Energiatároló alkalmazás kettős egyenáramú elektromos vasútba

Teljes szöveg

Ez az energiatároló alkalmazás tároló másolata kettős egyenáramú elektromos vasútra.

White Rose Research online URL ehhez a cikkhez:

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

Verzió: Közzétett változat

Folyóirat:

Alnuman, H. H. és Gladwin, D. T. (2018) Energiatárolási alkalmazás kettős DC-be

elektromos vasút. In: Energy Procedia. 3. éves konferencia az energiatárolásról és annak

Alkalmazások, 2018. szeptember 11–12., Sheffield, Egyesült Királyság. Elsevier, 12–16.

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

A cikk elérhető a CC-BY-NC-ND licenc feltételei szerint

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

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

Ezt a cikket a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs (CC BY-NC-ND) licenc feltételei szerint terjesztjük. Ez a licenc csak akkor engedélyezi a mű letöltését és megosztását másokkal, ha jóváírja a szerzőket, de a cikket semmilyen módon nem változtathatja meg, és nem használhatja kereskedelmi célokra. Több

információk és a licenc teljes feltételei itt találhatók: https://creativecommons.org/licenses/

Ha úgy véli, hogy a White Rose Research Online tartalma megsérti az Egyesült Királyság törvényeit, kérjük, értesítsen minket a következő időpontig:

ScienceDirect

Elérhető online a www.sciencedirect.com címen

Energy Procedia 151 (2018) 12–16

Kiválasztás és szakértői értékelés az energiatárolással és alkalmazásával foglalkozó 3. éves konferencia, a 3. CDT-ESA-AC felelősségi körében. 10.1016/j.egypro.2018.09.020

Kiválasztás és szakértői értékelés az energiatárolással és alkalmazásával foglalkozó 3. éves konferencia felelősségével, 3. CDT-ESA-AC.

ScienceDirect

Kulcsszavak: Fékellenállások; elektromos vasutak; energiatároló rendszer; regeneráló erő; távvezeték veszteségek;

1. Bemutatkozás

Az egyenáramú elektromos vasutak áramcseréje hatékony módszer az energiahatékonyság javítására. A fékvonat regeneráló ereje más energiaigényű vonatokra jut. Azonban az áramellátás eltérése vagy a vonatok közötti nagy távolság csökkenti a távvezeték energiafelhasználását azáltal, hogy a regeneratív energiát hőként pazarolja. Fékezés

az ellenállások egy bizonyos feszültségküszöbön aktiválódnak a regeneratív teljesítmény eloszlatása érdekében. A legtöbb egyenáramú villamos vasútnál ez a regeneratív teljesítmény nem vezethető vissza a hálózatba az egyirányú alállomások miatt [1].

Az elektromos vasutak, reverzibilis alállomások, fedélzeti vagy álló energiatárolók energiahatékonyságának optimalizálása

rendszerek (ESS) alkalmazhatók a fékvonatok regeneratív energiájának újrafelhasználására. Az egyenáramú fékerő AC váltóáramú elosztó hálózatba történő átirányításának magas költsége miatt csábítóbbá válik a regeneratív

energia az ESS-ekben. Sőt, az áramátalakítók használatával kapcsolatos komoly aggályok befolyásolják a nemzeti hálózat energiaminőségét

harmonikusok és reaktív erő injektálásával. Másrészt az ESS-ek egyszerűen megvalósíthatók, és nincsenek hatással az elektromos hálózatra [2], [3].

ScienceDirect

3. éves konferencia az energiatárolásról és alkalmazásairól, 3. CDT-ESA-AC,

2018. szeptember 12., Sheffield, Egyesült Királyság

Energiatárolási alkalmazás kettős egyenáramú elektromos vasútra

Hammad Alnuman, Daniel T. Gladwin

Sheffieldi Egyetem, Sheffield S1 4DE, Egyesült Királyság

Hammad Alnuman és mtsai./Energy Procedia 151 (2018) 12–16 13.

