Пълен текст

Това е копие на приложението за съхранение на енергия в двойна електрическа железница с постоянен ток.

URL адрес на White Paper Research онлайн за тази статия:

http://eprints.whiterose.ac.uk/138619/

Версия: Публикувана версия

Сборник доклади:

Alnuman, H. H. и Gladwin, D. T. (2018) Приложение за съхранение на енергия в двоен DC

електрическа железница. В: Енергийни процедии. 3-та годишна конференция по съхранение на енергия и нейните

Приложения, 11-12 септември 2018 г., Шефилд, Великобритания. Elsevier, стр. 12-16.

https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.09.020

Членът е достъпен при условията на лиценза CC-BY-NC-ND

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

[email protected] https://eprints.whiterose.ac.uk/ Повторно използване

приложение

Тази статия се разпространява при условията на лиценза Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs (CC BY-NC-ND). Този лиценз ви позволява само да изтеглите това произведение и да го споделите с други хора, стига да кредитирате авторите, но не можете да промените статията по никакъв начин или да я използвате търговски. | Повече ▼

информация и пълните условия на лиценза тук: https://creativecommons.org/licenses/

Ако смятате, че съдържанието в White Rose Research Online е в нарушение на законодателството на Обединеното кралство, моля, уведомете ни до

ScienceDirect

Достъпно онлайн на www.sciencedirect.com

Energy Procedia 151 (2018) 12–16

Избор и партньорска проверка под отговорността на 3-та годишна конференция по съхранение на енергия и нейните приложения, 3-та CDT-ESA-AC. 10.1016/j.egypro.2018.09.020

Избор и партньорска проверка под отговорността на 3-та годишна конференция по съхранение на енергия и нейните приложения, 3-та CDT-ESA-AC.

ScienceDirect

Ключови думи: Спирачни резистори; електрически железници; система за съхранение на енергия; регенеративна сила; загуби на преносната линия;

1. Въведение

Обменът на енергия в електрическите железници с постоянен ток е ефективен начин за подобряване на тяхната енергийна ефективност. Регенеративната мощност на спирачен влак се предава на други влакове, които се нуждаят от мощност. Въпреки това, несъответствие на мощността или голямо разстояние между влаковете намалява енергийното оползотворяване на преносната линия, като губи регенерираща мощност като топлина. Спиране

резисторите се активират при определен праг на напрежението, за да разсеят регенеративната мощност. В повечето електрически железници с постоянен ток тази регенерираща мощност не може да бъде подадена в мрежата поради еднопосочните подстанции [1].

За оптимизиране на енергийната ефективност на електрическите железопътни линии, реверсивни подстанции, бордови или стационарни акумулатори на енергия

системи (ESS) могат да се използват за повторно използване на регенериращата енергия на спирачните влакове. Високата цена на използването на преобразуватели на енергия за пренасочване на спирачната мощност на постоянен ток в мрежата за разпределение на променлив ток го прави по-примамливо за съхранение на регенеративно

енергия в ESS. Освен това, основната грижа за използването на преобразуватели на мощност засяга качеството на електроенергията в националната мрежа

чрез инжектиране на хармоници и реактивна мощност. От друга страна, ESS могат да бъдат внедрени просто и да не оказват влияние върху електропреносната мрежа [2], [3].

ScienceDirect

3-та годишна конференция по съхранение на енергия и нейните приложения, 3-та CDT-ESA-AC,

12 септември 2018 г., Шефилд, Великобритания

Приложение за съхранение на енергия в двойна DC електрическа железопътна линия

Хамад Алнуман, Даниел Т. Гладуин

Университет в Шефилд, Шефилд S1 4DE, Великобритания

Хамад Алнуман и сътр./Energy Procedia 151 (2018) 12–16 13

ScienceDirect

ScienceDirect

Позицията на инсталиране на ESS в електрическите железници е значителна, тъй като може да повлияе на ползите от тяхното използване. ESS могат да бъдат инсталирани на борда на електрически влакове или в неподвижно положение до коловозите. Бордовият ESS може да съхранява цялата регенеративна енергия на определен влак, ако размерът на ESS е достатъчно голям. Бордовите ESS инсталации водят до много малка загуба на регенеративна мощност в електропровода на железопътната мрежа. ESS обаче

добавеното тегло на влаковете намалява спестяването на енергия. Стационарните ESS, от друга страна, са ограничени от загубите на мощност в преносната линия. Когато влаковете спират далеч от местоположението на ESS, регенеративна загуба на мощност в преносната линия

се обостря. В [4] и [5] е посочено, че стационарните ESS допринасят за по-голяма загуба на енергия в преносните линии, отколкото бордовите ESS. Също така се посочва, че ESS могат да намалят използването на мощност в линията чрез съхраняване на спирачна мощност, която трябва да бъде предадена на работещи влакове.

Тази статия изследва спестяванията на енергия в двойна електрическа железница с постоянен ток след прилагане на стационарен ESS. Предполагаше се, че ESS е идеален за улавяне и освобождаване на мощност и няма граници за оразмеряване. Специфичната цел на това проучване беше да се изследва дали отрицателният принос на ESS чрез увеличаване на загубите в електрическите железници може да бъде избегнат чрез оптимално разположение.

2. Казус

Тъй като предложената железопътна система е отделена, беше решено да се анализира системата между само две подстанции. Развързването се използва за изолиране на секциите електрически. Това разделяне балансира товара над националната мрежа и избягва спирането поради електрически повреди или поддръжка. Двойният железопътен коловоз е илюстриран на фиг. 1, а параметрите му са показани в таблица 1. Влаковете получават мощност от третата релса и мощността се връща обратно към подстанциите през четвъртата релса. Азбуките представляват пътническите гари, които са изместени с 1 км. Влаковете се движат в две различни посоки и техните диаграми са показани на фиг. 2. Подходът за моделиране и характеристиките на влаковете са обсъдени подробно в [6].

