Спосіб оптимізації роботи автономного моторвагонного електротранспорту

Реферат: Винахід належить до галузі залізничного транспорту, конкретно - стосується частотнокерованих електропередач змінного струму автономного моторвагонного рухомого складу залізниць. В основу винаходу поставлено задачу створення способу оптимізації роботи автономного моторвагонного електротранспорту з можливістю врахування в процесі керування моторизованою ланкою процесу відбору загальної потужності всіма системами моторвагонного електротранспорту від тягового генератора моторизованої ланки для оптимізації керування моторизованою ланкою. Врахування в процесі керування моторизованою ланкою процесу відбору загальної потужності всіма системами моторвагонного електротранспорту від тягового генератора моторизованої ланки дозволяє оптимізувати керування моторизованою ланкою в залежності від загального навантаження на тяговий генератор і тим самим оптимізувати витрати первинного енергоносія в процесі руху моторвагонного електротранспорту. UA 110855 C2 (12) UA 110855 C2 UA 110855 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі залізничного транспорту, конкретно - стосується частотнокерованих електропередач змінного струму автономного моторвагонного рухомого складу залізниць. Відома система автоматизованого водіння вантажних поїздів підвищеної маси та довжини з розподіленими за їх довжиною локомотивами [1], організація якої полягає у тому, що встановлені на кожному локомотиві блоки центрального процесора з підключеними до нього блоком індикації, блоком пам'яті, датчиками тиску, датчиком колії й швидкості й приймальнопередавальним обладнанням, на кожному локомотиві додатково встановлені й підключені до центрального процесора блок керування, що реалізує на кожному локомотиві власну програму ведення, датчики струму й напруги, блок автоматичної локомотивної сигналізації, блок діагностики основних вузлів і блок формування сигналів керування виконавчими елементами системи, при цьому на головному локомотиві блок центрального процесора підключений до передавача приймально-передавального обладнання через блок формування команд, що несуть інформацію про узагальнені режими руху. Недоліком відомого способу є складність технічної реалізації, відсутність можливості безпосереднього керування потужністю моторизованої ланки поїзда, наявність складних електричних перетворювачів, які знижують надійність системи, зменшують коефіцієнт корисної дії системи керування. Прототипом вибрано спосіб для оптимізації роботи поїзда для поїзда, що включає в себе численні локомотиви з розподіленою подачею потужності [2], який полягає в тому, що визначають на борту транспортного засобу план поїздки. За планом поїздки визначаються необхідні швидкості, з якими повинен рухатись транспортний засіб, при цьому необхідні швидкості виражені як функції відстані або часу під час поїздки.·Також визначають встановлювальні параметри для першої моторизованої ланки й другої моторизованої ланки транспортного засобу з метою забезпечення переміщення транспортного засобу із заданими швидкостями плану поїздки. В іншому варіанті способу експлуатації поїзда додатково визначають встановлювальні параметри на борту поїзда для першого й другого локомотива, при цьому встановлювальний параметр для першого локомотива відрізняється від встановлювального параметра другого локомотива, а план поїздки визначають на основі даних, що стосуються щонайменше одного поїзда або колії прямування поїзда, і без обліку всіх інших поїздів, що переміщаються по мережі доріг, яка містить і колію для переміщення поїзда. При цьому розв'язок спрямований на оптимізацію роботи поїзда. Недоліками прототипу є відсутність можливості врахування в процесі керування моторизованою ланкою процесу відбору загальної потужності всіма системами моторвагонного електротранспорту від тягового генератора моторизованої ланки. В основу винаходу поставлено задачу утворення способу оптимізації роботи автономного моторвагонного електротранспорту з можливістю врахування в процесі керування моторизованою ланкою процесу відбору загальної потужності всіма системами моторвагонного електротранспорту від тягового генератора моторизованої