живлячої контактної мережі. Крім того, ще одна відмінність моніторингу параметрів електроенергії запропонованим способом полягає в тому, що додатково, виходячи з даних про параметри спожитої/виробленої рухомим тяговим складом електроенергії, в моніторинговому центрі за критерієм мінімальної платні за спожиту на маршруті кількість електроенергії, виробляють сигнали управління щодо оптимального часу та динаміки руху тягового складу. Порівняльний аналіз відомих технічних рішень показує, що запропонований спосіб моніторингу параметрів електроенергії, що споживається/виробляється рухомим тяговим складом є найбільш точним, функціонально повним та технічно досконалим, оскільки при його застосуванні моніторинговий центр залізниці оперативно в реальному часі отримує точну та достовірну вимірювальну інформацію про усі складові енергетичного 5 балансу рухомого тягового складу, яка автоматично співвіднесена в базі даних до часу руху і відповідних йому тарифних вартостей електроенергії для тих конкретних технологічних ділянках тягових підстанцій залізниці від яких в даний час живиться локомотив. На основі наведеного вище можна зробити висновок, що сукупність суттєвих ознак, що викладені у формулі винаходу є необхідною і достатньою для досягнення нового технічного результату підвищення точності, достовірності та рівня автоматизації вимірювання параметрів спожитої/виробленої рухомим тяговим складом електроенергії, розширення функціональних можливостей способу, мінімізації платні за спожиту рухомим складом електроенергію, підвищення рівня інформаційного забезпечення управління рухомим тяговим складом залізниць і створення цим самим основи для широкого впровадження системи фінансово вигідних залізничних перевезень. Відомі пристрої контролю параметрів електроенергії, що споживається/виробляється рухомим тяговим складом у вигляді амперметрів, вольтметрів, ватметрів аналогового типу та електромеханічних лічильників електроенергії [4, 5]. Недоліками цих приладів є мала точність вимірювання зазначених параметрів, включно і кількості електроенергії, значна залежність їх похибок від важких робочих умов на рухомому тяговому складі, а також зростання похибок з часом в процесі експлуатації. За потреби роздільного обліку електроенергії спожитої локомотивом і рекуперованої (повернутої) ним в електромережу, необхідно встановлювати два окремих лічильники для різних напрямків електроенергії. В таких приладах не має вузлів зв'язку, що не дозволяє автоматизувати процес знімання їх показань з метою подальшої їх передачі і оперативної обробки на пункті управління рухом. Кращим технічним рішенням є цифровий лічильник електроенергії високого класу точності, який встановлюється на рухомому складі і здійснює облік електроенергії спожитої в цілому на тягу і на енергозабезпечення вагонів [6]. Такий лічильник має комунікаційний порт, який дозволяє автоматично зчитувати його показання на персональний комп'ютер. Однак такий пристрій не здійснює прив'язку даних про параметри спожитої/виробленої локомотивом електроенергії в момент їх зчитування до місця перебування локомотиву на маршруті і водночас наступну автоматичну передачу цих даних на пункт управління. Отже, при цьому практично втрачається цінність використання одержаних з локомотиву даних про кількість електроенергії, спожитої/виробленої ним, для їх оперативної обробки і використання на пункті керування рухом. Найбільш близьким технічним рішенням є система моніторингу стану апаратури, встановленої на транспортних засобах, що здійснює передачу даних про контрольовані параметри з локомотиву в моніторинговий центр для їх оброблення [3]. Однак в цій системі не виконується роздільний облік електроенергії на тягу і на електрозабезпечення вагонів, реверсивний облік електроенергії, яка споживається на тягу, не відслідковуються і не 83334 6 вносяться в базу даних поточний час і відповідна йому тарифна вартість електроенергії для конкретних технологічних ділянок тягових підстанцій залізниці, які в даний час долає локомотив. Це не дозволяє утворити в системі співвідношення між споживаною електроенергією, топографією маршруту і динамікою зміни в часі вартості 1кВт·год електроенергії на технологічних ділянках тягових підстанцій і відповідно виробляти сигнали управління на поточне зменшення/збільшення потужності тяги з метою забезпечення мінімальної платні за спожиту на маршруті електроенергію. Задачею винаходу є створення