СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕЖИМОВ ТЯГИ ПОЕЗДОВ ПО СТОИМОСТНЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ ТАРИФАХ НА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ : УДОСКОНАЛЕННЯ РЕЖИМІВ ТЯГИ ПОЇЗДІВ ЗА ВАРТІСНИМИ ПОКАЗНИКАМИ ПРИ ЗМІННИХ ТАРИФАХ НА ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЮ

brief description

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины
Днепропетровский национальный университет железнодорожного
транспорта имени академика В.Лазаряна

На правах рукописи

ИВАНОВ АЛЕКСАНДР ПЕТРОВИЧ

УДК 629.4.016.12

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕЖИМОВ ТЯГИ ПОЕЗДОВ
ПО СТОИМОСТНЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ
ТАРИФАХ НА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ

05.22.07 - подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель
Скалозуб Владислав Васильевич
доктор технических наук, профессор

Днепропетровск - 2013

Содержание
ВВЕДЕНИЕ 6
РАЗДЕЛ 1 Развитие методов энергетической и стоимостной оптимизации режимов ведения поездов на электрифицированных участках. Актуальные задачи управления тягой грузовых поездов по критерию минимума стоимости электроэнергии 13
1.1 Анализ направлений совершенствования методов выбора энергетически оптимальных режимов тяги. 13
1.1.1 Методы расчета управления движением поезда на основе вариационного исчисления 26
1.1.2 Методы расчета управления движением поезда на основе принципа максимума Понтрягина. 28
1.1.3 Методы расчета управления движением поезда на основе динамического программирования Р.Беллмана. 31
1.1.4 Выбор режимов тяги с учетом переменных тарифов на электроэнергию и стохастических процессах в тяговой сети. 36
1.1.5 Методы теории нечеткого управления на основе баз правил. 43
1.1.6 Метод динамического программирования в нечеткой форме. 48
1.2 Выводы.. 51
РАЗДЕЛ 2 Исследования режимов тяги грузовых поездов при переменных тарифах на электроэнергию.. 52
2.1 Методики экспериментальных исследований режимов тяги грузовых поездов 52
2.2 Исследование режимов ведения поездов с учетом ОРЭ и дифференцированных тарифов. 54
2.3 Режимы ведения поездов оптимальные по стоимости с учетом активной и реактивной составляющих мощности. 61
2.4 Исследования с учетом cos(f), характеристики тяговых двигателей для моделирования процесса управления режимов тяги поездов. 65
2.4.1 Учет переменных тарифов для расчета режимов ведения грузовых поездов. 65
2.4.2 Учет влияния активной и реактивной составляющих мощности на оптимальные режимы ведения грузовых поездов. 72
2.5 Проблемы достоверности данных для моделирования движения поезда. Идентификация параметров поезда по данным опытных поездок.... 73
2.6 Выводы.. 78
РАЗДЕЛ 3 Разработка усовершенствованных моделей и методов расчета режимов тяги по критерию минимума стоимости потребленной электроэнергии... 79
3.1 Развитие метода расчета оптимальных режимов ведения поездов с использованием непрерывного динамического программирования. 79
3.2 Активная и реактивная составляющие мощности. 92
3.3 Критерий эффективности применения переменных тарифов с учетом активной и реактивной составляющих электроэнергии. 97
3.4 Управления тягой грузовых поездов в условиях ОРЭ для поездопотока 106
3.5 Разработка нечеткой системы управления тягой поезда на основе использования данных опытных поездок. 108
3.6 Выводы.. 118
РАЗДЕЛ 4 Задачи моделирования и автоматизации расчетов оптимальных по стоимости электроэнергии режимов управления тягой грузовых поездов в условиях переменных тарифов. 120
4.1. Процедуры реализации основных задач моделирования процессов управления тягой грузовых поездов по критерию минимума стоимости потребленной электроэнергии. 120
4.2. Вопросы автоматизации процедур формирования оптимальных по стоимости режимов ведения поездов. Функциональное назначение и логическая структура системы. 124
4.1 Выводы.. 139
ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.. 141
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..

