Сглаживание пиковых нагрузок в частотно-регулируемом электроприводе трамвая с системой хранения энергии на базе суперконденсаторов
DOI:
https://doi.org/10.17213/0136-3360-2024-1-21-35Ключевые слова:
частотно-регулируемый электропривод, накопители электрической энергии, суперконденсаторы, математическое моделирование, система управления DC-DC преобразователем, сглаживание пиковых нагрузок, энергосбережениеАннотация
Рассмотрена проблема снижения пиковых нагрузок на систему энергоснабжения в частотно-регулируемом электроприводе. Показано, что при пусковых режимах работы городского транспорта в условиях слабой контактной сети постоянного тока могут возникать значительные падения напряжения, что негативно отражается на работе других потребителей. Предложено в системе частотно-регулируемого электропривода использовать дополнительный источник питания, включающий в себя блок суперконденсаторов и двунаправленный DC-DC преобразователь с собственной системой автоматического управления. В основе построения системы автоматического управления DC-DC преобразователем для устройства хранения энергии на базе суперконденсаторов лежит теория систем подчиненного регулирования координат. При синтезе регулятора тока для одноконтурной системы использованы методы технической линеаризации нелинейностей объекта управления. Для проверки разработанных алгоритмов управления применены методы математического моделирования на основе структурных схем. Для получения переходных процессов использовано приложение Simulink программного пакета MATLAB. При моделировании системы частотно-регулируемого электропривода трамвая с накопителями электрической энергии не учитывалась дискретность DC-DC преобразователя и преобразователя частоты. В моделях использованы средние значения переменных за период дискретности преобразователя. Рассмотрены несколько вариантов алгоритмов управления для решения задачи ограничения пиковой мощности, потребляемой от контактного источника питания во время пусковых режимов электропривода городского транспорта. Предложен вариант системы накопления энергии, ограничивающий энергопотребление электропривода от контактной линии на заданном уровне, обеспечивая при этом необходимые технологические режимы работы электропривода трамвая. Приведены структурные схемы и алгоритмы управления. Представлены результаты моделирования частотно-регулируемого электропривода трамвая с системой накопления энергии, доказывающие эффективность разработанных алгоритмов управления.
Библиографические ссылки
Спиридонов Е.А. Повышение эффективности использования энергии в электротранспортных комплексах с накопитель-ными устройствами : специальность 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы» : дис. … канд. техн. наук. Новоси-бирск, 2010. 165 с.
Streit L., Drabek P. Simulation model of tram with energy storage system. In Proc. 2013 International Conference on Applied Electronics, Pilsen, Czech Republic, Sept. 10–12, 2013, pp. 1–4.
Hoimoja H., Vinnikov D., Lehtla M., Rosin A., Zakis J. Survey of loss minimization methods in tram systems. In Proc.
International Symposium on Power Electronics Electrical Drives Automation and Motion (SPEEDAM), Pisa, Italy, Jun. 14–16, 2010, pp. 1356–1361.
Mendonça P., Silva J. F. A., Sousa D. M., Pinto S. F. An approach to recover braking energy of a tram. In Proc.2014 IEEE 5th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), Galway, Ireland, Jun. 24–27, 2014, pp. 1–6.
Grbovic P.J., Delarue P., Le Moigne P., Bartholomeus P. The ultracapacitor-based regenerative controlled electric drives with power-smoothing capability. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2012, vol. 59, no. 12, pp. 4511–4522.
Русанов М.Н., Горбачов Д.И. Устройство для рекуперативного торможения тяговых электродвигателей рельсового транспорта // Лучшая научная статья - 2022: Сборник мат. междунар. конкурса. Москва, 2022. С. 98 – 102.
Liu X., Zhang Q., Zhu C. Design of battery and ultracapacitor multiple energy storage in hybrid electric vehicle. In Proc.2009 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, Dearborn, MI, USA, Sept. 07–10, 2009, pp. 1395–1398.
Король В. М. Особенности применения тягового асинхронного электропривода в составе рельсового транспорта // Ме-ханика машин, механизмов и материалов. 2012. № 1. С. 17 – 19.
Поляков В.Н., Шрейнер Р.Т. Энергоэффективные режимы управляемых электроприводов переменного тока. Екатерин-бург: УрФУ, 2012. 221 с.
Polyakov V., Plotnikov I. Estimation of Technical and Economic Efficiency of Using the Supercapacitors in a Frequency-Controlled Crane Electric Drive with a Common DC Link. In Proc. 2020 XI International Conference on Electrical Power Drive Sys-tems (ICEPDS), St. Petersburg, Russia, Oct. 04–07, 2020, pp. 1–5.
Polyakov V., Plotnikov I., Postnikov N. Single-Loop Control System for Energy Storage Device in the Frequency-Controlled Electric Drive. In Proc. 2018 X International Conference on Electrical Power Drive Systems (ICEPDS), Novocherkassk, Russia, Oct. 03–06, 2018, pp. 1–5.
Pan L., Zhang C. An integrated multifunctional bidirectional AC/DC and DC-DC converter for electric vehicles applications. Energies, 2016, vol. 9, no. 7, pp. 1321–1346.
Timmermans J. M., Zadora P., Cheng Y., Van Mierlo J., Lataire P. Modelling and design of super capacitors as peak power unit for hybrid electric vehicles. In Proc. 2005 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, Chicago, IL, USA, Sept. 07–09, 2005, pp. 8–10.
Ciccarelli F., Del Pizzo A., Iannuzzi D. Improvement of energy efficiency in light railway vehicles based on power manage-ment control of wayside lithium-ion capacitor storage. IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 29, no. 1, pp. 275–286, May 2013.
Grbovic P. J., Delarue P., Le Moigne P., Bartholomeus P. A three-terminal ultracapacitor-based energy storage and PFC device for regenerative controlled electric drives. IEEE transactions on industrial electronics, 2011, vol. 59, no. 1, pp. 301–316.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