пристрою дистанційного визначення параметрів електроенерії, що споживається/виробляється рухомим тяговим складом за яким, завдяки встановленню на локомотиві другого цифрового лічильника електроенергії і модема резервного каналу безпровідного зв'язку, встановленню на пункті управління передавальної апаратури телекомутаційної мережі, встановленню в локомотивному депо автоматизованого робочого місця і приймальної апаратури телекомунікаційної мережі досягається новий технічний результат - значно розширюються функціональні можливості пристрою, підвищується точність і достовірність даних про параметри окремих складових балансу електроенергії рухомого складу, зменшується кількість необхідних для визначення всіх параметрів слектроенерії засобів вимірювання на рухомому складі, досягається оптимізація енергоспоживання і мінімізація платні за спожиту рухомим тяговим складом електроенергію. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в пристрої дистанційного моніторингу параметрів електроенергії, що споживається/виробляється рухомим тяговим складом, який на рівні локомотиву містить цифровий лічильник електроенергії з комунікаційним портом, промисловий сервер збору даних з лічильника, модуль визначення географічних координат рухомого складу і модуль передачі даних безпровідним каналом зв'язку про спожиту ним електроенергію в моніторинговий центр, на рівні моніторингового центру містить модем каналу безпровідного зв'язку і сервер, на рівні локомотиву додатково введено другий цифровий лічильник електроенергії, що здійснює облік електроенергії, що споживається на тягу, і окремо - електроенергії, що генерується локомотивом в контактну електромережу, при цьому обидва лічильники через комунікаційні порти підключені до першого та другого комунікаційних портів промислового сервера збору даних, третій порт якого підключено до модуля визначення географічних координат рухомого складу, четвертий та п'ятий порти промислового сервера збору даних підключено до основного та резервного каналів модемного обладнання для передачі даних на моніторинговий центр, вихід модему моніторингового центру підключено до першого комунікаційного порту сервера, на рівні локомотивного депо встановлено автоматизоване робоче місце, вхід якого через телекомунікаційну мережу з'єднано з другим комунікаційним портом сервера моніторингового центру. 7 Порівняльний аналіз відомих технічних рішень показує, що запропонований пристрій є більш досконалим і має значно ширші функціональні можливості, оскільки забезпечує роздільне, точне і достовірне визначення витрат електроенергії на тягу і на енергозабезпечення вагонів у фізичних і грошових обсягах з урахуванням часу руху і відповідної йому тарифної вартості електроенергії для тієї та іншої дільниці контактної мережі, де в момент зняття показань лічильника знаходиться локомотив, одночасне з обліком кількості електроенергії вимірювання ряду інших її параметрів частоти, напруги, струму навантаження, активних і реактивних потужностей, автоматичну оперативну в процесі руху локомотива по маршруту передачу даних в моніторинговий центр і автоматизоване робоче місце локомотивного депо. Сутність винаходу пояснюється кресленням, де на Фіг. зображено компоновку окремих складових частин пристрою, який реалізує запропонований спосіб, а також показано канали передачі інформації між ними. На кресленні: 1, 2 - цифровий лічильник електроенергії (ЛЕ); 3 - промисловий сервер збору даних (ПС); 4 - модуль визначення координат локомотиву (МВК); 5 - модуль передачі даних основного каналу зв'язку (МПД(О)); 6 - модуль передачі даних резервного каналу зв'язку (МПД(Р)); 7 - модем каналу передачі даних; 8 сервер; 9 - телекомунікаційна мережа (ТКМ); 10 автоматизоване робоче місце локомотивного депо (АРМ); u(t) - миттєві значення вторинної напруги вимірювального трансформатора напруги контактної електромережі; iн(t) - миттєві значення вторинного струму вимірювального трансформатора струму навантаження локомотиву (на тягу); iвп(t) миттєві значення вторинного струму трансформатора струму, який вимірює загальний струм, що споживається вагонами потягу. Запропонований пристрій складається з трьох частин, відповідно розміщених на локомотиві, пункті управління та в локомотивному депо, які поєднуються в одне ціле каналами передачі інформації. На локомотиві розміщено два цифрових лічильники електроенергії 1 і 2, які через комунікаційні порти підключені до першого та