автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Повышение эффективности электротранспортных систем на основе использования накопителей энергии

На правах рукописи

ШТАНГ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ

Специальность 05.09.03 — Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО

«Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор ВОРФОЛОМЕЕВ Герман Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор МАЛИНИН Леонид Иванович

кандидат технических наук БЕРЕСТОВ Вячеслав Михайлович

Ведущая организация:

Красноярский государственный технический университет, г. Красноярск

Защита диссертации состоится «23» ноября 2006 г. в 10:00 на заседании диссертационного совета Д 212.173.04 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу:

630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан «43» октября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.173.04

кандидат технических наук, доцент

Бородин Н.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. С общемировым ростом цен на энергоносители проблема снижения потерь при преобразовании, распределении и потреблении энергии становится стратегическим направлением приоритетного развития многих областей промышленности и секторов экономики, в том числе и транспортной индустрии. Важность решения данной проблемы подтверждена и закреплена законодательно в Федеральной целевой программе № 796 «Энергоэффективная экономика на 20022005 годы и на перспективу до 2010 года», утвержденной Правительством России.

По данным Федеральной службы государственной статистики, существенная доля в структуре пассажирооборота по видам транспорта общего пользования принадлежит городскому электрическому транспорту и составляет 20,4%. Поэтому эффективное функционирование транспорта как базовой среды материального производства существенно влияет на темпы и ритмичность социально-экономического развития страны. Его устойчивое и эффективное функционирование является необходимым условием высоких темпов экономического роста, повышения качества жизни населения, рациональной интеграции России в мировую экономику.

Вопрос, связанный со снижением энергозатрат путем создания высокотехнологичных образцов транспортных средств, является актуальным для городского электрического транспорта в целом, где энергетическая составляющая в настоящее время достигает 30...50% от общих затрат предприятий. Несмотря на значительный научно-технический прогресс в транспортной сфере за последнее десятилетие, политика в России, направленная на разработку энергосберегающих технологий, была недостаточно эффективной. Вследствие этого российские образцы техники, в ряде случаев, стали уступать мировым аналогам транспорта по расходу энергии на 20.. .30% и трудоемкости обслуживания.

Создать конкурентоспособные образцы, как на внутреннем, так и на общемировом рынках возможно за счет применения новейших технологий и разработок в элементной базе, с внедрением передовых методов информационного управления процессом движения, с использованием современных материалов на элеюроподвижном составе. Одним из таких направлений в последние годы является разработка новых типов эффективных источников вторичной энергии и преобразователей энергии, обладающих качественно новыми свойствами, которые позволяют эффективно использовать их в транспортной индустрии страны, снижая потери энергии, повышая эффективность, увеличивая срок службы оборудования и надежность электротранспортного комплекса в целом.

В связи со значительным прогрессом в информационных технологиях на рубеже XX и XXI веков появилась возможность быстро и эффективно производить сложные и трудоемкие расчеты, создавать программные комплексы, моделирующие процессы движения транспортных средств. В частности, появились методики, разрабатываемые различными научными школами, в том числе и коллективом кафедры «Электротехнические комплексы» НГТУ, позволяющие рассматривать многие идеализированные процессы движения не только на основе детерминированных факторов, но и с учетом случайных воздействий. В результате стало возможным значительно увеличить точность прогнозных расчетов, выявить и пересмотреть типовые мощности элементов системы, работающих в недогруженном или перегруженном режимах, более адекватно оценивать реальные режимы движения.

Значительный вклад в решение ряда обозначенных вопросов, таких как снижение энергопотребления на электрическом транспорте, применение накопительных устройств, разработка методик, позволяющих более адекватно оценивать реальные

процессы движения, внесли ученые: ИС. Ефремов, В.Е. Розенфельд, ИЛ. Исаев, Г.В. Косарев, КГ. Марквардг, Л.С. Байрыева, В.В. Шевченко, В Л. Феоктистов, ДА. Буг, Н.В. Гулиа, Н.И. Щуров, В.И. Сопов и другие авторы. Известные работы, опубликованные на различных этапах развития научно-технического прогресса, в разных научных школах, не содержат комплексного подхода в исследованиях по применению накопителей энергии на неавтономном электроподвижном составе (ЭПС) с учетом случайных факторов, влияющих на формирование баланса энергии. Рассмотренный в диссертационной работе комплекс задач сформулирован в контексте проблемы внедрения накопителей энергии в системе электрического транспорта с учетом случайных факторов, оказывающих существенное влияние на процесс функционирования элеюроподвижного состава.

Цели и задачи научного исследования. Цель диссертационной работы состоит в создании методов расчета параметров и определения энергетических характеристик накопительных устройств в системе городского электрического транспорта, а также в разработке схемных решений, направленных на повышение эффективности использования энергии электрических торможений с учетом влияния случайных факторов.

В соответствии с поставленной целью требовалось решить следующие задачи.

1. Провести комплексную оценку энергетического баланса электрического транспорта с учетом влияния случайных факторов и взаимодействия отдельных звеньев системы.

2. Выполнить анализ существующих типов накопителей и сформулировать требования, предъявляемые к ним системой городского электрического транспорта (ГЭТ).

3. Разработать методы и средства, позволяющие повысить эффективность использования накопительных устройств в системе городского электрического транспорта.

4. Определить основные параметры накопительного устройства, отвечающего требованиям использования его в системе электротранспорта, исходя из количественной оценки электрической энергии, вырабатываемой в режиме торможения.

5. Провести анализ электромагнитных процессов, разработать математическую модель и создать программный комплекс модели на ЭВМ, позволяющий рассчитывать параметры тягового электропривода с накопителями энергии в режиме электрического торможения.

6. Разработать схемные решения накопительных устройств для применения в системе тягового электроснабжения и на электроподвижном составе, позволяющие значительно повысить эффективность использования энергии электрических торможений.

Методы исследования. В основу теоретических исследований положен математический аппарат, включающий использование аналитических и численных методов решения дифференциальных уравнений, элементы теории вероятностей и математической статистики. Расчеты и математические модели выполнены как с использованием расчёгао-программных комплексов, написанных в среде "Бе1рЫ", так и с помощью математического моделирования в средах "МаАаЬ" и "Майгса<1". Основные результаты диссертационной работы получены на базе фундаментальных законов и уравнений электродинамики и теории электрических цепей. Результаты теоретических исследований согласуются с данными, полученными экспериментальным путём в ходе испытаний на электроподвижном составе, функционирующем в реальных условиях. Достоверность полученных результатов определяется сопоставлением результатов путем параллельного расчета различными метод ами и проведением испытаний с использованием соответствующих макетных образцов.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Необходимость и целесообразность создания и внедрения накопительных устройств на основе конденсаторов двойного электрического слоя, позволяющих наиболее эффективно использовать энергию электрических торможений в системе ГЭТ.

2. Результаты экспериментальных исследований энергопотребления транспортной

системы и определение выравнивающих функций распределений удельных энергий тяги и электрических торможений троллейбуса.

3. Основные положения, обосновывающие наиболее эффективное использование накопительных устройств в системе тягового электроснабжения, математическое описание и моделирование процессов движения транспортных средств, позволяющих определять характер распределения энергии электрических торможений и оценивать эффективность её использования с учетом потерь энергии в системе электрического транспорта в целом.

4. Результаты расчетов вероятностного определения диапазона начальных скоростей торможения, определяющих энергетику этого процесса с учетом изменяющейся массы транспортного средства и минимизации потерь электроэнергии в рассматриваемой системе городского электрического транспорта.

Научная новизна диссертационной работы.

1. Выполнен комплексный анализ и получены результаты, определяющие энергобаланс транспортного комплекса, оборудованного накопительными устройствами как в системе тягового электроснабжения, так и на электроподвижном составе. Дана количественная оценка снижения электропотребления при установке накопителей энергии в различных звеньях рассматриваемой системы.

2. Определено рациональное размещение накопительного устройства и предложено его схемное решение при использовании в системе тягового электроснабжения. С использованием современных инструментальных средств создан моделирующий алгоритм, позволяющий описывать процесс функционирования системы тягового электроснабжения с накопителями энергии и определять величины избыточной энергии, экономии и потерь электроэнергии, изменения пропускной способности линии.

3. Разработаны схемные решения и создан метод расчета, позволяющий оценивать эффективность использования накопительного устройства на ЭПС и определять его параметры. Показана целесообразность использования и внедрения накопителей энергии непосредственно на электротранспортном средстве.

4. Создана математическая модель, реализованная на ЭВМ и позволяющая рассчитывать электрические процессы, протекающие в силовой цепи троллейбуса, оборудованного накопительным устройством.

Практическая ценность результатов работы заключается в решении актуальной комплексной задачи использования накопительных устройств, направленной на снижение электропотребления в системе ГЭТ. Разработаны инженерные методы расчетов, позволяющие проектировать эффективные по энергетическим показателям накопительные устройства. Создана физическая модель электротранспортного средства и проведены экспериментальные исследования процессов, протекающих в режимах электрического торможения. Совокупность теоретических и практических результатов позволяет в полной мере использовать энергию электрических торможений, получить автономность хода и повысить динамические показатели транспортного средства в целом.

Реализация результатов работы. Результаты выполненных НИР в рамках хоздоговорных работ, направленных на исследование и развитие энергосберегающих технологий, позволили создать систему мониторинга потребления электроэнергии в различных подсистемах электрического транспорта. НИР нашли практическое применение на электротранспортных предприятиях городов Новосибирска и Барнаула. На базе проведенных исследований создана моделирующая программа, отображающая и описывающая процесс функционирования электрогранспортных средств, используемая управлением пассажирских перевозок при организационном структурировании перевозочного процесса в г. Барнауле.

Создана физическая модель, представляющая интерес для дальнейших исследований

в области совместной работы накопительных элементов и машины постоянного тока.

Материалы диссертации, касающиеся анализа и расчета электромагнитных процессов электрического торможения и тяги, используются в созданном программном комплексе «Тяговый расчет»; а также при построении и описании математических моделей с учетом случайных факторов для более полной оценки реальных режимов движения ЭПС, используются в ряде учебных дисциплин для студентов по направлению 140600 - «Электротехника, электромеханика и элеюротехнолопш» и специальности 140606 - «Электрический транспорт» Новосибирского государственного технического университета.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: IX международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, МЭИ, 2003); V международной конференции «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение» (Крым, г. Алушта, МКЭЭЭ-2003); Международной научно-технической конференции «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы» (г. Томск, ТПУ, 2003); Международной научно-технической конференции «Электроэнергия и будущее цивилизации», (г. Томск, 2004); Межвузовской научно-студенческой конференции «Современные проблемы технических наук: Интеллектуальный потенциал Сибири» (Новосибирск НГАСУ, 2004); Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Технологии. Инновации.» (г. Новосибирск, НГТУ, 2004); П международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт», (г. Тобольск, 2004); П международной научно-технической конференции «Транспортные системы Сибири» (г. Красноярск, КГТУ, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в числе которых: 1 статья, входящая в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ, 5 научных статей в сборниках научных трудов и 7 докладов на международных и всероссийских конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка библиографических источников из 164 наименований и приложений. Общий объем диссертации 211 страниц основного текста, включая 76 рисунков и 19 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность темы и направление научного исследования. Сформулированы цели, задачи работы и предполагаемые пути решения, описаны методы исследований. Приведены основные положения, выносимые на защиту, изложены сведения о научной значимости, новизне и практической ценности результатов исследований, реализации и апробации работы.