ScienceDirect

Az ESS-ek elektromos vasutakba történő telepítésének helyzete jelentős, mert befolyásolhatja azok használatának előnyeit. Az ESS-eket elektromos vonatok fedélzetére vagy álló helyzetben lehet felszerelni a vágányok mellett. A fedélzeti ESS képes tárolni egy bizonyos vonat összes regeneratív energiáját, ha az ESS mérete elég nagy. A fedélzeti ESS-berendezések nagyon kevés regeneratív energiaveszteséget eredményeznek a vasúti hálózat villanyvezetékében. Az ESS-ek azonban

a vonatok hozzáadott súlya csökkenti az energiamegtakarítást. Az álló ESS-ket viszont a távvezeték energiaveszteségei korlátozzák. Amikor a vonatok messze fékeznek az ESS helyétől, a regeneratív teljesítményveszteség a távvezetéken

súlyosbodik. A [4] és [5] megállapítások szerint az álló ESS-ek nagyobb energiaveszteséget okoznak a távvezetékekben, mint a fedélzeti ESS-ek. Azt is megállapítják, hogy az ESS-ek csökkenthetik a vonal energiafelhasználását azáltal, hogy tárolják a futó vonatoknak átadandó fékerőt.

Ez a cikk egy kettős egyenáramú elektromos vasút energiamegtakarítását vizsgálja, miután egy álló ESS-t alkalmaztak. Feltételezték, hogy az ESS ideális a hatalom megragadásában és felszabadításában, és nincs méretbeli korlátja. A tanulmány konkrét célja annak vizsgálata volt, hogy az elektromos vasutak veszteségeinek növelésével az ESS-ek negatív hozzájárulása elkerülhető-e az optimális elhelyezéssel.

2. Esettanulmány

Mivel a javasolt vasúti rendszer leválasztásra került, úgy döntöttek, hogy csak két alállomás között elemzik a rendszert. A szétkapcsolást a szakaszok elektromos leválasztására használják. Ez a szétválasztás kiegyenlíti az országos hálózat terhelését és elkerüli az elektromos hibák vagy karbantartás miatti leállásokat. A kettős vasúti pályát az 1. ábra szemlélteti, és paramétereit az 1. táblázat mutatja. A vonatok a harmadik síntől kapják az energiát, és a teljesítmény a negyedik sínen keresztül tér vissza az alállomásokhoz. Az ábécék az 1 km-rel elmozduló utasállomásokat jelölik. A vonatok két különböző irányban haladnak, és diagramjaikat a 2. ábra mutatja. A modellezési megközelítést és a vonatok jellemzőit a [6] részletesen tárgyalja.

2. ábra A kettős vasúti rendszer vonatdiagramjai.

1. táblázat: Az elektromos vasúti rendszer paraméterei.

Szimbólum Mennyiségérték

alállomás egyenfeszültsége 600 V alállomás belső ellenállása 20 mΩ sín elektromos ellenállása

3. Optimális elhelyezés

A 4. és 5. ábra a távvezeték feszültségszabályozásra való érzékenységét szemlélteti az energiaveszteség szempontjából. A töltés

és a kisütési feszültségeket apró lépésekben változtatták, hogy tanulmányozzák a feszültségváltozás hatását a távvezetékre

energiaveszteség. A 4. ábrán az ESS-t az A interstationre helyezték, mielőtt a töltési és kisütési feszültségeket kis lépésekben változtatták volna. Arra a következtetésre jutottak, hogy a kisülési feszültség küszöbének változtatása nem volt hatással a vezeték veszteségeire. Ennek az az oka, hogy az ESS az alállomás azonos helyén szabadította fel az áramot. Másrészt alacsonyabb feszültség mellett történő töltés növelte a vezeték veszteségeit. Alacsonyabb feszültség mellett történő töltés csökkentette a vezeték fogékonyságát azáltal, hogy csökkentette a feszültséget

Hammad Alnuman és mtsai./Energy Procedia 151 (2018) 12–16 15

20 mΩ 15 mΩ/km

extra igény, amelyhez erőre volt szükség ahhoz, hogy nagyobb távolságot utazzon, mint az ESS alkalmazása előtt. A magasabb feszültségű töltésnek nem volt szignifikáns hatása a vezetékveszteség növelésére, mert az ESS nem vett részt nagy mértékben az energiaimportban. Összefoglalva, az alállomások a legkevésbé optimális helyen vannak az ESS számára, mivel az áram hosszabb ideig közlekedik

távolság miatt, mivel az ESS negatívan járult hozzá a vasút villamosenergia-felhasználásának csökkentéséhez.