Фиг. 2. Схеми на влаковете за двойната железопътна система.

Таблица 1. Параметри на електрическата железопътна система.

Символ Количество Стойност

подстанция постояннотоково напрежение 600 V вътрешно съпротивление на подстанцията 20 mΩ електрическо съпротивление на релсата

3. Оптимално разположение

Фиг. 4 и Фиг. 5 илюстрират чувствителността на преносната линия към регулиране на напрежението по отношение на загуба на енергия. Зареждането

и разрядните напрежения варираха на малки стъпки, за да се изследва ефектът от промяната на напрежението върху преносната линия

енергийни загуби. На фиг. 4 ESS е поставен на междугарието А, преди напрежението на зареждане и разреждане да варира на малки стъпки. Заключението е, че промяната на прага на разреждащото напрежение не е оказала влияние върху линейните загуби. Този резултат е, защото ESS освобождаваше енергия на същото място на подстанцията. От друга страна, зареждането при по-ниски напрежения увеличава загубите в линията. Зареждането при по-ниски напрежения намалява възприемчивостта на линията чрез намаляване на

Хамад Алнуман и сътр./Energy Procedia 151 (2018) 12–16 15

20 mΩ 15 mΩ/km

допълнително търсене, което изискваше мощност за пътуване на по-голямо разстояние, отколкото преди прилагането на ESS. Зареждането при по-високи напрежения не оказа значително влияние върху увеличаването на линейните загуби, тъй като ESS не беше силно ангажиран с вноса на енергия. За да обобщим, подстанциите са най-малко оптималното място за ESS, тъй като мощността се движи по-дълго

разстояние поради отрицателния принос на ESS за намаляване на използването на енергия в железопътната линия.

Фиг. 5 показва въздействието на изменението на напрежението върху намаляването на енергийните загуби на линията, когато ESS е бил разположен между двете подстанции. Фигурата илюстрира, че износът на енергия в средата намалява енергийните загуби на линията

значително. Това намаление е така, защото мощността, измината за по-малко разстояние поради изпускане в най-отдалечената точка от двете подстанции. Например, ако влак ускорява в средата на двете подстанции, той ще консумира енергия от ESS, която е много близо до него, вместо да консумира енергия от подстанциите, които са далеч от

то. Намаляването на прага на разреждащото напрежение намалява въздействието на ESS върху намаляването на енергийните загуби на преносната линия, тъй като ESS е по-малко ангажиран в поддържането на потреблението на енергия на влаковете. Подобно на фиг. 4, зареждането е по-ниско

напреженията увеличиха загубите на преносната линия поради намаляване на използването на мощността на линията. Въпреки това, зареждане

при по-високи напрежения намалява загубите, защото ESS позволява на влаковете да обменят мощност, преди да се включи напоследък във вноса на излишната мощност.

Фиг. 3. (а) Икономия на енергия след поставяне на ESS на различни места; (б) Общи загуби в системата след поставяне на ESS на различни места.

16. Хамад Алнуман и сътр./Energy Procedia 151 (2018) 12–16

Фиг. 5. Загубите на предавателната линия се увеличават при поставяне на ESS на междугарието C.

4. Заключение

Работата е представила казус на осем влака, движещи се по двойна железопътна линия от четири километра. Напрежението на захранващата мрежа достига високи стойности по време на спиране. За да се предпази мрежата от пренапрежение, спирачните резистори са свързани паралелно с влаковете, за да изгорят излишната енергия. Затова беше използван идеален ESS, за да се използва излишната енергия, вместо да се изгаря в бордовите спирачни резистори. Оптималното разположение на ESS и анализът на чувствителността към напрежение е обсъден подробно. Стигна се до заключението, че инсталирането на ESS на местата на подстанциите допринася

отрицателно, особено при внос на енергия при по-ниски напрежения. Това отрицателно въздействие се дължи на намаляването на железопътната линия

възприемчивост на линията. От друга страна, инсталирането на ESS в най-отдалечената точка между две подстанции повишава значително енергийната ефективност на електрическите железници поради високото намаляване на загубите на енергия.

[1] Б. Уанг, З. Янг, Ф. Лин и У. Жао, „Подобрен генетичен алгоритъм за оптимално локализиране и оразмеряване на стационарна система за съхранение на енергия“,

Енергии, кн. 7, бр. 10, стр. 6434–6458, 2014.

[2] Á. J. López-López, R. R. Pecharromán, A. Fernández-Cardador и A. P. Cucala, „Подобряване на модела на трафика, който да се използва при оптимизацията

на електрическата инфраструктура на системата за масови транзити, ”Енергии, кн. 10, бр. 8, 2017.

[3] H. Ibaiondo и A. Romo, „Възстановяване на кинетична енергия в железопътни системи с обратна връзка към мрежата“, Proc. EPE-PEMC 2010 - 14th Int. Power Electron. Контрол на движението, стр. 94–97, 2010.

[4] Г. Виталий, „Съхранение на енергия, което може да е твърде добро, за да е истина“, EEE Veh. Технол. Маг., Бр. 8.4, стр. 70–80, 2013.

[5] П. Арболея, П. Бидагурен и У. Армендариз, „Енергията е на борда: Съхранение на енергия и други алтернативи в съвременните леки железници“, IEEE

Електрик. Маг., Кн. 4, бр. 3, стр. 30–41, 2016.

[6] H. Alnuman, D. T. Gladwin и M. P. Foster, „Разработване на електрически модел за множество влакове, движещи се по четвърта релсова релса с постоянен ток“,