ланки для оптимізації керування моторизованою ланкою. Вирішення цієї задачі досягається тим, що створено спосіб оптимізації роботи автономного моторвагонного електротранспорту, який полягає у тому, що на борту моторвагонного електротранспорту визначають план поїздки, в якому вказані необхідні швидкості, з якими має слідувати моторвагонний електротранспорт, при цьому визначені швидкості виражені як функції відстані або часу під час поїздки; також визначають встановлювальні параметри для моторизованої ланки моторвагонного електротранспорту з метою забезпечення його переміщення з заданими швидкостями відповідно до плану поїздки, причому під час руху визначається відсоткова різниця величини фактичного завантаження тягового генератора у функції часу та величини номінального завантаження генератора для даного його поточного стану, на основі якої додається корегувальний сигнал до встановлювальних параметрів та напруги збудження тягового генератора, причому дана процедура безперервно повторюється доти, доки відсоткова різниця величини фактичного завантаження тягового генератора та величини номінального завантаження генератора для даного його поточного стану не стане рівною меншою або рівною нуля. Врахування в процесі керування моторизованою ланкою процесу відбору загальної потужності всіма системами моторвагонного електротранспорту від тягового генератора моторизованої ланки дозволяє оптимізувати керування моторизованою ланкою в залежності від загального навантаження на тяговий генератор і тим самим оптимізувати витрати первинного енергоносія при русі моторвагонного електротранспорту. У випадку перевантаження або неповного відбору потужності від тягового генератора, що призводить відповідно до 1 UA 110855 C2 5 10 15 20 25 збільшеного або неефективного витрачання первинного енергоносія, система керування моторизованою ланкою виробляє відповідний сигнал корекції, на основі якого змінюється завдання на керування моторизованою ланкою. Це дозволяє уникнути неоптимальних режимів роботи тягового генератора і оптимізувати витрати енергоносіїв. Таким чином, нові ознаки при взаємодії з відомими ознаками забезпечують виявлення нових технічних властивостей - шляхом введення нових операцій розроблено спосіб оптимізації роботи автономного моторвагонного електротранспорту. Це забезпечує усій заявленій сукупності ознак способу відповідність критерію "Новизна". Аналоги, які містять ознаки, що відрізняються від прототипу, не знайдені; рішення явним чином не випливає з рівня техніки. Виходячи з вищевикладеного можна зробити висновок, що запропоноване технічне рішення задовольняє критерію "Винахідницький рівень". Запропонований спосіб працює таким чином. До системи керування моторизованою ланкою моторвагонного електротранспорту вносять програму плану поїздки, в якій вказані необхідні швидкості, з якими має слідувати моторвагонний електротранспорт. При цьому визначені швидкості виражені як функції відстані або часу під час поїздки і закладаються до системи керування моторизованою ланкою у вигляді маршрутної карти руху моторвагонного електротранспорту. Система керування моторизованою ланкою на основі даних маршрутних карт руху визначає установчі параметри для моторизованої ланки моторвагонного електротранспорту з метою забезпечення його переміщення з заданими швидкостями відповідно до плану поїздки. Під час безпосередньої поїздки в системі керування моторизованою ланкою на основі наступних виразів, що вибираються даною системою в залежності від режиму руху, визначається величина повної потужності, що її споживає моторвагонний електротранспорт від тягового генератора: 1. В режимі тяги повна потужність P , що споживається моторвагонним електротранспортом може бути знайдена з виразу: P  P M 30  PV.P.  PK  PVtrat , (1) де PM - потужність, що витрачається на виконання механічної роботи з переміщення моторвагонного електротранспорту; PV.P. - потужність системи власних потреб; PK - потужність, що споживається пристроями забезпечення комфорту; PVtrat - сукупна потужність втрат. 