Reduced operating costs by train traffic optimization

УДК 621.331 Н. О. ЛОГВІНОВА, Д. О. БОСИЙ, О. М. ПОЛЯХ (ДІІТ) ЗМЕНШЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ВИТРАТ ЗА ДОПОМОГОЮ ЕНЕРГООПТИМАЛЬНОГО РУХУ ПОЇЗДІВ В статті виконані дослідження для зменшення вартості електроенергії на тягу поїздів в умовах оптового ринку електроенергії. Проведені розрахунки показують, що відомі раніше критерії оцінки ефективності електроспоживання в ринкових умовах недоречні. Ключові слова: електроенергія, витрати, оптимізація, оптовий ринок, багатотарифна система, рух поїздів Вступ Розвиток і удосконалення методів управління рухом поїздів пов’язані з необхідністю використання критеріїв мінімуму вартості електроенергії, спожитої на тягу поїздів, а в більшості випадків на залізницях застосовують критерій мінімуму спожитої електроенергії. При змінних тарифах на електроенергію задача розрахунку вартості електроенергії суттєво ускладнюється. Одночасно з цим виникають додаткові проблеми щодо зміни планування і організації процесу перевезень. Вибір оптимальних режимів ведення поїздів являється однією з основних задач залізничного транспорту. Задача оптимального ведення поїздів, в першу чергу, визначається повнотою обліку сукупності факторів, які характеризують дільницю, моделлю руху поїзду, різноманітними факторами і умовами процесу руху поїздів. Багато вчених займалось проблемами оптимізації транспортного потоку, основними серед них є Доманский В.Т., Землянов В.Б., Скалозуб В.В., Левин Д.Ю., Мирошниченко Р. И. Нажаль, на сьогоднішній день проблема з оптимізацією потоків поїздів з урахуванням енергетичних показників до кінця не вирішена. На основі даних про залізничну ділянку (поїзд, локомотив, час руху, обмеження швидкості, багатотарифну оплату за спожиту електроенергію та ін.) розраховується оптимальний за вартістю режим ведення поїзда у виді карти дільничних швидкостей або перегінних часів ходу. Характеристики задачі вибору оптимальних режимів ведення поїздів В цих задачах необхідно враховувати такі параметри, як координати місцезнахожденння і часу; управління (номер позиції контролера); швидкість центру маси поїзда; маси локомотива і поїзда; коефіцієнт інерції мас, які обертаються; прискорення сили тяжіння; сила тяги локомотива; опір поступального руху поїзда; діюча на поїзд гальмівна сила; температура перегріву тягових електродвигунів; теплові хара- ктеристики і струм тягового електродвигуна, сумарна сила натискання гальмівних колодок; напруга контактної мережі; сукупність випадкових факторів задачі. Крім того, необхідно враховувати наступні характеристики – активний струм електровозу, еквівалентний опір тягової мережі, тарифи на оплату електроенергії по періодам доби. Аналіз роботи залізниці «О» при умові вступу в оптовий ринок електроенергії При розрахунках оптимальних режимів руху поїздів виділяються три часові зони. Відмінність значень ціни електроенергії для різних зон наведено в табл.1. та споживачів табл. 2. Таблиця 1 Коефіцієнт зонного обліку Тарифна зона Пік Напівпік Ніч Січень, лютий, листопад, грудень з 8-00 до 10-00; з 17-00 до 21-00. з 6-00 до 8-00; з 10-00 до 17-00; з 21-00 до 23-00. з 23-00 до 6-00. Березень, квітень, вересень, жовтень з 8-00 до 10-00; з 18-00 до 22-00. з 6-00 до 8-00; з 10-00 до 18-00; з 22-00 до 23-00. з 23-00 до 6-00. Травень, червень, Коефіцієнт липень, серпень з 8-00 до 11-00; 1,68 з 20-00 до 23-00. з 7-00 до 8-00; з 11-00 1,02 до 20-00; з 23-00 до 24-00. з 24-00 0,35 до 7-00. Функція ціни на оптовому ринку електроенергії прогнозується оператором ринку, в залежності від показників маневрової потужності генерації і собівартості. Моделювання режимів ведення поїздів Розрахунки споживання електроенергії на тягу поїздів на дільниці «З-П-К-О-С», виконані для вантажних поїздів в квітні місяці, показали відмінності в показниках вартості ефективності. Представлені графіки фактичного споживання електроенергії при веденні вантажних та пасажирських поїздів на дільниці. Варто зазначити важливу особливість організації процесів пере © Н. О. Логвінова, Д.