Содержание
Введение
1. Анализ энергосберегающих технологий эксплуатации подвижного состава метрополитенов
1.1 Анализ структуры электрооборудования и электропотребления метрополитенов
1.2 Анализ электроподвижного состава метрополитенов
1.3 Анализ методов расчета энергооптимальных режимов управления движением поездов
1.3.1 Аналитические методы
1.3.2 Численные методы
1.4 Анализ математической модели движения поезда по линии метрополитена
1.4.1 Определение удельной силы сопротивления движению поезда
1.4.2 Определение силы тяги одного вагона
1.4.3 Определение силы торможения одного вагона
1.5 Постановка задач исследования
1.6 Выводы по первой главе
2. Определение показателей эксплуатационной деятельности метрополитенов, влияющих на электропотребление
2.1 Исследование пассажиропотоков по направлению проектной линии метрополитена
2.1.1 Сбор первичных данных о пассажиропотоке по направлению проектной первой линии Красноярского метрополитена
2.1.2 Статистическая обработка и анализ данных о пассажиропотоке по направлению проектной первой линии Красноярского метрополитена
2.2 Выбор математического аппарата анализа данных
2.3 Анализ технико-экономических показателей качества эксплуатации метрополитенов России и СНГ
2.4 Показатели качества эксплуатации Новосибирского метрополитена
2.5 Выводы по второй главе
3. Математическая модель удельного расхода электроэнергии на тягу поезда по линии метрополитена
3.1 Требования к математической модели удельного расхода электроэнергии на тягу поезда по линии метрополитена
3.2 Математическая модель движения поезда по линии метрополитена
3.2.1 Моделирование движения поезда по проектной первой линии Красноярского метрополитена.
3.2.2 Режимы движения поезда по проектной первой линии Красноярского метрополитена
3.3 Аналитическая зависимость удельного расхода электроэнергии на тягу метропоезда от параметров пути, подвижного состава и скорости движения по участку
3.4 Расчет коэффициентов математической модели удельного расхода электроэнергии на тягу метропоезда для проектной первой линии Красноярского метрополитена
3.5 Разработка алгоритма синтеза энергосберегающего режима управления движением поездов по линии метрополитена
3.6 Выводы по третьей главе
4. Энергосберегающие режимы управления движением поездов по линиям метрополитенов
4.1 Адекватность полученной методики синтеза энергосберегающих режимов управления движением поездов
4.2 Параметры пассажиропотоков проектной первой линии Красноярского метрополитена и ее эксплуатационные показатели
4.3 Синтез энергосберегающих режимов управления движением поездов для проектной первой линии Красноярского метрополитена
4.4 Расчет экономической эффективности полученных режимов
управления движением поездов для проектной первой линии Красноярского метрополитена
4.5 Выводы по четвертой главе
Заключение
Библиографический список
Введение
Представленная в книге работа посвящена созданию универсальной методики синтеза энергосберегающих режимов управления движением поездов по линиям метрополитенов, пригодной как для действующих линий существующих МЕТРО, так и для проектных и строящихся линий существующих и будущих метрополитенов.
Здесь и далее следует понимать, что под режимами управления движением поездов метрополитена понимаются не вопросы организации движения (т.е. расписания следования поездов), а управление параметрами различных режимов движения (разгон, тяга, выбег, торможение) подвижного состава по трасе метрополитена.
Актуальность:
Метрополитен является одним из важнейших средств обеспечения мобильности населения крупных городов. В связи с постоянным ростом количества наземных транспортных средств, оказалось, что в городах с населением более 1 млн. человек, только метрополитен способен эффективно решить проблему мобильности населения.
Однако, при наличии ряда положительных качеств метрополитена, таких как:
· обеспечение высокой мобильности,
· экологичность,
· сохранение архитектуры города,
· высокая скорость передвижения,
· высокая безопасность
имеет место и отрицательный фактор - большое потребление электроэнергии.
Поэтому, начиная с внедрения первых метрополитенов в России (Москва) и за рубежом (Лондон, Париж, Нью-Йорк) ведутся работы по сокращению расхода электроэнергии метрополитена.
От того, насколько эффективно будет эксплуатироваться метрополитен, зависят объемы перевозок, затраты на потребленную электроэнергию и себестоимость предоставляемых населению транспортных услуг. В условиях роста объемов пассажироперевозок и постоянно растущих тарифов на электроэнергию, снижение электропотребления этим видом транспорта становится особенно актуальным. Учитывая тот факт, что подвижной состав метрополитена на сегодняшний день достаточно хорошо проработан, повышенное электропотребление метрополитена обусловлено, в основном, неэффективностью его эксплуатации.
Первые работы по расчету оптимальных режимов управления движением поезда метрополитена проводились с помощью классического вариационного исчисления. Для решения задачи были внесены значительные допущения: сила тяги поезда изменяется непрерывно, коэффициент полезного действия поезда постоянен. С помощью метода, предложенного В.Ф. Кротовым, решена задача определения оптимальных траекторий, при условии непрерывного регулирования тяги, с учетом переменного к.п.д. тяговых двигателей и потерь в тяговой сети.
Наиболее широко для решения задачи оптимизации управления движением поезда применялся принцип максимума Л.С. Понтрягина. С его помощью для поездов метрополитена и пригородных электропоездов определены соотношения для расчета экстремальной скорости, вычислены оптимальные тяговые режимы с учетом переменного к.п.д. тяговых двигателей, профиля и плана пути.