35 40 При цьому потужність, що витрачається на виконання механічної роботи з переміщення моторвагонного електротранспорту залежить від швидкості руху  та дотичної сили тяги FD , що реалізується моторизованою ланкою: PM  FD   , (2). яка також визначається зміною кінетичної та потенціальної енергій і дією при цьому сил тертя при подоланні основного опору руху та опору при проходженні кривих: PM  Pter  Pkin  Ppot (3) де Pter - потужність, що витрачається на подолання сил тертя; Pkin - потужність, що витрачається на зміну кінетичної енергії моторвагонного електротранспорту; Ppot - потужність, що витрачається на зміну потенціальної енергії моторвагонного 45 електротранспорту. 2. В режимі вибігу потужність споживається лише системою власних потреб та пристроями забезпечення комфорту, тобто повна потужність виразу P  P V.P.  PK  PVtrat _ V , (4) де PVtrat _ V - потужність втрат в режимі вибігу. 2 P , що споживається може бути знайдена з UA 110855 C2 3. В режимі гальмування з гасінням енергії гальмівними пристроями, де мають місце додаткові втрати потужності в гальмівних пристроях та колах повна потужність знаходиться з виразу: P  P V.P. 5 10 15 20 25 30 35  PK  PVtrat _ G , (5) де PVtrat _ G - потужність втрат в режимі гальмування. Дане фактичне значення потужності порівнюється з максимально можливим значенням потужності тягового генератора на певній робочій позиції системи керування моторизованою ланкою. У випадку, якщо значення повної потужності більше величини потужності тягового генератора, установчі параметри для моторизованої ланки моторвагонного електротранспорту в системі керування моторизованою ланкою змінюються на величину сигналу корекції, що рівний відсотковому перевищенню повної потужності над потужністю тягового генератора. В режимі рекуперативного гальмування на шкідливих уклонах при спуску в системі керування моторизованою ланкою перевіряється виконання наступного співвідношення: Ppot  Pter  PVtrat  PV.P.  PK  Prek , (6) де Prek - потужність енергії рекуперації. При гальмуванні до повної зупинки в системі керування моторизованою ланкою перевіряється виконання наступного співвідношення: Ppot  Pkin  Pter  PVtrat  PV.P.  PK  Prek . (7) У випадку нетотожності правої та лівої частин даних співвідношень установчі параметри для моторизованої ланки моторвагонного електротранспорту в системі керування моторизованою ланкою змінюються на величину сигналу корекції, що рівний відсотковому перевищенню однієї частини даного виразу над іншою. При цьому, якщо значення правої частини виразу перевищує значення лівої, то сигнал корекції має від'ємне значення, а в протилежному випадку - додатне значення. Після цього на основі скоригованих встановлювальних параметрів в системі керування моторизованою ланкою формується масив сигналів оптимального значення параметрів руху моторвагонного електротранспорту. На основі даного масиву в системі керування моторизованою ланкою формуються сигнали керування моторизованою ланкою, які безпосередньо подаються на робочі елементи моторизованої ланки для забезпечення її функціонування. Реалізацію способу розглянемо на прикладі роботи моторвагонного дизель-поїзда ДЕЛ-02. Для реалізації способу до блока системи керування моторизованою ланкою "МПСК" дизельпоїзда ДЕЛ-02, реалізованій на основі інтегрального мікропроцесорного пристрою ATmega8L (містить 8-канальний 10-розрядний процесор, а також сумісний з IEEE 1149.1 інтерфейс JTAG або debugWIRE для вбудованого налагодження), вносять програму плану поїздки, в якій вказані необхідні швидкості, з якими має слідувати дана одиниця моторвагонного електротранспорту. При цьому визначені швидкості виражені як функції відстані   f s або часу   f t під час поїздки і закладаються до системи керування моторизованою ланкою у вигляді маршрутної карти руху· Блок системи керування моторизованою ланкою "МПСК" на основі даних маршрутних карт руху   f s або   f t визначає встановлювальні параметри для моторизованої ланки моторвагонного електротранспорту з метою забезпечення його переміщення з заданими швидкостями відповідно до плану поїздки: наприклад номінальну потужність 520 кВт, напругу генератора 1150 В, частоту обертання вала дизеля 1600 об./хв, напругу на тяговому двигуні 665 В. Блок системи керування моторизованою ланкою "МПСК" приєднується до тягового генератора ГС-530 через давач напруги типу "ПИНТ". Під