В первой главе рассмотрен электрический транспорт как сложный электротехнический комплекс, в котором выделены две основные подсистемы: электроснабжение и электроподвижной состав. Расходы энергии при функционировании такого комплекса складываются из преобразуемых полезных мощностей и неизбежных потерь в составляющих звеньях. Следует выделить четыре главные составляющие энергопотребления: на преобразование и передачу в распределительных устройствах подсистемы тягового электроснабжения, тяговый электропривод, вспомогательные цепи и системы обеспечения комфорта на ЭПС. На рис. I представлена структурная схема энергобаланса поезда в обобщённом виде с учетом использования энергии, генерируемой в режиме электрических торможений.

Энергобаланс ЭПС включает: Рсн, Асн - мощность и энергию собственных нужд; Ао — энергию, потребляемую ЭПС; ААо, АР - соответственно, обобщенные потери энергии и мощности в ЭПС, Эм, Э„, Эк - механическую, кинетическую и потенциальную

ДАь

Аь

Асн

Рсн

А0

ДА0

ДР

■ м

Эп Эк

Ам Эм-* Т ' 1 Ат

Ас Т1 * 11

Рис. 1. Структурная схема энергобаланса ЭПС с учетом использования энергии электрических торможений

энергии; ЛАКС, ЛАЬ — потери энергии электрического торможения в сети и на преобразование в ЭПС; Рм, Ам - соответственно, механическую мощность и работу на ободе колеса,- Ат — энергию механического торможения; А^ — энергию регенеративного торможения; Ас — работу по преодолению основного сопротивления движению.

Оценить величину снижения электропотребления ЭПС за счет эффективного использования энергии электрических торможений можно путем первоначального определения и последующего сопоставления долей энергии, потребляемой в тяговом режиме и генерируемой в режиме электрического торможения с учетом расхода электроэнергии на единицу транспортной работы в размерности Вт -ч/т км.

Анализ существующих методов, позволил дать оценку расходам энергии на движение, показал, что установление энергобаланса ЭПС с определением количественных показателей только с учетом детерминированных факторов, получаемых при моделировании, не отражает реальной картины режимов движения и электропотребления в условиях эксплуатации и приводит к идеализации режимов движения. Движение ЭПС представляет собой процесс, на реализацию которого влияет множество случайных факторов: метеоусловия, остановки на перекрестках, время ожидания освобождения остановки, движение в плотном транспортном потоке и другие. Зависимости, полученные на основе эмпирических методов, представленные в форме удельных расходов энергии и средних токов, также неприемлемы для моделирования и детального анализа, так как не в полной мере учитывают многие факторы, от которых существенно зависит энергопотребление на ЭПС. Поэтому были проведены экспериментальные исследования по определению количественных показателей энергобаланса подвижной единицы. Цель исследований состояла в определении общего расхода электроэнергии на движение с установлением количественных характеристик энергии электрических торможений (рис. 2) и тяги.

В ходе проведения экспериментальных исследований был получен статистический материал, репрезентативный и достаточный согласно требованиям для выявления законов об изменениях энергии тяги и торможения. Для выявления в полной мере присущей закономерности статистического распределения были выдвинуты гипотезы о выравнивающих функциях, в качестве которых приняты: закон неполной гамма-функции (1) для режима торможения и законы Гаусса (2) и неполной гамма-функции для режима тяги.

лс*

р(») =

т

¡хГ

—тх*

с1х*, т =

х*

Г(т) 0

где ш - параметр распределения; Г(т) — полная гамма-функция.

(хя -т ) ' 2*1

(1)

где х» - значения случайной величины в системе относительных координат.

250

3S0

450

550

650

750

850

L,m

950 1050

Рис. 2. Распределение энергии электрических

торможений в зависимости от длины перегона

Втч/ткм

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 240

13 статист, ряд вырав ф-я (норм) — вырав ф-ия (г-распр.)

Рис. 3. Гистограмма и выравнивающие функции распределения энергии тяги

0,14

/

1 i ш 1 is

MM j

щ sJ

Е9 статист, ряд -»■ вырав ф-ня (г-распр.)

Рис. 4. Гистограмма и выравнивающая функция распределения энергии торможения

Проверка по критериям согласия Колмогорова и Пирсона показала хорошую сходимость распределения случайной величины с гипотезой теоретического распределения.

Результаты полученных данных о расходах энергии представлены в виде функции опытных распределений энергий тяги и торможения (рис. 3 и рис. 4), а в табл. 1 я 2 приведены основные расчетные величины.

В условиях значительных помех при движении, характерных для городского цикла, превалируют фазы тяги и торможения. Режим выбега существенно уменьшается, что и приводит к росту энергии торможений, которая достигает 32% от удельной энергии тяги (рис. 5). Перманентный рост энергетической составляющей в доле общих затрат и значительный внутренний резерв недоиспользуемой энергии, вырабатываемой в режиме электрического торможения, требует поиска, разработки и применения устройств, позволяющих всегда, вне зависимости от внешних факторов эффективно использовать энергию электрических торможений.

Оценка числовых характеристик по результатам экспериментов

Таблица 1

Режим Число измерений Л/[Х.] D[X*] ах.

тяга 327 110,7 2106 45,89 0,254 0,073

электроторможение 35,3 443 21,01 1,479 3,633

Режим Критерий согласия

Колмого рова Пирсона

гамма - распределение Нормальное распределение гамма - распределение Нормальное распределение

тяга 0,964 0,964 0,42 0,42

электроторможение 0,98 — 0,46 —

Одним из эффективных способов использования энергии электрических торможений является использование в электротранспортном комплексе накопительных устройств.

Во второй главе выполнен анализ различных видов накопителей энергии (НЭ): электрохимических (ЭХН), включающих аккумуляторные батареи (АБ); индуктивных (ИдН); сверхпроводящих (СПН); теплоэлектриче-ских (ТНЭ) с тепломеханическими преобразователями (ТМП); инерционных (ИН), пневмо-, воздухо- (В А), гидроаккумуляторов (ГА); механических (ИМНЭ), электромеханических (ЭМНЭ); гибридных видов накопителей (ГНЭ); емкостных (ЕН), в том числе конденсаторов двойного электрического слоя (КДЭС) и гибридных электрохимических конденсаторов (ГЭХН) (рис. 6). В результате анализа разработаны требования, предъявляемые специфическими условиями эксплуатации городского электрического транспорта (ГЭТ).

На основе анализа,

ямрномми

Рис. 5. Диаграмма соотношений математических ожиданий энергии электрических торможений и тяги

Кинетическая и потенциальная энергии ТС

I

т

Электромеханический преобразователь

Контактная сеть

Г

Рассеивается в ___

окружающую сред__.

ТЭП

Механические НЭ

Ж

К

ГНЭ

ТМП

X

ТНЭ

Статические МНЭ| [Динамические МНЭ|

а ■ ■ — -'

Статические НЭ

_Ц

Электрические НЭ |

ИН

ГА

ВА

Рис. б. Структурная схема преобразования кинетической и потенциальной механической энергии транспортного средства при торможении

проведенного по выдвинутым критериям, предъявляемым для обоснования работоспособности отдельных типов НЭ, установлено, что наиболее целесообразным, перспективным и удовлетворяющим основным требованиям для внедрения в электротранспортный комплекс является накопительный элемент на базе конденсаторов двойного электрического слоя

Данный вид накопительных элементов сочетает в себе: высокие энергетические показатели (удельная запасаемая энершя до 50 кДж/кг); большое число зарядно-разрядных циклов, лежащих в диапазоне 105 ... 106; работу в широком диапазоне температур с малым и практически неизменным временем заряда и разряда; длительное время хранения запасенной энергии, составляющее сотни часов; высокий КПД, превышающий для некоторых типов 95%. Модульная конструкция позволяет выдерживать токи в 1...2 кА и высокие уровни напряжения, измеряемые сотнями вольт. КДЭС способны обеспечить при малых массах и размерах высокие энергетические показатели, необходимые для реализации электродвигателями заданных тяговых характеристик и как следствие режимов работы ЭПС.

В третьей главе проведен анализ различных способов перераспределения и накопления энергии, вырабатываемой ТЭД в режиме электрического торможения. Выполненный анализ существующих методов, направленных на установление величины избыточной энергии рекуперации, показал, что они адекватны и корректны в рамках задач, связанных с высокоорганизованными транспортными системами, где движение по перегону строго регламентировано, то есть основными являются детерминированные факторы. Использование данных методов приводит к искажению результатов анализа процессов, протекающих в системе наземного ГЭТ в связи с функционированием данного вида транспорта в общем транспортном потоке, и, как следствие, влияния на процесс движения значительного числа внешних факторов. В методах, основанных на вероятностном подходе к рассмотрению процессов движения, сложно выделить режим с наибольшей избыточной энергией, а некоторые из них не содержат в себе связи с основными параметрами ЭПС. Поэтому оценка избыточной энергии на основе вероятностных подходов может применяться только совместно с методами, основанными на детерминированных факторах.

Расчеты, направленные на выявление количества избыточной энергии рекуперации на основе различных методов, показали, что она зависит от плотности движения ЭПС на участке, профиля пути, расстояний между остановочными пунктами, технических характеристик эксплуатируемых видов транспортных средств и режимов работы системы электроснабжения в целом. В среднем, для троллейбусов она составляет свыше 60% от энергии рекуперации. Поэтому без применения специальных мер и устройств, схемотехнических решений возможный внутренний энергоресурс, позволяющий значительно снизить энергопотребление, будет использоваться не в полной мере.

В результате проведенного анализа использования избыточной энергии рекуперации выявлена недостаточная эффективность существующих способов, включающих передачу энергии через шины тяговых подстанций, инвертирования в первичную энергосистему или установку автоматического поста секционирования. Поэтому, как показано в работе, перспективным является применение накопителей энергии, позволяющих наиболее эффективно использовать избыточную энергию рекуперации.

Проектирование накопителя, устанавливаемого для приема избыточной энергии с определением номинальной энергоемкости и величины зарядных токов, напрямую связано с количеством избыточной энергии, поступающей от одного акта торможения, и возможности совпадения режимов двойных рекуперативных актов на участке, когда две транспортные единицы одновременно передают энергию в контактную сеть. При одновременном возникновении двойного акта рекуперации и отсутствии ЭПС, находящегося в режиме тяги, блок конденсаторов двойного электрического слоя (БК) будет запасать максимальную энергию при наибольшей величине тока заряда. Поэтому режим двойного акта рекуперации является одним из определяющих при выборе параметров БК.