О. Босий, О. М. Полях, 2012 110 Таблиця 2 Вартість електроенергії споживачів Найменування показника Тризонні тарифи, диференційовані за періодами часу Клас напруги Період часу Нічний 1 клас Напівпіковий Величина показника без ПДВ, коп/кВт·год 26,030 75,857 Піковий 124,942 Нічний 33,135 2 клас Напівпіковий Піковий 96,563 Рис. 3. Профіль потужності тягової підстанції 3 159,046 везень, оптимальних по критерії мінімуму вартості спожитої на тягу електроенергії. При вартісній оптимізації для дільниць необхідно створення пакету режимних карт, кожна з яких повинна використовуватись в різні періоди доби. В умовах ринку електроенергії задачі щодо розрахунку оптимальних режимів ведення поїздів повинні вирішуватися у взаємозв’язку з задачами по оцінюванню ефективності застосування змінних тарифів оплати електроенергії. Для забезпечення можливості такого комплексного аналізу необхідно розробляти уточнюючі критерії ефективності застосування змінних тарифів оплати для розрахунків оптимальних режимних карт ведення поїздів електроенергії з врахуванням споживання активної та реактивної. Для визначення економічної доцільності важливо знати обсяги спожитої електроенергії на тягу поїздів по періодам доби, а й співвідношення між цими показниками. На рис. 1 – 7 показано як було змінено рух поїздів на тягових підстанціях 1 – 7 ділянки «З-П-К-О-С». Рис. 4. Профіль потужності тягової підстанції 4 Рис. 5. Профіль потужності тягової підстанції 5 Рис. 6. Профіль потужності тягової підстанції 6 Рис. 1. Профіль потужності тягової підстанції 1 Рис. 7. Профіль потужності тягової підстанції 7 Рис. 2. Профіль потужності тягової підстанції 2 Результати розрахунку економії на підстанціях 1 – 7 при зміні графіку руху вантажних по- 111 їздів з пікових (напівпікових) зон в нічні зони наведено в табл. 3. Таблиця 3 Розрахункові показники економії № підстанції Річна економія, грн. 1 1730000 2 3350000 3 415000 4 1330000 5 180000 6 1145000 7 759000 Разом 8909000 Проаналізуємо розрахункові витрати електроенергії на напрямку «З-О-С». Дані для розрахунку наведено у табл. 4. Таблиця 4 Ділянка З-П К-П К-О-С Розрахункові дані НепарДовжиПарний ний нана діляннапряпрямок, мок, у.в. ки, км у.в. 64 64 173.3 61 64 142.7 59 61 117.8 Локомотив ВЛ-80 ВЛ-80 ВЛ-80 Розрахунок необхідної потужності електровозів при різних вагових нормах на ділянках «З-П», «П-К», «К-О-С» приведені в табл. 5–7. Таблиця 5 Витрати на ділянці «З-П» Потужність, кВт Вага, т 7309 4000 7796 4500 8817 5000 9282 5500 10746 6000 11713 6500 12200 7000 12729 7500 13241 8000 13830 8500 Таблиця 6 Витрати на дільниці «П-К» Потужність, кВт Вага, т. 5968 4000 7451 4500 7923 5000 8448 5500 9001 6000 9580 6500 10156 7000 10566 7500 10969 8000 11423 8500 112 Таблиця 7 Витрати на дільниці «К-О-С» Потужність, кВт Вага, т. 4838 4000 5875 4500 6234 5000 6645 5500 7114 6000 7790 6500 8111 7000 8597 7500 9008 8000 9533 8500 Сумарні витрати електроенергії на ділянці довжиною 433,8 км «З-О-С» наведено в табл. 8. Таблиця 8 Вагова норма, т 4000 4500 5000 5500 (...truncated)