час безпосередньої поїздки в блоці системи керування моторизованою ланкою "МПСК" на основі запропонованих виразів, що вибираються даною системою в залежності від режиму руху, визначається величина повної потужності, що її споживає моторвагонний електротранспорт від тягового генератора ГС-530. Нехай під час руху в режимі тяги потужність, що витрачається на виконання механічної роботи з переміщення моторвагонного електротранспорту складає 350 кВт, потужність системи власних потреб 25 кВт, потужність, що споживається пристроями забезпечення комфорту 20 кВт, сукупна потужність втрат 10 кВт. Тоді повна потужність, що споживається від тягового  40 45 50 55 P   3  UA 110855 C2 5 10 15 20 25 генератора складає 405 кВт, що є меншим від встановлювальної потужності 520 кВт, тобто сигнал корекції дорівнює 0 і система продовжує працювати в тому ж режимі. Нехай під час руху в режимі вибігу система встановила установчу потужність 50 кВт, а потужність, що споживається системою власних потреб становить 30 кВт, а пристроями забезпечення комфорту 20 кВт, а сукупна потужність втрат 10 кВт. Тобто повна споживана потужність складає 60 кВт. Визначається відсоткова різниця величини фактичного завантаження тягового генератора у функції часу та величини номінального завантаження генератора, яка становить в даному режимі 20 %, для даного його поточного стану. На основі даного показника додається корегувальний сигнал до встановлювальних параметрів: потужність тягового генератора збільшується на величину не меншу 20 %, але відповідну найближчій тяговій позиції командоконтролера машиніста. При цьому напруга збудження тягового генератора змінюється в більшу сторону з мінімально можливим кроком, причому дана процедура безперервно повторюється доти, доки відсоткова різниця величини фактичного завантаження тягового генератора та величини номінального завантаження генератора для даного його поточного стану не стане рівною меншою або рівною нулю. Виходячи з вищевикладеного можна зробити висновок, що технічне рішення, яке заявляється, задовольняє критерію "Промислове застосування". Джерела інформації: 1. Пат. 2238860 Росія, МПК В61С 17/12. Система автоматизированного вождения грузовых поездов повышенной массы и длины с распределенными по их длине локомотивами [Текст] / Рабинович М.Д. (RU), Мугинштейн Л.А. (RU), Кривной A.M. (RU), Пясик Μ.С. (RU), Аршавский Анджей Витальевич (LV), Ткачёв B.C. (RU), Ефремов С.В. (RU); заявник і патентовласник "Закрытое акционерное общество "Отраслевой центр внедрения новой техники и технологий" (RU). - заявл. 12.11.2003. - опубл. 27.10.2004. 6 2. Пат. 2482990 Росія, МПК В61С 17/12 (2006.01) B61L 25/00 (2006.01). Способ для оптимизации работы поезда для поезда, включающего в себя множественные локомотивы с распределенной подачей мощности [Текст] / Кумар Аджит Куттаннаир (US), Шэффер Гленн Роберт (US), Лори Брайан Д. (US), Даум Вольфганг (US); - заявл. 10.09.2007. - опубл. 27.05.2013, бюл.№ 15. – 73 с. 30 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 Спосіб оптимізації роботи автономного моторвагонного електротранспорту, який полягає у тому, що на борту моторвагонного електротранспорту визначають план поїздки, в якому вказані необхідні швидкості, з якими має слідувати моторвагонний електротранспорт, при цьому визначені швидкості, виражені як функції відстані або часу під час поїздки; також визначають встановлювальні параметри для моторизованої ланки моторвагонного електротранспорту з метою забезпечення його переміщення з заданими швидкостями відповідно до плану поїздки, який відрізняється тим, що під час руху визначають відсоткову різницю величини фактичного завантаження тягового генератора у функції часу та величину номінального завантаження генератора для даного його поточного стану, на основі якої додають корегувальний сигнал до встановлювальних параметрів та напруги збудження тягового генератора, причому дану процедуру безперервно повторюють доти, доки відсоткова різниця величини фактичного завантаження тягового генератора та величини номінального завантаження генератора для даного його поточного стану не стане меншою або рівною нулю. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4