Установление зависимости количества рекуперативных актов от числа ЭПС и вероятности совпадения нескольких актов рекуперации, потребовало создания программного комплекса, позволяющего моделировать вероятность совпадения актов тяги и торможения от количества ЭПС на секции, и проведения дополнительного анализа результатов экспериментов с выделением времени нахождения ЭПС в каждом основном состоянии

на перегоне. В результате установлено, что вероятность актов двойной рекуперации Р(В) мала и не превышает 0,03 (рис. 8), поэтому проектировать накопительное устройство, устанавливаемое в систему тягового электроснабжения, целесообразно исходя из учета энергии одного акта электрического торможения.

В случае проектирования НЭ для работы в режиме постоянного выравнивания потенциалов секций его энергоемкость необходимо увеличить как минимум десятикратно по сравнению с энергоемкостью накопителя, рассчитанной на прием избыточной энергии рекуперации.

Анализ областей возможного размещения НЭ на тяговой подстанции, на выводах питающих линий, в межподстан-ционной зоне и с распределенным размещением вдоль контактной сети показал, что наиболее рациональным является внедрение НЭ в межподстан-ционную (или межфидерную) зону (рис. 9).

В данном случае появляется возможность с помощью источника ограниченной мощности в значительной мере поддерживать средний уровень напряжения на участке КС, уравнивать его в смежных плечах, частично разгружая и снижая потери при передаче энергии в конец межподеганционной зоны питания тяговой подстанции, проводить акты рекуперации независимо от наличия активного потребителя в районе межподеганционной зоны.

С очевидными преимуществами внедрения НЭ в систему тягового электроснабжения возникают и недостатки, связанные с кратковременным появлением на участке КС источника ограниченной мощности в виде отдельной ЭПС. Передача избыточной энергии рекуперации происходит в прямом и обратном направлении (рекуперирующая ЭПС — НЭ - ЭПС), но только передача энергии в обратном направлении (НЭ -

10 12 14 16 18

Рис. 8. Диаграммы вероятности одновременного нахождения двух и более ЭПС в режиме рекуперативного торможения

ТП1

ТП1

ггггттттггггтттттг

ТП1

w

—I»

ntStLT!

ES

тга

Tf^rrr

ИЗ

----It

lfralfrélmSintel ОЩ ОП2 ОП 3 ОП4ОП5ОП6

ТП1 ____ТП2

# ГЙЛ . .та

-Il----

Рис. 9. Варианты размещения НЭ

а - на ТП; б—вдоль КС; с-в межподеганционной зоне

ЭПС) приводит к снижению потребления энергии из первичной сети. В связи с этим увеличиваются средние и эффективные значения токов линии (3) с пропорциональным снижением пропускной способности линии. Результаты исследований показали, что внедрение накопителя энергии в системе тягового электроснабжения может привести к снижению пропускной способности линии.

1 _ n0'hp х0~ V

1ю =

по 'lo,

Кгт

1 + ZC

Ki_ п0

-I

ДРщяг + АР рек

ДРтяг ~ 1отяг'г'1с hp

' ¡O тяг + hрек •

10 тяг ~

*удтяг

Mn-v3

Ur

ДРрек

'(P(A)-x + ((l-P(A)-P(B))lc)-lgpeK-r, 10рек

Руд рек 'Мп 'Уз

Oj (Uc+Ud) '

(3)

где ДРтяг, ДРрек ~ потери мощности в тяговой сети в режиме тяги и рекуперативного торможения; Р(А) - вероятность акта рекуперации ЭПС на секции; Р(В) - вероятность двойного акта рекуперации на секции; п0 - среднее число поездов на секции; 10р - средний ток поезда, А; 10тяг, 10рек ~ соответственно средние токи поезда в режиме тяги и электрического торможения, А; Мп - масса ЭПС, т\ Iэкв - эквивалентный ток на участке контактной сети, А; /с- длина секции, км; Кэ - коэффициент среднеквадратичного тока ЭПС; аудрек - удельная энергия тяги и торможе-

ния, Втч/ткм; Uc - среднее напряжение сети, В; /ло - среднее значение тока фидера, А; /лэ - значение эффективного тока фидера, А; г - сопротивление секции контактной сети, Ом/км; х - расстояние от рекуперирующей ЭПС до ЭПС, находящейся в режиме тяги, км; Ud - допустимое напряжение в тяговой сети в режиме рекуперации ЭПС, В; V3 - эксплуатационная скорость ЭПС, км/ч; KCX,ZCX - коэффициенты, учитывающие схему питания секции.

На рис. 10 представлена принципиальная электрическая схема автоматического поста секционирования с включением НЭ в систему тягового электроснабжения.

С11

CP

С21

Рис. 10. Схема автоматического поста секционирования с накопителем энергии 12

Энергия на вводе ТП от ЛЭП 6(10) кВ I 100%

Энергия на вводе ТП

С

Энергия на токоприемнике ЭПС 1 Режим тяги

□

~83~~88%~

Потери энергии в СТЭ

Совершение

полезной транспортной работы

Потери энергии

в ЭПС

Энергия, поступающая в КС от ЭПС

[ Режи мы торможения] | Регенеративного Г Рекуперативного у]

Энергия, поступающая в

НЭ

Режимы "заряд - разряд"

15,7%

На рис.11 приведены изменения в балансе энергии с внедрением накопителей энергии. Потери энергии рекуперации, связанные с ее преобразованием и передачей в КС, составят 19...28%. Общее снижение потерь от внедрения накопительных устройств в системе тягового электроснабжения составит 8,9...15,7%.

В четвертой главе решалась комплексная задача, связанная с использованием накопителей энергии на ЭПС. Обеспечение некоторого запаса автономного хода имеет приоритетное

Рис. 11. Диаграмма потоков энергии

в электротехническом комплексе

значение. Подобная гибридизация позволяет обеспечить сочетание экологичности троллейбуса с повышенной маневренностью.

Научные коллективы, занимающиеся в рамках данной задачи, пытаются создать НЭ, обеспечивающие проведение режима автономного хода в 2...5 км. При таком подходе масса НЭ превышает 10% нетто массы троллейбуса; он занимает практически весь объем подкузовного пространства и приводит к значительному удорожанию ЭПС. В связи с этим проектировать энергоемкость НЭ целесообразно не из величины автономного хода, а исходя из энергии одного акта электрического торможения. Именно при такой постановке задачи можно достичь частичной автономности хода ЭПС, осуществлять регенеративное торможение и получить компактное, обладающее малой массой буферное накопительное устройство. Под буферным накопителем понимается устройство, основная функция которого состоит в оперативном использовании энергии электрических торможений путем аккумулирования, кратковременного хранения и реализации в режиме тяги.

При проектировании накопителя, размещаемого на ЭПС, ставилась задача, направленная на определение необходимой и достаточной энергоемкости БК (4), (5). В работе разработана методика, позволяющая определять величины аккумулируемой в БК энергии, генерируемой в режиме электрического торможения, с учетом механических и электрических потерь.

Снэ(У)

(4)

где УН,УК - соответственно скорости начала и окончания торможения, км/ч; Мэ„с„ - приведенная масса нагруженного ЭПС, т; Т]ип - КПД импульсного регулятора; г]((У)- КПД ТЭД в зависимости от скорости; г)ну- средние значения КПД нако-

КПД ТЭД в зависимости от скорости; т}^- средние значения КПД накопителя энергии; Кф - конструктивный коэффициент; Е„(у) - энергия, затрачиваемая на преодоление полного сопротивления движению, Дж.

у = 3,6 •

( \

I- ' ну

2

ч \ /

Снэ-г-ЕМу)

(5)

м,

■10'

где идоп - максимальное напряжение конденсаторного блока. Разработан метод, позволяющий определять энергоемкость буферного накопителя с учетом суммарного коэффициента потерь. Для троллейбуса величина запасаемой энергии в БК в зависимости от скорости начала торможения будет определяться соотношением:

Еэт = 38,58 Мэксп -V2 -Т1тбМ, т1т6(у) = -1,29-10-4 V +7.48-10'3 +0,531. | (6) где т]тв(у)- суммарный коэффициент электромеханических потерь, зависящий от скорости ЭПС; Еэт — энергия, аккумулируемая накопителем.

Основными параметрами, определяющими запасаемую энергию в БК, являются принимаемая расчетная масса ЭПС и диапазон начальных скоростей торможения, от правильности выбора которых зависит эффективность использования НЭ.

Масса нагруженного ЭПС непостоянна и зависит от пассажиропотока. Выявление её при эксплуатации потребовало провести анализ экспериментальных данных, в ходе которого было установлено, что масса ЭПС приближается к нормально нагруженной лишь в часы «пик» на отдельных, малых участках маршрута с плотным пассажиропотоком. Так, дополнительная масса в 5 от, образованная пассажирами, была достигнута один

раз при прохождении 327 перегонов, при этом масса пассажиров нормально нагруженного ЭПС принимается свыше 6...8 т. Поэтому расчет БК, исходя из массы нормально нагруженного ЭПС, приведет к недоиспользованию накопителя энергии на 20...30% и увеличению капитальных вложений. Результаты обработки д анных по изменению массы ЭПС в линейном режиме движения представлены на (рис. 12) и табл. Зи4.

Для наилучшего функционирования ЭПС с позиции снижения энергопотребления и приемлемости времени хода по перегону необходимо, по возможности, проводить режим электрического торможения в некотором наиболее рациональном диапазоне скоростей ведения ЭПС.

0 0,28 0,80 из 1,85 2^7 2,90 3,42 3,94 Мп,т 4,99 В статист, ряд — вырав ф-ия (норм) -*-вырав. ф-мя (г-распр.) Рис. 12. Гистограмма и выравнивающие функции распределения массы

Таблица 3

Оценка экспериментальных числовых характеристик по обработке массы

Число измерений Л/[Х*] Г>[Х.] <г[Х•] ах*

327 1,95 0,83 0,912 1,014 0,422

Таблица 4

Оценка соответствия выравнивающей функции и статистического распределения по обработке массы

----^Название критерия Моделирующие функщйг— Колмогорова Пирсона

гамма - распределение 0,98 0,59

распределение Гаусса 0,98 0,48

С целью выявления диапазона начальных скоростей торможения первоначально обрабатывался профиль пути для г. Новосибирска с созданием базы данных, включающей описания 180 перегонов. В дальнейшем на основе модельного комплекса «Тяговый расчет» с использованием основных параметров троллейбуса ЗиУ-682Г и электромеханических характеристик ТЭД типа ДК-21ЗБ были установлены скорости начала торможения с учетом рациональной скорости ведения ЭПС по перегонам. Результаты проведенного анализа в виде обобщенной гистограммы представлены на (рис.13).

в 22 24 2« 2в зв 32 34 36 39 Ук*ч " На основе проведенных иссле-

,, „ дований с использованием про-

Рис. 13. Гистограмма теоретического распределения

начальных скоростей торможения при граммного комплекса, выявлен

рациональном ведении ЭПС по перегонам диапазон наиболее вероятных значений начальных скоростей торможения, лежащий в пределах 27 ... 38 км/ч.