Практика показала, что аналитические методы оптимизации (классическое вариационное исчисление и принцип максимума) не позволяют без принятых допущений получить методику определения оптимального управления, пригодного для применения на метрополитене. Решить задачу в самом общем виде удается лишь численно с использованием дискретного варианта метода динамического программирования Р. Беллмана и его разновидностей.
Эффективно применялся для решения задачи оптимального управления дискретный вариант метода динамического программирования, дополненный необходимыми условиями оптимальности, полученными с помощью принципа максимума в формулировке, предложенной А.А. Милютиным и А.Я. Дубовицким.
Внедрение известных энергооптимальных программ движения поездов на метрополитене позволило снизить расход электроэнергии не более чем на 3-5% [10,11]. энергосберегающий управление движение поезд
Таким образом, очевидна актуальность создания методики синтеза наиболее эффективных энергосберегающих режимов управления движением подвижного состава метрополитенов по трассе.
Являясь сложным электротехническим комплексом транспортного назначения метрополитен должен обеспечивать эффективную и безопасную перевозку пассажиров с минимальной себестоимостью предоставляемой населению транспортной услуги.
Следовательно, задача синтеза энергосберегающих режимов управления движением поездов по линии метрополитена - является актуальной.
Объектом исследования в данной работе являются:
Показатели эксплуатационной деятельности метрополитенов.
Предмет исследования:
Энергопотребление при эксплуатации метрополитенов.
Цель работы:
Создание универсальной методики синтеза энергосберегающих режимов управления движением подвижного состава, и повышение энергоэффективности метрополитенов путем внедрения в их эксплуатационную деятельность энергосберегающих режимов управления движением поездов по линиям.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Исследовать изменяющийся во времени пассажиропоток по направлению проектной линии метрополитена.
2. Исследовать влияние различных показателей качества эксплуатации метрополитенов на электропотребление.
3. Разработать математическую модель удельного электропотребления подвижным составом при движении поезда по линии метрополитена.
4. Получить аналитическую зависимость удельного расхода электроэнергии на тягу поезда метрополитена от: параметров пути, параметров подвижного состава, загрузки подвижного состава, а также скорости движения по участку трассы.
5. Создать универсальную методику синтеза энергосберегающих режимов управления движением поездов по линиям метрополитенов, пригодную как для действующих линий существующих МЕТРО, так и для проектных и строящихся линий существующих и будущих метрополитенов.
6. Проверить адекватность разработанной математической модели, полученной аналитической зависимости и созданной методики.
7. Синтезировать энергосберегающий режим управления движением поездов по линии проектного метрополитена.
8. Определить удельный расход электроэнергии на тягу поездов при реализации разработанного энергосберегающего режима управления их движением.
Методы исследования:
Методы исследования определялись характером каждой из поставленных задач и опирались на положения теории электрической тяги. Применялись методы математической статистики, корреляционного анализа, цифровой обработки данных, математического моделирования. Использовались пакеты специализированных и стандартных программ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
· Установлены системные связи между показателями качества эксплуатации, и электропотреблением метрополитенов.
· Разработана математическая модель удельного электропотребления подвижным составом при движении поезда по линии метрополитена.
· Получена аналитическая зависимость удельного расхода электроэнергии на тягу поезда метрополитена от: параметров пути, параметров подвижного состава, загрузки подвижного состава, а также скорости движения по участку трассы.
· Создана универсальная методика синтеза энергосберегающих режимов управления движением поездов по линиям метрополитена, отличающаяся тем, что учитывается план и профиль пути и величина основного сопротивления движению на отдельных его участках, а так же влияние изменяющегося во времени пассажиропотока. Созданная методика позволяет синтезировать энергосберегающие режимы управления движением поездов как действующих, так и проектных линий существующих и строящихся метрополитенов.
Значение для теории:
1. Универсальная методика синтеза энергосберегающих режимов управления движением поездов по существующим и проектным линиям действующих и строящихся метрополитенов.
2. Математическая модель удельного электропотребления подвижным составом при движении поезда по линии метрополитена, и ее адаптация для проектной линии строящегося метрополитена.
3. Аналитическая зависимость удельного расхода электроэнергии на тягу поезда метрополитена от: параметров пути, параметров подвижного состава, загрузки подвижного состава, а также скорости движения по участку трассы.
4. Синтезированный энергосберегающий режим управления движением поезда по существующей линии действующего метрополитена.
5. Синтезированный энергосберегающий режим управления движением поезда по проектной линии строящегося метрополитена.
Значения для практики:
1. Данные о пассажиропотоке по направлению первой проектной линии строящегося Красноярского метрополитена.
2. Тяговые расчеты для первой проектной линии строящегося Красноярского метрополитена.
3. Алгоритм и программа расчета энергосберегающего режима управления движением поезда по первой проектной линии строящегося Красноярского метрополитена.
4. Синтезированный энергосберегающий режим управления движением поезда по Ленинской линии Новосибирского метрополитена.
5. Синтезированный энергосберегающий режим управления движением поезда по первой проектной линии строящегося Красноярского метрополитена.
6. Способы оценки экономического эффекта от применения синтезированных энергосберегающих режимов управления движением поездов по проектным и существующим линиям строящихся и действующих метрополитенов.