Дипломная работа: Энергосберегающие режимы управления движением поездов метрополитенов

Таблица 3.25. Параметры пути участков первой линии Красноярского метрополитена.

Задача получения энергосберегающего режима управления движением поездов по линии метрополитена состоит в определении скоростей прохождения участков (в допустимых пределах), таким образом, чтобы средняя эксплуатационная скорость поддерживалась на заданном уровне.

Как показал сравнительный анализ, проведенный автором во второй главе, наиболее схожими с проектным Красноярским метрополитеном являются метрополитены городов Казани, Самары, Екатеринбурга и Новосибирска.

Средняя эксплуатационная скорость Казанского метрополитена км/ч; средняя эксплуатационная скорость Самарского метрополитена км/ч; средняя эксплуатационная скорость Екатеринбургского метрополитена км/ч; средняя эксплуатационная скорость Новосибирского метрополитена км/ч.

Среднее арифметическое эксплуатационных скоростей этих метрополитенов составляет 37,7 км/ч.

Согласно проектным данным ОАО «Харьковметропроект» средняя эксплуатационная скорость первой линии Красноярского метрополитена должна составлять 42,3 км/ч. Взяв среднее значение вычисленного среднего показателя и проектного получим ровно 40 км/ч, что совпадает с результатами тяговых расчетов, представленных в разделе 3.2.2.

Минимальная скорость движения метропоезда, Vmin, определяется конструктивными особенностями его тягового электрооборудования и системы управления и составляет 3 км/ч. Ниже этой скорости говорят о режиме «ОСТАНОВ» (или механическое дотормаживание). А максимально допустимая скорость Vmax задана по путевым условиям (сложность профиля и плана) исходя из требований к безопасности движения.

На среднюю эксплуатационную скорость оказывают влияние времена стоянки на станциях. В модели это можно учесть путем искусственного занижения верхнего предела скорости на участках пути содержащих внутри себя станции. Таким же способом можно учесть особенности участков приближения к станциям и участков содержащих внутри себя тупики.

Среднюю эксплуатационную скорость, Vср, можно представить как:

(3.37)

где:

Li - длина i-го участка пути;

Vi - скорость прохождения i-го участка пути;

К - количество участков пути (48 шт.).

Общая длина линии LЛ равна сумме длин всех участков:

(3.38)

Таким образом:

(3.39)

С целью линеаризовать полученное уравнение относительно скорости Vi введем дополнительные переменные:

, (3.40)

Тогда,

(3.41)

Ограничения, накладываемые на скорости по участкам пути можно сформулировать так:

(3.42)

Полученную математическую задачу можно решить следующим образом:

1. Зафиксировать для к-1 участков скорости их прохождения на уровне .

2. Из уравнения (3.40) определить хk

3. По выражениям (3.39) определить скорость Vk (скорость прохождения 1-го участка)

4. Полученное решение проверить по выражению (3.41). Если полученное решение удовлетворяет условию (3.41), то Vк и к-1 зафиксированных скоростей остальных участков запоминается. Далее понизить на 1 км/ч и осуществить переход к п.2. В противном случае осуществляется переход к п.2 не запоминая полученного решения.

5. Условием выхода из алгоритма будет являться равенство трем км/час скорости Vк.

Блок схема выше описанного алгоритма представлена на рис 3.12.

В ходе выполнения алгоритма будет получено конечное число решений удовлетворяющих условию (3.42). При этом каждое из полученных решений удовлетворит выражение (3.37), т.е. позволит обеспечить среднюю эксплуатационную скорость равную Vср = 40 км/ч.

Однако, каждое из решений (режимов управления движением поезда по линии) вызовет различный расход электроэнергии на тягу подвижного состава.

Рис. 3.12. Алгоритм поиска участковых скоростей

Минимальный средний удельный расход для всей линии, , выглядит следующим образом:

, (3.43)

где i - номер участка пути проектной первой линии Красноярского метрополитена;

( - длина i-го участка; - развернутая длина линии);

- скорость на i-ом участке пути из j-го набора скоростей, т.е.

;

- см. выражение (3.36);

- количество наборов скоростей, при которых средняя эксплуатационная скорость движения поезда по линии Vср=40 км/ч.

Следовательно, все полученные решения необходимо поочередно подставить в функционал (3.43), определяющий удельный расход электроэнергии в зависимости от количества пассажиров, величины эквивалентного уклона, длины участка и найденной скорости его прохождения.

Решение, доставляющее минимум функционалу (3.43) является оптимальным по энергопотреблению режимом управления движением поезда по проектной первой линии Красноярского метрополитена в рамках существующих ограничений.

Полученная математическая модель позволяет учитывать изменяющийся во времени суток пассажиропоток, так как функция (3.36), от которой зависит функционал (3.43) содержит количество пассажиров, Nч, в подвижном составе в определенное время суток, влияющие на массу поезда. Кроме того, она может быть использована как для других проектных линий строящихся Красноярского метрополитена, так и для других метрополитенов (проектных и действующих), путем пересчета коэффициентов.

3.6 Выводы по третьей главе

1. Проведенные тяговые расчеты позволили получить режимы движения поездов по проектной первой линии Красноярского метрополитена с учетом изменяющегося во времени пассажиропотока. Полученные режимы движения позволят оценить экономическую эффективность синтезируемых энергосберегающих режимов управления движением.

2. Предложенная методика синтеза энергосберегающих режимов управления движением поездов с учетом выявленных показателей качества эксплуатации, оказывающих наибольшее влияние на электропотребление, позволяет оптимизировать расход электрической энергии на тягу метропоезда, учитывая параметры пути, подвижного состава и его загрузки, для любых линий метрополитенов.

3. Полученная аналитическая зависимость позволяет определить удельный расход электроэнергии на тягу метропоезда от параметров пути, подвижного состава, загрузки подвижного состава и скорости движения по участку.

4. Разработанная математическая модель удельного электропотребления подвижным составом при тяге поезда по линии метрополитена позволяет вычислить значения удельного электропотребления на тягу.

5. Методика синтеза энергосберегающих режимов управления движением поездов по линиям метрополитена применима к любым линиям метрополитенов, как к действующим, так и к проектным.

4. Энергосберегающие режимы управления движением поездов по линиям метрополитенов

4.1 Адекватность полученной методики синтеза энергосберегающих режимов управления движением поездов

Полученную математическую модель удельного электропотребления подвижным составом при тяге поезда по линии метрополитена необходимо проверить на адекватность.

Такую проверку возможно выполнить, применив разработанную методику к действующей линии, например, Новосибирского метрополитена.

Весь путь Ленинской линии Новосибирского метрополитена (в обоих направлениях) необходимо разбить на участки, в пределах которых сопротивление движению не изменяется.

Таблица 4.1. Профиль Ленинской линии Новосибирского метрополитена

Таблица 4.1. Профиль Ленинской линии Новосибирского метрополитена