В результате расчета, направленного на выявление рациональной величины энергоемкости БК получено, что емкость накопительного элемента может быть снижена более чем в

два раза по сравнению с емкостью НЭ, рассчитываемого из

1 + / У У предельных па-

раметров наполол? + ' у ' няемости салона

и начала тор-

0,5 -f " з К 2 X можения с кон-

структивной

0.25 1 -----Н----- скорости, без

существенного

о+о г——-—=-ч--ч-м----— снижения эф-

J2 V, км/ч 60 фективносги ис-

£

/ Exnfvh

ЕпМ. / v)

Oi(v)y / ' Q

1

3 2

>> •>

12

17

22

27 32 37 42 47 Рис. 14. Зависимость скорости разгона ЭПС от величины энергии, запасенной в БК за од ин акт регенеративного торможения Екп - кинетическая энергия ЭПС; Ер - энергия, запасаемая в БК; Ср, Сп - емкость БК; , соответственно, скорости начала торможения и максимального разгона ЭПС при питании от БК

пользования энергии электрических торможений (рис. 14).

В работе синтезированы силовые электрические схемы троллейбуса с накопительным устройством, одна из которых приведена на рис. 15. Составлено математическое описание и исследованы электромагнитные процессы, протекающие в режиме регенеративного торможения троллейбуса. В результате получены зависимости, описывающие характер изменения токов в режиме торможения (7).

Т1

Ъфг

\1>9

Рис. 15. Принципиальная электрическая силовая схема троллейбуса с БК

На основе полученных уравнений и основных параметров ЭПС и БК создан программный комплекс, позволяющий моделировать электромагнитные процессы, протекающие в электрических цепях схемы следящего регенеративного торможения.

Определены массогабаритные параметры БК, которые, как показали расчеты, не превышают 3% от нетто массы троллейбуса, и рассчитана величина возможного автономного хода с учетом режима выбега, составляющая диапазон от 100 до 200 м.

Ед ~иС(0) 1,(0= Ьд+Ьд*

+ Рц 'т(0)

Ед ~иС(0)

*з(0=

2ри + г! 1

еР11 < | 1д+1дв

+ Р12-1(0)

2Р12 + 1

Яде +Кд

'2(0 =

Ед_ Кдв К^дв Ед -Ус(0) ¿д + ^дв

е >тз=—-- 0 \1

+ Р21 ш1(0)

2Р21 +

-I

_Ьд + Ьдв

Ед-Ус(0)

„Р21 ' , ^д + ^дв

(1<д + Едв)'Сн '

+ Р22 '¡(О)

2р22 + г 2

-1

,Р22 ' гТ2 - +Ьдв кдв + *вН

Р 11,12 ='

2-Хг

— Щ , Р 21,22 = ~

-«>0

(7)

¡4 г/ У4г2*

На основе созданной физической модели электротранспортного средства подтверждена достоверность полученных теоретических результатов исследования процессов, протекающих в режимах тяги и торможения.

Заключение. В ходе выполнения диссертационной работы получены следующие основные результаты.

1. Проведенный анализ методов энергетических расчетов электротранспортного комплекса показал, что практически все они не учитывают влияние случайных факторов на характер движения городского электрического транспорта и вносят существенную погрешность при определении энергии транспортного средства в процессе движения. Выполненные экспериментальные исследования по оценке энергобаланса транспортной единицы позволили получить среднестатистическую величину энергии электрических торможений, обосновать выравнивающие функции распределений удельных энергий режимов тяги и торможения.

2. Сравнительный анализ существующих накопителей энергии позволил выработать требования, предъявляемые к накопительным устройствам городского электрического транспорта, и выбрать в качестве такого устройства конденсаторы двойного электрического слоя, позволяющие наиболее рационально использовать энергию электрических торможений транспортных средств.

3. Рассмотрены различные варианты схемных реализаций и использования накопительных устройств, проведено обоснование рационального их внедрения в систему городского электрического транспорта. В результате выполненных расчетов показано, что наибольшая эффективность использования энергии электрических торможений достигается при внедрении накопительных устройств на электроподвижном составе, что также повышает динамические и энергетические показатели транспортного средства в целом и позволяет получить автономность хода до 200 метров.

4. Предложен метод и проведены расчеты по выбору основных параметров накопительного устройства электроподвижного состава. Выполнен анализ, направленный на выявление рациональной величины энергоемкости накопителя с учетом изменения массы транспортного средства и вероятностного диапазона начальных скоростей торможения. Разработана принципиальная электрическая схема силовых цепей троллейбуса с накопительным устройством.

5. Выполнен анализ электромагнитных процессов и получено математическое описание процессов электрического торможения транспортного средства, оборудованного накопительным устройством. Реализация математической модели на ЭВМ позволила проводить расчеты с высокой степенью точности и рассчитывать энергетические процессы электрического торможения.

6. Создана физическая модель электротранспортного средства и проведены экспериментальные исследования процессов, протекающих в накопительных устройствах в режимах электрического торможения. Полученные экспериментальные данные подтверждают результаты выполненных теоретических исследований.

7. Использование накопительных устройств на электроподвижном составе может дать суммарную экономию электроэнергии от 14 до 22% в системе городского электрического транспорта в целом и составить, как показывают расчеты для г.Новосибирска 17 ГВтч ежегодно.

Дальнейшие исследования по рассматриваемой проблеме должны быть направлены на более глубокий анализ процессов, происходящих при совместной работе аккумуляторных батарей и накопительного устройства, оптимизацию их параметров, а также на совершенствование схемных решений силовых электрических цепей троллейбуса с накопительными устройствами.

Основные работы, опубликованные по теме диссертации.

1. Штанг, A.A. Энергобаланс поезда на основе экспериментальных исследований [Текст] / В.И. Сопов, A.A. Штанг, Е.А. Спиридонов; Вестник Красноярского государственного технического университета. - Красноярск: Изд-во КГТУ, 2005- Вып. 39 -с. 717-722.

2. Штанг, A.A. Повышение эффективности использования электрической энергии в субподсистеме электрического транспорта [Текст] / Н.И. Щуров, В.И. Сопов, АЛ. Штанг, Ю.А. Прокушев; Совершенствование технических средств электрического транспорта: Сб. научн. тр. - Новосибирск: Изд-во Hl ТУ, 2002. - Вып. 3 - с. 6 - 20.

3. Штанг, A.A. Реактивная мощность при регулировании мощности тяговой подстанции [Текст] / В.И. Сопов, Н.И. Щуров, A.A. Штанг, Ю.А. Прокушев; Электротехника. - 2003, №9. - с. 53 - 57.

4. Штанг, A.A. Исследование энергетических показателей троллейбусов [Текст] / В.И. Сопов, Н.И. Щуров, A.A. Штанг, Ю.А. Прокушев; Совершенствование технических средств электрического транспорта: Сб.научн. тр. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. - Вып. 3 - с. 142 - 153.

5. Штанг, A.A. Мониторинг и нормирование расходов электрической энергии в системе «Электрический транспорт» [Текст]: 4.2. / Н.И. Щуров, В.И. Сопов, A.A. Штанг, Ю.А. Прокушев; Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение, МКЭЭЭ: Тр. V междунар. конф., Крым, Алушта, 2003- М. : Изд-во МЭИ (ТУ), 2003. - с. 199 - 202.

6. Штанг, A.A. Пути улучшения энергетических характеристик троллейбуса [Текст]: 4.2. / Н.И. Щуров, В.И. Сопов, A.A. Штанг, Ю.А. Прокушев; Электромеханика, электро-технологии и электро-материаловедение, МКЭЭЭ: Тр. V междунар. конф., Крым, Алушта, 2003.М . : - Изд-во МЭИ (ТУ), 2003. - с. 151 - 153.

7. Штанг, A.A. Энергосберегающие мероприятия при эксплуатации трамваев и троллейбусов [Текст] / A.A. Штанг, В.И. Сопов, Ю.А. Прокушев; под. ред. В.Н. Аносова; Автоматизированные электромеханические системы. Коллективная монография - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. - с. 253 - 263.

8. Штанг, A.A. Комплексная система мониторинга расходов электроэнергии на электрическом транспорте [Текст] / Н.И. Щуров, В.И. Сопов, A.A. Штанг, Ю.А. Прокушев; Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы: Материалы междунар. науч.-техн. конф. — Томск: Изд-во ТПУ, 2003. — с. 3 — 5.

9. Штанг, A.A. Следящее рекуперативное торможение как фактор энергосбережения на электрическом транспорте [Текст]: 4.2. / Н.И. Щуров, A.A. Штанг, Ю.А. Прокушев, С.А. Кононов; Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт. Труды второй междунар. научно-техн. конф. - Россия, Тобольск, 2004. - с. 211 — 212.

10. Штанг, A.A. Повышение эффективности процесса следящей рекуперации на электрическом транспорте [Текст] / Н.И. Щуров, A.A. Штанг, Ю.А. Прокушев, С.А. Кононов, Е.С. Вельская; Электроэнергия и будущее цивилизации. Материалы междунар. научно-техн. конф. - Россия, Томск, 2004. - с. 478 - 480.

11. Штанг, A.A. Анализ основных накопителей энергии для электроподвижного состава [Текст] / A.A. Штанг, Е.А. Спиридонов, Г.Н. Ворфоломеев; Наука. Технологии. Инновации. Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 6-ти частях. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. - с. 158 - 159.

12. Штанг, A.A. Определение необходимой емкости накопителя энергии в зависимости от скорости начала акта торможения [Текст] / A.A. Штанг, Е.А. Спиридонов, В.И. Сопов; Наука. Технологии. Инновации. Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 6-ти частях. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004.-с. 160-161.

13. Штанг, A.A. Математическая модель тягового привода с накопителем энергии [Текст] / Е.А. Спиридонов, Ю.А. Прокушев, A.A. Штанг, А.П. Вертохвостов; Научные проблемы Сибири и Дальнего Востока: Научный журнал. - Новосибирск: Изд-во НГАВТ, 2006, № 1. - с. 239 - 241.

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20,

тел./факс (383) 346-08-57 формат 60x84/16, объем 1,25п.л., тираж 100 экз., заказ №1217, подписано в печать 13.10.06 г.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЭНЕРГЕТИКА ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

В ПРОЦЕССЕ ТОРМОЖЕНИЯ.

1.1. Электрический транспорт как сложный электротехнический комплекс.

1.2. Анализ методов, характеризующих энергетику движения электротранспортного средства.

1.3. Энергетический баланс и оценка энергии электрических торможений электроподвижного состава.

1.4. Выводы.

2. АНАЛИЗ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ И ОЦЕНКА ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЕ.

2.1. Критерии использования накопительных устройств в электротранспортной системе.

2.2. Электрохимические накопители энергии.

2.3. Механические накопители энергии.

2.4. Электрические накопители энергии.

2.5. Теплоэлектрические и гибридные накопители энергии.

2.6. Конденсаторы двойного электрического слоя и их использование на транспорте.

2.7. Выводы.

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.

3.1. Распределение и использование энергии электрических торможений.

3.2. Рекуперативный режим с активным потребителем на участке контактной сети.

3.3. Анализ методов определения величины избыточной энергии.

3.4. Варианты использования энергии электрических торможений.

3.5. Применение накопителей энергии в системе тягового электроснабжения.

3.6. Выводы.