Az 5. ábra mutatja a feszültségváltozás hatását a vezeték energiaveszteségének csökkentésére, amikor az ESS a két alállomás között volt. Az ábra azt szemlélteti, hogy a középen lévő energia exportja csökkentette a vezeték energiaveszteségét

szignifikánsan. Ez a csökkenés azért van, mert a két alállomás legtávolabbi pontján történő kisütés miatt kisebb távolságra haladt az energia. Például, ha egy vonat gyorsul a két alállomás közepén, akkor az ESS-től fogyasztja az energiát, amely nagyon közel van hozzá, ahelyett, hogy a távoli alállomásoktól fogyasztaná az energiát.

azt. A kisütési feszültség küszöbének csökkentése csökkentette az ESS hatását a távvezeték energiaveszteségének csökkentésére, mert az ESS kevésbé vett részt a vonatok energiaigényének támogatásában. A 4. ábrához hasonlóan alacsonyabban tölt

a feszültségek megnövelték a távvezeték veszteségeit a vezeték energiafelhasználásának csökkentése miatt. Azonban töltés

nagyobb feszültség mellett csökkentette a veszteségeket, mert az ESS lehetővé tette a vonatok számára az áramcserét, mielőtt az utóbbi időben belevágott volna a.

3. ábra (a) Energiatakarékosság az ESS különböző helyekre történő elhelyezése után; b) Teljes veszteségek a rendszerben az ESS különböző helyekre történő elhelyezése után.

16. Hammad Alnuman és mtsai./Energy Procedia 151 (2018) 12–16

5. ábra: A távvezeték veszteségei nőnek, amikor ESS-t helyeznek a C interstationre.

4. Következtetés

A munka egy négy km-es kettős vasúton közlekedő nyolc vonat esettanulmányát mutatta be. Az adagoló hálózati feszültség fékezés közben eléri a magas értékeket. A hálózat túlfeszültség elleni védelme érdekében a felesleges energia elégetéséhez a vonatokkal párhuzamosan fékellenállások vannak csatlakoztatva. Ezért ideális ESS-t alkalmaztak a felesleges energia kiaknázására ahelyett, hogy a fedélzeti fékellenállásokban égették volna. Az ESS optimális elhelyezését és a feszültségérzékenység-elemzést részletesen tárgyaltuk. Arra a következtetésre jutottak, hogy az ESS telepítése az alállomások telephelyeihez hozzájárul

negatívan, főleg alacsonyabb feszültségű áramellátás esetén. Ez a negatív hatás a vasút csökkentése miatt következik be

vonal fogékonyságát. Másrészről az ESS telepítése két alállomás közötti legtávolabbi pontra jelentősen növeli az elektromos vasutak energiahatékonyságát az energiaveszteség magas csökkenése miatt.

[1] B. Wang, Z. Yang, F. Lin és W. Zhao: „Továbbfejlesztett genetikai algoritmus az optimális helyhez kötött energiatároló rendszer elhelyezéséhez és méretezéséhez”

Energiák, vol. 7. szám 10, 6434–6458, 2014. o.

[2] Á. J. López-López, R. R. Pecharromán, A. Fernández-Cardador és A. P. Cucala: „Az optimalizálás során használandó forgalmi modell javítása

a tömegközlekedési rendszer elektromos infrastruktúrájáról, Energies, vol. 10. szám 2017. 8.

[3] H. Ibaiondo és A. Romo, „Kinetikus energia-visszanyerés a vasúti rendszereken visszacsatolással a hálózatra”, Proc. EPE-PEMC 2010 - 14. Int. Power Electron. Motion Control Conf., 94–97., 2010.

[4] G. Vitaly, „Az energiatárolás, amely túl jó lehet ahhoz, hogy igaz legyen”, EEE jármű. Technol. Mag., Nem. 8.4, 2013. 70–80.

[5] P. Arboleya, P. Bidaguren és U. Armendariz: „Energia van a fedélzeten: energiatárolás és egyéb alternatívák a modern kisvasutakban”, IEEE

Elektromos. Mag., Vol. 4. sz. 3, 2016. 30–41.

[6] H. Alnuman, D. T. Gladwin és M. P. Foster: „Egy DC 4. sínpályán közlekedő többvonatú villamos modell kidolgozása”.