другого комунікаційних портів промислового сервера збору даних 3. Своїм третім портом промисловий сервер 3 підключений до модуля визначення координат локомотиву 4. Третій та четвертий порти промислового сервера 3 відповідно підключено до модемного обладнання 5 і 6 основного (О) і резервного (Р) каналів передачі даних на пункт управління. На пункті управління встановлено модем 7 апаратури передачі даних по каналу безпровідного зв'язку, вихід якого підключено до першого комунікаційного порту сервера 8, другий комунікаційний порт якого підключено до телекомунікаційної мережі 9. В локомотивному депо встановлено автоматизоване робоче місце 10, яке одним із своїх входів з'єднане з телекомунікаційною мережею 9. Пристрій працює таким чином. При підключенні пантографу рухомого складу до контактної електромережі на вимірювальні кола лічильників електроенергії 1 і 2 поступають трансформовані вимірювальними трансформаторами миттєві зна 83334 8 чення напруги контактної електромережі и(і) і струму навантаження iн(t) локомотиву. Лічильники починають працювати і визначати параметри спожитої/виробленої електроенергії на тягу (лічильник 1) і електроенергії, спожитої на енергозабезпечення вагонів (лічильник 2). Вимірювальна інформація з лічильника 1 поступає на перший комунікаційний порт промислового сервера 3, а з лічильника 2 - на другий комунікаційний порт промислового сервера 3. Модуль визначення координат 4 з заданим інтервалом часу визначає географічні координати локомотиву і передає їх на третій комунікаційний порт промислового сервера 3, де виконується прив'язка отримуваних з лічильника даних, наприклад, поточного споживання електроенергії, до місцезнаходження локомотиву на маршруті. Зібрані промисловим сервером 3 дані поступають на модемне обладнання 5 і 6 відповідно основного та резервного каналів безпровідного зв'язку, до складу якого входить і модем 7, з виходу якого інформація про параметри електроенергії з локомотиву поступає в сервер 8 пункту управління і ретранслюється ним через телекомунікаційну мережу 9 в автоматизоване робоче місце 10 локомотивного депо. Таким чином, у порівнянні з прототипом використання способу дистанційного моніторингу параметрів електроенергії, що споживається/виробляється рухомим тяговим складом і пристрою для його здійснення, за якими водночас з моніторингом усіх складових енергетичного балансу рухомого тягового складу, локально і дистанційно контролюється ряд інших параметрів електроенергії, дані моніторингу співвідносяться з часом руху і відповідними йому тарифними вартостями електроенергії на конкретних географічних дистанціях (технологічних ділянках тягових підстанцій) залізниці, від яких в даний час живиться локомотив, в моніторинговому центрі за критерієм мінімальної платні за спожиту на маршруті кількість електроенергії, виробляють сигнали управління щодо оптимального часу та динаміки руху тягового складу дозволяє досягнути нового технічного результату - підвищити точність та достовірність даних моніторингу, розширити функціональні можливості способу і засобу, оптимізувати енергоспоживання і мінімізувати платню за спожиту рухомим тяговим складом залізниць електроенергію. Література: 1. Способ учета расхода электрической энергии на подвижном составе электрического транспорта и электронный счетчик для его реализации. Патент Российской Федерации №2140654С1, МПК G01R11/00, В60L3/00 / Б.И. Грубер, В.А. Коровин, А.Г. Тишунов. - Заявл. 30.10.1996; Опубл. 27.10.1999, Бюл. №13/2003. 2. Consuption-oriented driving-power limitation of a vehicle drive. United State Patent №5627752, Int.Cl. B60L3/00; B60K1/04/Michael Buck, Wolf Boll, Gimther Knorzer. - Filed Dec. 27, 1994. 3. Vehicle State Monitoring System. JP2005028945, B60L3/00; B61L25/00; B61L25/04 / Nakazawa Shinichiro; Kamo Yushi; Hatano Michihiro; Kamijo Atsushi; Matsuda Masaharu; Chiba Shigeru. Pabl. Data 2005-02-03. 9 83334 4. Подольский Л.Р., Чоловский Н.И., Фомин Ю.А. Счетчики электрической энергии электроподвижного состава. -М.: Трансжелдориздат, 1962. 116с. 5. Калинин В.К., Михайлов Н.М., Хлебников В.Н. Электроподвижный состав железных дорог. М.: Транспорт, 1972. - 536с. Комп’ютерна верстка А. Рябко 10 6. Счетчик Альфа на электропоездах // Новые решения в учете электроэнергии. Ежеквартальная газета для производителей и потребителей электроэнергии. - М.: АББ ВЭИ Метроника. - 2000. - №7. - С.7. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601