4. ПРИМЕНЕНИЕ БУФЕРНО-НАКОПИТЕЛЬНОГО БЛОКА

КОНДЕНСАТОРОВ ДВОЙНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СЛОЯ НА ТРОЛЛЕЙБУСЕ.

4.1. Варианты использования накопителей энергии на троллейбусе.

4.2. Метод расчета энергоемкости накопителя, работающего в буферном режиме.

4.3. Оптимизация энергетических показателей буферного накопителя энергии и оценка массогабаритных параметров.

4.4. Исследование режимов работы схемы регенеративного торможения троллейбуса с накопителем энергии на борту.

4.5. Исследование режима тяги электроподвижного состава с использованием буферного накопителя энергии и определение величины автономного хода.

4.6. Обобщенное схемное решение силовой цепи троллейбуса с буферным накопителем энергии.

4.7. Стендовые испытания.

4.8. Выводы.

Актуальность проблемы. С общемировым ростом цен на энергоносители проблема снижения потерь при преобразовании, распределении и потреблении энергии становится стратегическим направлением приоритетного развития многих областей промышленности и секторов экономики, в том числе и транспортной индустрии. Важность решения данной проблемы подтверждена и закреплена законодательно в Федеральной целевой программе № 796 «Энергоэффективная экономика на 2002-2005 годы и на перспективу до 2010 года», утвержденной Правительством России.

По данным Федеральной службы государственной статистики, существенная доля в структуре пассажирооборота по видам транспорта общего пользования принадлежит городскому электрическому транспорту и составляет 20,4%. Поэтому эффективное функционирование транспорта как базовой среды материального производства существенно влияет на темпы и ритмичность социально-экономического развития страны. Его устойчивое и эффективное функционирование является необходимым условием высоких темпов экономического роста, повышения качества жизни населения, рациональной интеграции России в мировую экономику.

Вопрос, связанный со снижением энергозатрат путем создания высокотехнологичных образцов транспортных средств, является актуальным для городского электрического транспорта в целом, где энергетическая составляющая в настоящее время достигает 30.50% от общих затрат предприятий. Несмотря на значительный научно-технический прогресс в транспортной сфере за последнее десятилетие, политика в России, направленная на разработку энергосберегающих технологий, была недостаточно эффективной. Вследствие этого российские образцы техники, в ряде случаев, стали уступать мировым аналогам транспорта по расходу энергии на 20. .30% и трудоемкости обслуживания.

Создать конкурентоспособные образцы, как на внутреннем, так и на общемировом рынках возможно за счет применения новейших технологий и разработок в элементной базе, с внедрением передовых методов информационного управления процессом движения, с использованием современных материалов на электроподвижном составе. Одним из таких направлений в последние годы является разработка новых типов эффективных источников вторичной энергии и преобразователей энергии, обладающих качественно новыми свойствами, которые позволяют эффективно использовать их в транспортной индустрии страны, снижая потери энергии, повышая эффективность, увеличивая срок службы оборудования и надежность электротранспортного комплекса в целом.

В связи со значительным прогрессом в информационных технологиях на рубеже XX и XXI веков появилась возможность быстро и эффективно производить сложные и трудоемкие расчеты, создавать программные комплексы, моделирующие процессы движения транспортных средств. В частности, появились методики, разрабатываемые различными научными школами, в том числе и коллективом кафедры «Электротехнические комплексы» НГТУ, позволяющие рассматривать многие идеализированные процессы движения не только на основе детерминированных факторов, но и с учетом случайных воздействий. В результате стало возможным значительно увеличить точность прогнозных расчетов, выявить и пересмотреть типовые мощности элементов системы, работающих в недогруженном или перегруженном режимах, более адекватно оценивать реальные режимы движения.

Значительный вклад в решение ряда обозначенных вопросов, таких как снижение энергопотребления на электрическом транспорте, применение накопительных устройств, разработка методик, позволяющих более адекватно оценивать реальные процессы движения, внесли ученые: И.С. Ефремов, В.Е. Розенфельд, И.П. Исаев, Г.В. Косарев, К.Г. Марквардт, Л.С. Байрыева, В.В. Шевченко, В.П. Феоктистов, Д.А. Бут, Н.В. Гулиа, Н.И. Щуров, В.И. Сопов и другие авторы [1,3-9,15,17,19, 20, 64, 68,116, 119,121, 136].

Известные работы, опубликованные на различных этапах развития научно-технического прогресса, в разных научных школах, не содержат комплексного подхода в исследованиях по применению накопителей энергии на неавтономном электроподвижном составе (ЭПС) с учетом случайных факторов, влияющих на формирование баланса энергии. Рассмотренный в диссертационной работе комплекс задач сформулирован в контексте проблемы внедрения накопителей энергии в системе электрического транспорта с учетом случайных факторов, оказывающих существенное влияние на процесс функционирования электроподвижного состава.

Цели и задачи научного исследования. Цель диссертационной работы состоит в создании методов расчета параметров и определения энергетических характеристик накопительных устройств в системе городского электрического транспорта, а также в разработке схемных решений, направленных на повышение эффективности использования энергии электрических торможений с учетом влияния случайных факторов.

В соответствии с поставленной целью требовалось решить следующие задачи.

1. Провести комплексную оценку энергетического баланса электрического транспорта с учетом влияния случайных факторов и взаимодействия отдельных звеньев системы.

2. Выполнить анализ существующих типов накопителей и сформулировать требования, предъявляемые к ним системой городского электрического транспорта (ГЭТ).

3. Разработать методы и средства, позволяющие повысить эффективность использования накопительных устройств в системе городского электрического транспорта.

4. Определить основные параметры накопительного устройства, отвечающего требованиям использования его в системе электротранспорта, исходя из количественной оценки электрической энергии, вырабатываемой в режиме торможения.

5. Провести анализ электромагнитных процессов, разработать математическую модель и создать программный комплекс модели на ЭВМ, позволяющий рассчитывать параметры тягового электропривода с накопителями энергии в режиме электрического торможения.

6. Разработать схемные решения накопительных устройств для применения в системе тягового электроснабжения и на электроподвижном составе, позволяющие значительно повысить эффективность использования энергии электрических торможений.

Методы исследования. В основу теоретических исследований положен математический аппарат, включающий использование аналитических и численных методов решения дифференциальных уравнений, элементы теории вероятностей и математической статистики. Расчеты и математические модели выполнены как с использованием расчётно-программных комплексов, написанных в среде "Delphi", так и с помощью математического моделирования в средах "Matlab" и "Mathcad". Основные результаты диссертационной работы получены на базе фундаментальных законов и уравнений электродинамики и теории электрических цепей. Результаты теоретических исследований согласуются с данными, полученными экспериментальным путём в ходе испытаний на электроподвижном составе, функционирующем в реальных условиях. Достоверность полученных результатов определяется сопоставлением результатов путем параллельного расчета различными методами и проведением испытаний с использованием соответствующих макетных образцов.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Необходимость и целесообразность создания и внедрения накопительных устройств на основе конденсаторов двойного электрического слоя, позволяющих наиболее эффективно использовать энергию электрических торможений в системе ГЭТ.

2. Результаты экспериментальных исследований энергопотребления транспортной системы и определение выравнивающих функций распределений удельных энергий тяги и электрических торможений троллейбуса.

3. Основные положения, обосновывающие наиболее эффективное использование накопительных устройств в системе тягового электроснабжения, математическое описание и моделирование процессов движения транспортных средств, позволяющих определять характер распределения энергии электрических торможений и оценивать эффективность её использования с учетом потерь энергии в системе электрического транспорта в целом.

4. Результаты расчетов вероятностного определения диапазона начальных скоростей торможения, определяющих энергетику этого процесса с учетом изменяющейся массы транспортного средства и минимизации потерь электроэнергии в рассматриваемой системе городского электрического транспорта.

Научная новизна диссертационной работы.

1. Выполнен комплексный анализ и получены результаты, определяющие энергобаланс транспортного комплекса, оборудованного накопительными устройствами как в системе тягового электроснабжения, так и на электроподвижном составе. Дана количественная оценка снижения электропотребления при установке накопителей энергии в различных звеньях рассматриваемой системы.

2. Определено рациональное размещение накопительного устройства и предложено его схемное решение при использовании в системе тягового электроснабжения. С использованием современных инструментальных средств создан моделирующий алгоритм, позволяющий описывать процесс функционирования системы тягового электроснабжения с накопителями энергии и определять величины избыточной энергии, экономии и потерь электроэнергии, изменения пропускной способности линии.

3. Разработаны схемные решения и создан метод расчета, позволяющий оценивать эффективность использования накопительного устройства на ЭПС и определять его параметры. Показана целесообразность использования и внедрения накопителей энергии непосредственно на электротранспортном средстве.

4. Создана математическая модель, реализованная на ЭВМ и позволяющая рассчитывать электрические процессы, протекающие в силовой цепи троллейбуса, оборудованного накопительным устройством.

Практическая ценность результатов работы заключается в решении актуальной комплексной задачи использования накопительных устройств, направленной на снижение электропотребления в системе ГЭТ. Разработаны инженерные методы расчетов, позволяющие проектировать эффективные по энергетическим показателям накопительные устройства. Создана физическая модель электротранспортного средства и проведены экспериментальные исследования процессов, протекающих в режимах электрического торможения. Совокупность теоретических и практических результатов позволяет в полной мере использовать энергию электрических торможений, получить автономность хода и повысить динамические показатели транспортного средства в целом.

Реализация результатов работы. Результаты выполненных НИР в рамках хоздоговорных работ, направленных на исследование и развитие энергосберегающих технологий, позволили создать систему мониторинга потребления электроэнергии в различных подсистемах электрического транспорта. НИР нашли практическое применение на электротранспортных предприятиях городов Новосибирска и Барнаула. На базе проведенных исследований создана моделирующая программа, отображающая и описывающая процесс функционирования электротранспортных средств, используемая управлением пассажирских перевозок при организационном структурировании перевозочного процесса в г. Барнауле.

Создана физическая модель, представляющая интерес для дальнейших исследований в области совместной работы накопительных элементов и машины постоянного тока.

Материалы диссертации, касающиеся анализа и расчета электромагнитных процессов электрического торможения и тяги, используются в созданном программном комплексе «Тяговый расчет»; а также при построении и описании математических моделей с учетом случайных факторов для более полной оценки реальных режимов движения ЭПС, используются в ряде учебных дисциплин для студентов по направлению 140600 - «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» и специальности 140606 - «Электрический транспорт» Новосибирского государственного технического университета.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: IX международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, МЭИ, 2003); V международной конференции «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение» (Крым, г. Алушта, МКЭЭЭ-2003); Международной научно-технической конференции «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы» (г. Томск, ТПУ, 2003); Международной научно-технической конференции «Электроэнергия и будущее цивилизации», (г. Томск, 2004); Межвузовской научно-студенческой конференции «Современные проблемы технических наук: Интеллектуальный потенциал Сибири» (г. Новосибирск, НГАСУ, 2004); Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Технологии. Инновации.» (г. Новосибирск, НГТУ, 2004); II международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт», (г. Тобольск, 2004); II международной научно-технической конференции «Транспортные системы Сибири» (г. Красноярск, КГТУ, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в числе которых: 1 статья, входящая в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ, 5 научных статей в сборниках научных трудов и 7 докладов на международных и всероссийских конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка библиографических источников из 164 наименований и приложений. Общий объем диссертации 211 страниц основного текста, включая 76 рисунков и 19 таблиц.