bibliography

В диссертации получены новые решения важного для современного железнодорожного транспорта Украины задания относительно усовершенствования режимов тяги грузовых поездов с учетом стоимости потребленной активной и реактивной электроэнергии в условиях переменных тарифов и оптового рынка электроэнергии. На основе выполненных в диссертации исследований и разработок, а также полученных результатов, можно констатировать следующее.
1. Установлено существенное отличие режимов тяги грузовых поездов, оптимальных по критериями минимума потребления и стоимости электроэнергии в условиях переменных тарифов и ОРЭ, а также необходимость разработки пакетов режимных карт ведения поездов, которые могут быть использованы на электрифицированных участках в разные периоды суток.
2. Установлено, что предложенная в работе кусочно-линейная аппроксимация тарифов на электроэнергию ОРЭ из четырех интервалов, позволяет с необходимой для практики точностью рассчитать режимы тяги поездов оптимальные по стоимости потребленной электроэнергии, а также с учетом различия тарифов активной и реактивной энергии.
3. На основе анализа экспериментальных данных получено математическое описание коэффициента мощности, которое позволяет получить уточненные режимы тяги поездов, учитывающие различную стоимость реактивной и активной электроэнергии.
4. Получено дальнейшее развитие математических моделей для расчета режимов управления тягой грузовых поездов в условиях переменных тарифов на электрическую энергию, которые являются оптимальными по стоимости потребленной в разные периоды суток активной и реактивной энергии.
5. Получено развитие критериев стоимостной эффективности перевода тяговых подстанций железных дорог в условия оплаты по переменным тарифам, которые учитывают активную и реактивную составную потребления электроэнергии и их различную удельную стоимость. Критерии дают возможность определить эффективность переменных тарифов на электроэнергию для заданных графиков движения поездов, а также учитывают стохастические свойства тарифов в условиях ОРЭ.
6. На основе данных опытных поездок разработан адаптивный метод расчета рациональных режимов ведения грузовых поездов, основанный на нечеткой модели управления, который обеспечивает достаточную для практики точность управления движением поезда, используя наборы эталонных режимов тяги.
7. Установлено, что при рациональном по стоимостным показателям управлении потоком поездов в условиях переменных тарифов на электроэнергию и ОРЭ изменения режимов управления отдельными поездами несущественно влияют на время хода поездов по перегонам, при этом обеспечивается нормативно допустимый интервал между поездами..
8. Усовершенствованы средства автоматизации расчетов рациональных режимов тяги грузовых поездов по стоимостным показателям потребления активной и реактивной электрической энергии в условиях переменных тарифов и ОРЭ. Программный комплекс решает задачи расчета режимов тяги поездов рациональные по стоимости потребленной электроэнергии при переменных тарифах, а также компромиссно-оптимальные режимы тяги поездов, позволяет автоматически формировать адаптивную нечеткую модель управления тягой поездов и выдавать рекомендации относительно изменения управления поездом во время движения др.
9. Результаты работы использованы при разработке и внедрении аппаратно-программного комплекса для расчета рациональных режимов ведения грузового поезда электровозами. Получено авторское свидетельство на компьютерную программу «Аппаратно-программный комплекс для расчета рациональных режимов ведения грузового поезда электровозами».

Результаты диссертационных исследований испытаны в научно-исследовательских роботах, а также использованы в учебном процессе университета, которые подтверждены соответствующими документами.

12. Блохин, Е.П. Ресурсосберегающие методы ведения поездов при переменных тарифах оплаты электроэнергии [Текст] /Е.П. Блохин, В.В. Корниенко, В.В. Скалозуб // Сб. Электрофикация и научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте”. Россия, Санкт-Петербург, 2004. С. 112 - 118.
40. Інструкція по технічному нормуванню витрат електричної енергії і палива локомотивами на тягу поїздів. ЦТ-0059 [Текст]// Київ 2003. 86с.

43. Корнієнко, В.В. Першочергові завдання залізниць України як суб’єкта оптового ринку електроенергії [Текст] /В.В. Корнієнко, В.Я. Карпенко, В.Т Доманський, В.В. Скалозуб // Залізничний транспорт України., 6, 2003. с. 18 25.

50. Математические методы исследования операций [Текст] / Ю.М. Ермольев, И.И. Ляшко, В.С. Михалевич, В.И. Тюптя // К.: Вища школа, 1979. 312 с.

68. Почаевец, Э.С. Вероятностные характеристики реального потока поездов [Текст] /Э.С. Почаевец, Ю.Б. Манусов // Деп. ЦНИИ ТЭИ, РЖ жел. дор. транс. №11, 1971. 30 с.
76. Рекомендации по обеспечению энергооптимального процесса перевозок на основе информационных технолгий управления системами электрической тяги [Текст] //Р - 618, , принята V комиссиейОрганизации Сотрудничества Железных Дорог, Чешская Республика, г. Сенгограби, 2003. 28 с.

91. Скалозуб, В.В. Разработка энергооптимальных и ресурсоэкономных режимных карт ведения поездов [Текст] /В.В. Скалозуб, А.П. Иванов, К.И.Железнов, В.В. Жижко // Міжнародна науково-тухнічна конференція „Енергоефективність’2004” м.Одеса.
92. Скалозуб, В.В. Оптимизация режимов ведения поездов на основе непрерывного динамического программирования [Текст] /В.В. Скалозуб, К.И. Железнов // Математичне моделювання. Днiпродзержинськ: ДДТУ, N2, 2002, С. 32 36.

97. Цукало, П. В. Экономия электроэнергии на электроподвижном составе [Текст] //М.: Транспорт, 1983. 174 с.

100. Электроподвижной состав [Текст] //. Под ред. А. Т. Головатого, П. И. Борцова. М.: Транспорт, 1983. 350 с.
101. Электровоз ВЛ8. Руководство по эксплуатации [Текст] // М.: Транспорт, 1971.
Текст] // Int. J. Man-Machine Studies. -1976.-Vol. 8.-P.669-678.