4.7. Выводы

1. Показано, что наиболее эффективно энергия электрического торможения используется в электротехническом комплексе при установке накопительного устройства на электроподвижном составе.

2. Выполнена вероятностная оценка возможного диапазона скоростей начала электрических торможений и проведены расчеты энергетических параметров накопительного устройства троллейбуса на основе конденсаторов двойного электрического слоя.

3. Разработана силовая схема троллейбуса с накопительным устройством и выполнен анализ электромагнитных процессов в ней. Создана математическая модель, позволяющая рассчитывать энергетические характеристики и выбирать параметры основных элементов силовой цепи троллейбуса для режимов тяги и электрического торможения.

4. Установлено, что накопительное устройство имеет массу, не превышающую 3% от массы ненагруженного троллейбуса, позволяет в полной мере использовать энергию электрических торможений, обеспечивает запас автономного хода до 200 метров и позволяет исключить потери энергии по сравнению с размещением накопительного устройства в системе тягового электроснабжения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения диссертационной работы получены следующие основные результаты:

1. Проведенный анализ методов энергетических расчетов электротранспортного комплекса показал, что практически все они не учитывают влияние случайных факторов на характер движения городского электрического транспорта и вносят существенную погрешность при определении энергии транспортного средства в процессе движения. Выполненные экспериментальные исследования по оценке энергобаланса транспортной единицы позволили получить среднестатистическую величину энергии электрических торможений, обосновать выравнивающие функции распределений удельных энергий режимов тяги и торможения.

2. Сравнительный анализ существующих накопителей энергии позволил выработать требования, предъявляемые к накопительным устройствам городского электрического транспорта и выбрать в качестве такого устройства конденсаторы двойного электрического слоя, позволяющие наиболее рационально использовать энергию электрических торможений транспортных средств.

3. Рассмотрены различные варианты схемных реализаций и использования накопительных устройств, проведено обоснование рационального их внедрения в систему городского электрического транспорта. В результате выполненных расчетов показано, что наибольшая эффективность использования энергии электрических торможений достигается при внедрении накопительных устройств на электроподвижном составе, что также повышает динамические и энергетические показатели транспортного средства в целом, и позволяет получить автономность хода до 200 метров.

4. Предложен метод и проведены расчеты по выбору основных параметров накопительного устройства электроподвижного состава. Выполнен анализ, направленный на выявление рациональной величины энергоемкости накопителя с учетом изменения массы транспортного средства и вероятностного диапазона начальных скоростей торможения. Разработана принципиальная электрическая схема силовых цепей троллейбуса с накопительным устройством.

5. Выполнен анализ электромагнитных процессов и получено математическое описание процессов электрического торможения транспортного средства, оборудованного накопительным устройством. Реализация математической модели на ЭВМ позволила проводить расчеты с высокой степенью точности и рассчитывать энергетические процессы электрического торможения.

6. Создана физическая модель электротранспортного средства и проведены экспериментальные исследования процессов, протекающих в накопительных устройствах в режимах электрического торможения. Полученные экспериментальные данные подтверждают результаты выполненных теоретических исследований.

7. Использование накопительных устройств на электроподвижном составе может дать суммарную экономию электроэнергии от 14 до 22% в системе городского электрического транспорта в целом и составить, как показывают расчеты для г. Новосибирска 17 ГВт-ч ежегодно.

Дальнейшие исследования по рассматриваемой проблеме должны быть направлены на более глубокий анализ процессов происходящих при совместной работе аккумуляторной батареи и накопительного устройства, оптимизацию их параметров, а также на совершенствование схемных решений силовых электрических цепей троллейбуса с накопительными устройствами.

1. Ефремов, И.С. Теория и расчет электрооборудования подвижного состава городского транспорта Текст. / И.С. Ефремов, Г.В. Косарев. М. : Высшая школа, 1976. - 473 с.

2. Слепцов М.А. Основы электрического транспорта Текст. / Слепцов М.А., Долаберидзе Т.П., Прокопович A.B., Савина Т.И. [и др.]; учеб. для студ. высш. учеб. заведений /под общ. ред. М.А. Слепцова. М. : Изд. центр «Академия», 2006. - 464 с.

3. Марквардт, К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог Текст.; учеб. для вузов ж.д. трансп. М.: Транспорт, 1982 - 528 с.

4. Розенфельд, В.Е. Электрические железные дороги Текст. / В.Е. Розенфельд, H.H. Сидоров, С.Е. Кузин, И.И. Власов. -М. : ТРАНСЖЕЛДОРИЗДАТ, 1957. 432 с.

5. Щуров, Н.И. Исследование энергетических показателей троллейбусов Текст. / Н.И. Щуров, В.И. Сопов, Ю.А. Прокушев, A.A. Штанг; Совершенствование технических средств электрического транспорта: Сб. научн. тр. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. - с.142 - 153.

6. Феоктистов, В.П. Анализ энергозатрат в перевозочном процессе на железнодорожном транспорте методом энергобаланса Текст.: В сб. обзорной информации Транспорт: наука, техника, управление. М. : ВИНИТИ 1992, №10.-с. 23-26.

7. Современное тормозное оборудование Текст. Железные дороги мира2003, №5-с. 44-48.

8. Зоне, С. Повышение эффективности электрического торможения Текст. Железные дороги мира 2003, №8 - с. 54 - 58.

9. Негиши, X. Аккумулирование энергии на железных дорогах Текст. Железные дороги мира 2003, №6 - с. 55 - 59.

10. Кулл, Р. Измерение расхода энергии на электроподвижном составе Текст. / Р. Кулл, П. Джонсон. Железные дороги мира 2001, №10. - с. 51 - 55.

11. Розенфельд, В.Е. Теория электрический тяги Текст. / В.Е. Розенфельд, И.П. Исаев, H.H. Сидоров М. : Транспорт, 1983. - 328 с.

12. Хализев, Г.П. Расчет пусковых, тормозных и регулировочных устройств для электродвигателей Текст. / Г.П. Хализев, В.И. Серов. М. : Высшая школа, 1966. - 308 с.

13. Байрыева, JI.C. Электрическая тяга. Городской наземный транспорт. Текст. / J1.C. Байрыева, В.В. Шевченко. М. : Транспорт, 1986. - 206 с.

14. Методические указания по планированию, учёту расхода электрической энергии трамвайным и троллейбусным транспортом и рекомендации по экономии электроэнергии. Текст. : Р-29-284702-0365-96.

15. M. : Министерство транспорта РФ. Федеральная автомобильно-дорожная служба, 1997.-47 с.

16. Байрыева, JI.C. Тяговые расчеты подвижного состава Текст. / JI.C. Байрыева, А.В. Прокопович ; под ред. И.К. Никольского. М. : Изд-во МЭИ, 1987.-87 с.

17. Ефремов, И.С. Теория и расчет троллейбусов (электрическое оборудование). Текст.: в 2 ч. 4.1. / И.С. Ефремов, Г.В. Косарев: учеб. пособие для вузов. М. : Высшая школа. 1981. - 293 с.

18. Ефремов, И.С. Теория и расчет троллейбусов (электрическое оборудование). Текст.: в 2 ч. 4.2. / И.С. Ефремов, Г.В. Косарев: учеб. пособие для вузов. -М. : Высшая школа. 1981. 248 с.

19. Нормы и правила проектирования систем электроснабжения трамваев и троллейбусов Текст. М. : МЖКХ РСФСР, ОНТИ АКХ, 1983. - 56 с.

20. Сопов, В.И. Моделирование электротранспортных систем Текст. / В.И. Сопов, Н.И. Щуров. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005. - 189 с.

21. Исаев, И.П. Проблемы и пути совершенствования электрических локомотивов Текст.: В сб. обзорной информации Транспорт: наука, техника, управление. М. : ВИНИТИ 1991, №10. - с. 8 - 15.

22. ГОСТ 11.006 Прикладная статистика. Правила проверки согласия опытного распределения с теоретическим. Текст. М. : Гос ком стандартов сов мин СССР, 74.-29 с.

23. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей Текст.: учеб. для вузов. 7-е изд. стер. - М. : Высшая школа, 2001. - 575 с.

24. Вентцель, Е.С. Прикладные задачи теории вероятностей Текст. -М. : Изд-во Наука, 1983. 416 с.

25. Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика Текст.: учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа. 2004. - 479 с.

26. ГОСТ Р 50779.10 2000 (ИСО 3534.1 - 93) Статистические методы. Вероятность и основы статистики. Термины и определения Текст. - Введ. 2001-07-01. - М. : Госстандарт России, 2000. - 41 с.

27. Пагурова, В.И. Таблицы неполной гамма-функции. Текст. М.: ВЦ АН СССР, 1968.-236 с.

28. Большее, JI.H. Таблицы математической статистики Текст. / Большев JI.H., Смирнов H.B; М. : Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983. - 416 с.

29. Штанг, A.A. Энергобаланс поезда на основе экспериментальных исследований Текст. / В.И. Сопов, A.A. Штанг, Е.А; Спиридонов; Вестник Красноярского государственного технического университета. Красноярск: Изд-во КГТУ, 2005.-Вып. 39 - с. 717 - 722.

30. Исаев, И.П. Процесс образования силы сцепления колес локомотива с рельсами в режиме тяги Текст.: В сб. обзорной информации Транспорт: наука, техника, управление М. : ВИНИТИ 1994, №5. - с. 17-22.

31. Максимов, А.Н. Городской электротранспорт: Троллейбус Текст. / М. : Издательский центр «Академия», 2004. 256 с.

32. Медовщиков, Ю.В. Вариационные методы различных задач движения Текст.: В сб. обзорной информации Транспорт: наука, техника, управление М. : ВИНИТИ 1997, №7. - с. 58 - 60.

33. Монигер, Ф. Инерционные накопители энергии в системах тягового электроснабжения Текст. Железные дороги мира 2000, №12. - с. 41 - 43.

34. Советский энциклопедический словарь Текст.: гл. ред. A.M. Прохоров; 4-е изд. -М.: Сов. энциклопедия, 1986. 1600 с.

35. Физический энциклопедический словарь Текст.: гл. ред. A.M. Прохоров; ред. кол. Д.М. Алексеев, A.M. Бонч-Бруевич, A.C. Боровик-Романов [и др.] М.: Большая российская энциклопедия, 1995 - 928 с.

36. Бесков, Б.А. Проектирование систем электроснабжения электрических железных дорог Текст. / Б.А. Бесков, Б.Е. Геронимус, В.Н. Давыдов [и др.]; М.: Трансжелдориздат, 1963. 472 с.

37. ГОСТ 19350-75 Электрооборудование электрического подвижного состава. Термины и определения. Текст. - Введ. - 1975-01-01. - Гос ком стандартов сов мин СССР 1974. - 17 с.

38. Политехнический словарь Текст.: редкол. А.Ю. Ишлинский, А.Ф. Белов, В.Г.Воскобойников [и др.]; 3-е изд., перераб. и доп. М.: Советская энциклопедия, 1989. - 656 с.

39. Словарь иностранных слов Текст.: редкол. JI.H. Комарова, E.H. Захаренко, Т.А. Пучугна [и др.]; 19-е. изд., стер. М.: Рус. яз., 1990. - 624 с.

40. Астахов, А. Конденсаторы с двойным электрическим слоем Текст. / А. Астахов, С. Карабанов, Ю.М. Кухмистров. Радио, 1997, №4-с.57- 58.

41. Веселовский, О.Н. Очерки по истории электротехники Текст. / О.Н. Веселовский, Я.А. Шнейберг; М.: Изд-во МЭИ, 1993- 252с.

42. Алексеев, Ю.Г. Люди и автомобили Текст. -М.: Патриот, 1989. -145 с.

43. Здрок, А.Г. Выпрямительные устройства стабилизации напряжения и заряда аккумуляторов Текст. М. : Энергоатомиздат, 1988. - 144 с.

44. Щетина, В.А. Электромобиль: Техника и экономика Текст. / В.А. Щетина, Ю.Я Морговский, Б.И. Центер. Л. : Машиностроение. Ленигр. отд-ние, 1987.-253 с.

45. Абсалямов, A.A. Башкирскому троллейбусному заводу 20 лет! Этапы становления Текст. Вестник ГЭТ России 2000, №1(34) - с. 2 - 4.

46. Пат. №2110419 Российская Федерация, МПК6 В 60 L 11/12. Транспортное средство с автономным ходом Текст. / Гасюта В.А., Финтушал М.И., Локтев С.И., Эдельман Э.Д. -№ 97106840/28; заяв. 24.04.97; опубл. 10.05.98, Бюл. №13. 3 с.: ил.

47. Источники энергии. Факты, проблемы, решения Текст.: глав. ред. B.C. Лаврус. Научный издательский центр Наука и Техника 1997, вып. №3. - 107с.

48. Долдин, В. М. Применение накопителей энергии в системах электропитания Текст. / В.М. Долдин, E.H. Алексеев, Л.В. Выходцев -Локомотив 1999, №12. с. 40-41.

49. Ассманн, Б. Бортовое электроснабжение и аккумуляторные батареи электровозов Текст. Железные дороги мира 2003, №8. - с. 42 - 48.

50. А. с. 682708 СССР, F16H 33/00, В 60К 17/00, A 16D 61/00. Рекуператор кинетической энергии транспортного средства Текст. / В.Г. Мельянцев, Б.А. Тимохин, А.Г. Мельянцев [и др.]: опубл. 30.08.79. Бюл. №32 . 4 с. : ил.

51. Астахов, Ю.Н. Накопители энергии в электрических системах Текст. / Ю.Н. Астахов, В.А. Веников, А.Г. Тер-Газарян; учеб. пособие для электроэнергет. спец. Вузов. М. : Высшая школа, 1989. - 159 с.

52. Гулиа, Н.В. Накопители энергии Текст. М.: Наука, 1980. - 151 с.

53. Пат. №2119708 Российская Федерация, МПК6 Н 02 J 3/30. Выравниватель нагрузки Текст. / Власов В.И., Власов A.B. № 9710293/09; заяв. 25.02.97; опубл. 27.09.98, Бюл. №27. -7с.: ил.

54. Ледовский, А.Н. Проблемы создания кинетических аккумуляторов электрической энергии Текст. / А.Н. Ледовский, И.И. Литвинов, М.Э. Новиков. Электричество 1978, №3. - с. 41 - 45.

55. Гулиа, Н.В. Инерция Текст.: М. : Изд-во Наука, 1982. - 152 с.

56. Гулиа, Н.В. Новая концепция электромобиля. Текст. / Н.В. Гулиа, С.А. Юрков Автомобильная промышленность 2000, №2. - с. 14-16.

57. Иванов, A.M. Комбинированные энергоустановки с ИЭК основа эффективного использования топливно-энергетического ресурсов XXI века Текст. / A.M. Иванов, С.А. Иванов. - Электротехника 2003, №12. - с. 2 - 6.

58. Венедиктов, А.З. Инерционный накопитель энергии для тяговой сети Текст. / А.З. Венедиктов, В.Н. Демкин, Д.С. Доков -Железные дороги мира 2004, №2. с. 40 - 44.

59. Пат. №2118876 Российская Федерация, МПК6 Н 02 J 15/00. Кинетический аккумулятор Текст. / Власов В.И. № 96124312/09; заяв. 24.12.96; опубл. 10.09.98, Бюл. №25. -5с.: ил.

60. Исаев, B.C. Характер разрушения поверхности трения меди в электрическом скользящем контакте Текст. /B.C. Исаев, В.П. Ковтун. -Электротехника 1976, №8 с. 57 - 60.

61. Бут, Д.А. Накопители энергии Текст. / Д.А. Бут, Б.Л. Алиевский, С.Р. Мизюрин, П.В. Васюкевич; под ред. Д.А. Бута М. : Энероатомиздат, 1991.-398 с.

62. Пат. 2004043 Российская Федерация, Н 02 J 3/28. Способ отвода энергии сверхпроводящего накопителя энергии Текст. / Кусков А.И., Кускова Я.А.; опубл. 30.11.93, Бил. №43 -4с.: ил.

63. Пат. 1021286 СССР, МПК6 Н01 F6/06, Н 01 F27/00, Н 02 К 3/34. Многорядная компаундированная формованная катушка Текст. / Барбашев Э.В., Коварский М.Е., Трусов Н.Б., Калашников Р.В. № 3307727/07; заявл. 26.06.81 ; опубл. 27.05.96, Бюл. №15 - 4 с. : ил.

64. Пат. 2123215 Российская Федерация, Н 01 F 6/00, 36/00, Н 02 J 15/00. Магнитная катушка Богданова Текст. / Богданов И.Г. опубл. 10.12.98, Бюл. №34 - 5с. : ил.

65. А. с. 690588 СССР, МКИ3 Н 02 J 3/36, Н 02 J 15/00 Энергосистема Текст. / Игнатов В.Е., Мисюлин A.B.- № 2418900/24-07 ; заявл. 05.11.76 ; опубл. 05.10.79, Бюл. №37 3 с.: ил.0 79. Кучинский, Г.С. Силовые электрические конденсаторы Текст. / Г.С.

66. Кучинский, Н.И. Назаров, Г.Т. Назарова, И. Ф. Переселенцев. М. : Энергия, 1975.-248 с.

67. Берзан, В.П. Электрические конденсаторы и конденсаторные установки: Справочник Текст. / В.П. Берзан, Б.Ю. Геликман, М.Н. Гураевский [и др.]; по дред. Г.С. Кучинского. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 656 с.

68. Фридман, Б.Э. Мультимегаджоульные и мультимегаамперные емкостные накопители энергии Текст. / Б. Э. Фридман, Ф.Г. Рутберг. -Известия академии наук Энергетика 1998, №2. с. 46 - 70.

69. Костенко, Э.М. К расчету потерь энергии в накопительных конденсаторах Тест. Электричество 1969, №11. - с. 79 - 82.

70. Пат. 2048309 Российская Федерация, МПК6 В 60 L 11/12.

71. Электромобиль Текст. / Маслянцев И.Ф. № 92003190/11; заяв. 02.11.92;опубл. 20.11.95, Бюл. № 32. 6 с. : ил.

72. Пат. 2113366 Российская Федерация, В 60 L 11/12. Транспортное средство на электрической тяге Текст. / Пименов Б.И., Пивикова И.Б. -№97104994/28; заявл. 07.04.97; опубл. 20.06.98, Бюл. № 17 8с. : ил.

73. Пат. 2139202 Российская Федерация, В 60 L 11/00. Электромобиль Текст. / Пименов Б.И., Пивикова И.Б. №98107961/28; заявл. 05.05.98; опубл. 10.10.99, Бюл. № 28 - 6с.: ил.

74. Супертонкий суперконденсатор Текст. / Электроника: Наука, Технология, Бизнес 2003, №1 с. 75.

75. A.c. 1044489 СССР, В 60 L 11/12. Машина для межцехового транспортирования горячих слитков Текст. / Ю.Д. Тарасов №3296461/2407; заявл. 18.05.81 опубл. 30.09.83 , Бюл. № 36. -2с.: ил.

76. Пат. 1426870 СССР, В 60L 11/12 Транспортное средство преимущественно для транспортирования горячих слитков металла Текст. /

77. Е.Е. Новиков, В.Д. Фирсов, С. Н. Кущенко и др.. №3893989/27-11 ; заяв. 05.11.76 ; опубл. 30.09.88, Бюл. №36. - Зс.: ил.

78. Автомобильная промышленность США Текст. / 1993 №3, с. 3.

79. A.c. 1364508 Российская Федерация, В 60 L 11/16. Электропривод автономного транспортного средства Текст. / Донин Я.Б., Болтянский B.C., Андрианова Т.Я.; № 3857839/27-11; заявл. 19.02.85; опубл. 07.01.88 Бюл. №1. - 2 с.: ил.

80. A.c. 2074475 Российская Федерация, 6Н 02 J 15/00. Емкосно-кинетический накопитель энергии Текст. / Поляшов Л.И., Иванов A.M., Герасимов А.Ф. опубл. 27.02.97, Бюл. № 6 7 с. : ил.

81. А. с. 1728928 СССР, Н 02 J 15/00. Устройство для накопления электрической энергии Текст. / Г.М. Легошин. №4643553/07; заявл. 30.01.89; опубл. 23.04.92, Бюл. № 15 - 6 с.: ил.

82. Челяев, В.Ф. Никель водородные аккумуляторы Текст. - Энергия: экономика, техника, экология 2005, №4 - с. 30 - 34.

83. Пат. 2121728 Российская Федерация, МПК6 6 Н 01 G 9/00, 9/04. Электрохимический накопитель энергии Текст. / Мирзоев P.A., Стыров М.И., Кузнецов В.П. [и др.]. № 97111228/09 ; заявл. 27.06.97 ; опубл. 10.11.98, Бюл. №31-13 с. : ил.

84. Антипенко, B.C. Автономные накопители энергии Текст. / B.C. Антипенко, Я.А. Илюшин. Радио 1994, № 9 - с. 2 - 3.

85. Крутиков, А. Ультракондесаторы бросают вызов батареям Текст.:-Силовая Электроника 2005, №3. с. 60 - 62.

86. Пат. 2063085 Российская Федерация, МПК6 Н01 69/00. Конденсатор с двойным электрическим слоем Текст. / Беляков А.И., Брынцев A.M.,заявитель ЗАО Элит. № 93002647/28 ; заявл. 11.01.93 ; опубл. 27.06.96 , Бюл. №18-4 с. : ил.

87. Пат. 2094880 Российская Федерация, МПК6 Н01 69/00. Конденсатор с высокой удельной энергией Текст. / Попов А.В., Артемьев А.А., Гительсон А.В. [и др.]. № 94032169/07 ; заявл. 25.08.94 ; опубл. 27.10.97, Бюл. №30 - 6 с.: ил.

88. Химические источники тока: Справочник Текст.: под общей ред. Н.В. Коровина, A.M. Скундина. М.: Изд-во МЭИ, 2003. - 740 с.

89. Ротинян, A.JI. Теоретическая электрохимия Текст. / A.JI. Ротинян, К.ИТихонов, И.А. Шошина; под. ред. A.JI. Ротиняна. JI.: Химия, 1981. - 424 с.

90. Dietrich, Т «Kondensator-Power» fur innovative Applikftionen Текст. / Elektronik 1999, №9. -с. 12- 74.

91. Менухов, В. Сверхемкие электрохимические конденсаторы. Что это такое? Текст. Электронные компоненты 2000, №5 - с. 59 - 62.

92. Kim, B.Y. Ultracapacitor Technology Powers Electronic Circuitc Текст. / Powers Electron Technology 2003, №9 c. 34 - 39

93. Шурыгина, В. Суперконденсаторы помощники или возможные конкуренты батарейным источникам питания Текст. Электроника: Наука, Технология, Бизнес 2003, №3. - с. 20 - 24.

94. Лабунский, А. Городской автобус будет экономичнее, а воздух -чище Текст. Техника молодежи, 2000, №7 - с. 34 - 35.

95. Воробьев, А. Запас хода «Мультирайдера» Текст. За рулем 2001, №08.-с. 70.

96. Международная выставка железнодорожной техники InnoTrans 2004. Накопитель энергии типа MITRAC Текст. Железные дороги мира 2004, №10-с. 11.

97. Миледин, В.К. Разработка технических требований на троллейбус с автономным ходом Текст. / В.К. Миледин, А.И. Коморов. Вестник ТЭТ России 2004, №6 (63). - с. 2 - 19.

98. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Текст. Введ. 1999-01-01. -М. : Изд-во стандартов, 1998. - 31 с. : ил.

99. ГОСТ 6962-75 Транспорт электрифицированный с питанием от контактной сети. Ряд напряжений. Текст. Введ 1996-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1996. - 4 с. ил.

100. Марквардт, Г.Г. Определение избыточной энергии рекуперации Текст.: Исследование работы узлов и механической частиэлектроподвижного состав; труды МИИТа. Трансжелдориздат, 1957, Вып. №96.-с. 129-167.

101. Шлоссер, В. Современные тормозные системы Текст. / В. Шлоссер, С. Ойрих. Железные дороги мира 1997, №4. - с. 40 - 44.

102. Сопов, В.И. Моделирование движения поездов на линиях трамвая и троллейбуса Текст. / В.И. Сопов , О.В. Курамшина; Совершенствование технических средств электрического транспорта: Сб. научн. тр. НГТУ -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. Вып. 2 - с. 103-111.

103. Сопов, В.И. Оценка режимов рекуперации энергии торможения поездов Текст. / В.И. Сопов, Е.Е, Гусева; Совершенствование технических средств электрического транспорта: Сб. научн. тр. НГТУ Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. - Вып. 2 - с. 171 - 177.

104. Рекомендации по составлению карт вождения трамвайных вагонов и троллейбусов Текст.- М.: ОНТИ АКХ, 1980. 36 с.

105. Сопов, В.И. Принципы автоматизации контроля режимов в системах электроснабжения электрического транспортаТекст. / Совершенствование технических средств электрического транспорта. -Новосибирск: НГТУ, 1999.- с. 87 96.

106. Рекомендации по нормированию скоростей сообщения трамвайных вагонов и троллейбусов Текст. М.: ОНТИ АКХ, 1981. - 26 с.

107. Прокушев, Ю.А. Моделирование токов фидеров с учетом случайного характера движения поездов Текст. Сб. научн. тр. НГТУ -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. Вып. 1 - с. 109 -115.

108. Вентцель, Е.С. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения Текст. М. : Наука, 1969. - 567 с.

109. Мудров, А.Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль. Текст.: Томск: МП "РАСКО", 1991.-272 с.

110. Прокушев, Ю.А. Совершенствование методов энергетических расчетов электротранспортного комплекса Текст.: дис. . канд. техн. наук: 05.09.03 : защищена 30.12.04 /Прокушев Юрий Анатольевич. Новосибирск: НГТУ, 2004. - 197 с.

111. Храмченко, В.А. Исследование тока утечки как интегрального параметра электробезопасности троллейбуса Текст.: дис. . канд. техн. наук: 05.09.03 защищена 18.04.02 / Храмнченко Валерий Анатольевич. -Новосибирск: НГТУ, 2002. 195 с.

112. Загайнов, H.A. Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса Текст. / H.A. Загайнов, Б.С. Финкелыптейн, J1.J1. Кривов; под ред. H.A. Загайнова.; изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Транспорт, 1988. - 327 с.

113. Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса: Справочник Текст.: под ред. И.С. Ефремова. М.: Транспорт, 1984. - 311 с.

114. Сопов, В.И. Электроснабжение и тяговые сети городского электрического транспорта Текст. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1981. - 56 с.

115. Рьппковский, И.Я. Электрические станции и тяговые подстанции Текст. / И.Я. Рьппковский, С.Н. Засорин; учеб. пособ. для вузов железнодорожного транспорта. М. : Трансжелдориздат, 1959. - 343 с.

116. Сопов, В.И. Электроснабжение электрического транспорта Текст. /

117. B.И. Сопов, Ю.А. Прокушев. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. - 132 с.

118. Засорин, С.Н. Ионные и электронные преобразователи Текст. /

119. C.Н. Засорин, H.A. Карш, К.Г. Кучма, М.А. Чернышев; учеб. пособ. для вузов железнодорожного транспорта. М. : Трансжелдориздат, 1961. - 308 с.

120. Марквардт, К.Г. Работа системы электроснабжения при рекуперации энергии Текст. Техника железных дорог 1955, №4. - с. 19-20.

121. Ито, Ж. Система тягового электроснабжения постоянного тока для участков обращения электропоездов с рекуперативным торможением Текст. / Ж.Ито, Т. Ито. Железные дороги мира 1997, №4. - с.43 - 47.

122. Балычева, Н.А Энергосбережение на железнодорожном и автомобильном транспорте Текст.: В сб. обзорной информации Транспорт: наука, техника, управление. М. : ВИНИТИ 1991, №11- с. 36 - 41.

123. Сопов, В.И. Электроснабжение городского электрического транспорта Текст.: Новосибирск: Изд-во НЭТИ (НГТУ), 1982. - 88 с.

124. Пупынин, В.Н. Условия эффективного использования емкостного накопителя энергии в системах тягового электроснабжения железных дорого Текст. / В.Н. Пупынин, B.J1. Никитин. Электричество №1, 1993. - с. 52 - 58.

125. Штанг, A.A. Реактивная мощность при регулировании мощности тяговой подстанции Текст. / В.И. Сопов, Н.И. Щуров, A.A. Штанг, Ю.А. Прокушев; Электротехника. 2003, №9. - с. 53 - 57.

126. Литовчинко, В.В. Особенности работы тягового привода электропоезда ЭД6 Текст. / В.В. Литовчинко В.А. Шаров, О.Б. Баранцев [и д.р.] Локомотив, 2002, №6 - с. 26 - 28.

127. Литовчинко, B.B. Особенности работы тягового привода электропоезда ЭД6 Текст. / В.В. Литовчинко В.А. Шаров, О.Б. Баранцев [и д.р.] Локомотив, 2002, №7 - с. 17 - 19.

128. Козлов, A. SKiiP интеллектуальные силовые модули IGBT фирмы Semikron Текст.: - Компоненты и технологии 2003, №1 - с. 84 - 90.

129. Купцов, Ю.Е. Увеличение срока службы контактного провода Текст. М. : Транспорт, 1972 - 160 с.

130. Беляев, И.А. Токосъем и токоприемники электроподвижного состава Текст. / И.А. Беляев, В.П. Мехеев, В.А. Шиян. -М. : Транспорт, 1976. 184 с.

131. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей и её инженерные приложения Текст. / Е.С. Вентцель, Л.А. Овчаров; учеб. пособ. для вузов. 2-е изд.,стер. -М. : Высш. шк., 2000.- 480 с.

132. Ефремов, И.С. Технические средства городского электрического транспорта Текст. / И.С. Ефремов, В.М. Кобозев, В.В. Шевченко; учеб. пособие для студ. вузов спец «Гор. электрич. транспорт». -М. : Высш. шк., 1985. 448 с.

133. Глушенков, В.А. Тяговый привод троллейбуса с конденсаторным накопителем Текст.: 4.2 / В.А. Глушенков, М.А. Слепцов, А.В, Сафонов,

134. A.A. Каледин Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение, МКЭЭЭ - 2003: Тр. V междунар. конф., Крым, Алушта, 2003. - М. : Изд-во МЭИ (ТУ), 2003. - с. 159 - 162.

135. Корякина, Е.Е Электрооборудование трамваев и троллейбусов Текст. / Е.Е. Корякина, Коськин O.A. М. : Транспорт, 1982. - 296 с.

136. Розенфельд, В.Е. Тиристорное управление электрическим подвижным составом постоянного тока Текст. / Розенфельд В.Е., Шевченко

137. B.В., Майбога В.А., Доламберидзе Г.П. М. : Транспорт, 1970. - 240 с.

138. Бирзниекс, JI.B. Импульсные преобразователи постоянного тока Текст. М. : Энергия, 1974. - 255 с.

139. Нейман, JI.P. Теоретические основы электротехники Текст.: Т.2 / JI.P. Нейман, К.С. Демирчан; учеб. пособ. для вузов; 3-е изд., перераб. и доп.- Л. : Энергоиздат. Ленинград, отд-ние, 1981. 536 с.

140. A.c. 552220 СССР, Тяговый электропривод Текст. / В. П. Феоктистов, А. И. Гольдштейн, В. П. Фадейкин [и др.] №2075347/11; заявл. 14.11.74; опубл. 21.04.77, Бюл. № 12.-4 с. : ил.

141. Пат. 2043697 Российская Федерация, МПК6 Н03K3/53. Устройство для заряда емкостного накопителя электрической энергии Текст. / Шкондин В.В., Молчанов К.В. № 4847055/11; заяв. 1990.06.01; опубл. 10.05.98, Бюл. №24/2000.-3 е.: ил.

142. Ефремов, И.С. Теория и расчет тягового привода электромобилей Текст. / И.С. Ефремов, А.П. Пролыгин, Ю.М. Андреев; учеб. пос. для вузов по спец. «Городской электрический транспорт» . -М. : Высшая школа, 1984. 383 с.

143. Огаса, М. Трамвай с питанием от аккумуляторной батареи Текст.- Железные дороги мира 2005, №5. с. 46 - 50.

144. Воднев, А.Ф. Основные математические формулы: Справочник Текст. / В.Т. Воднев, А.Ф. Наумович; под ред. Ю. С. Богданова. 3-е изд., перераб. и доп. - Минск: Выш. шк., 1995. - 380 с.

145. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники Текст. учеб. для студентов энергетических и электротехнических вузов. изд. 6-е изд., перераб. и доп. - М. : Высшая школа, 1973. - 752 с.