УМЕНЬШЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА МЕТРОПОЛИТЕНА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЭНЕРГОЕМКИХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
It is shown, that the use of energy-intensive energy storage in subway power systems will not only reduce the total amount of electricity consumed from the network, but also will reduce the energy loss during its transportation and consumption. References 5, figures 2, table 1.
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1096 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870203746815836160 |
|---|---|
| author | Жемеров, Г.Г. Ильина, Н.А. Тугай, Д.В. |
| author_facet | Жемеров, Г.Г. Ильина, Н.А. Тугай, Д.В. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Г.Г. Жемеров",
"institution": "Національний технічний університет \"Харківський політехнічний інститут\", вул. Кирпичова, 2, Харків, 61002, Україна"
},
{
"author": "Н.А. Ильина",
"institution": "Національний технічний університет \"Харківський політехнічний інститут\", вул. Кирпичова, 2, Харків, 61002, Україна"
},
{
"author": "Д.В. Тугай",
"institution": "Національний технічний університет \"Харківський політехнічний інститут\", вул. Кирпичова, 2, Харків, 61002, Україна"
}
] |
| author_sort | Жемеров, Г.Г. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-01-08T17:30:56Z |
| description | It is shown, that the use of energy-intensive energy storage in subway power systems will not only reduce the total amount of electricity consumed from the network, but also will reduce the energy loss during its transportation and consumption. References 5, figures 2, table 1. |
| first_indexed | 2026-06-16T01:18:36Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5 137
УДК 621.314
УМЕНЬШЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО
СОСТАВА МЕТРОПОЛИТЕНА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЭНЕРГОЕМКИХ НАКОПИТЕЛЕЙ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Г.Г.Жемеров1, докт.техн.наук, Н.А.Ильина1, докт.техн.наук, Д.В.Тугай2, канд.техн.наук
1 – Национальный технический университет «ХПИ»,
ул. Фрунзе, 21, 61002, Харьков, Украина, e-mail: zhemerov@gmail.com
2 – Харьковский национальный университет городского хозяйства им. А.Н. Бекетова,
ул. Революции, 12, Харьков, 61002, Украина.
Показано, что использование энергоемких накопителей энергии в системах электроснабжения метрополитена
позволит не только уменьшить суммарный объем электроэнергии, потребляемой из сети, но и значительно
сократить потери энергии при ее передаче и потреблении. Библ. 5, рис. 2, табл. 1.
Ключевые слова: система электроснабжения, подвижной состав, энергоэффективность, энергия, потери энер-
гии, коэффициент полезного действия, рекуперация, накопитель энергии.
Вопросы повышения энергетической эффективности особенно актуальны для украинских метрополи-
тенов (МП), где по сегодняшний день эксплуатируется подвижной состав с коллекторными двигателями посто-
янного тока и резистивным торможением, при котором кинетическая энергия движущегося электропоезда рас-
сеивается в виде тепла в тормозных резисторах [2, 3, 5]. По данным метрополитена затраты электроэнергии на
питание поездов при такой системе электроснабжения (СЭ) составляют 80-95% от общих затрат электроэнер-
гии [3]. Т.к. параметры аккумуляторов и суперконденсаторов − удельная энергоемкость, допустимое количест-
во циклов заряда-разряда − быстро улучшаются [1, 4] в настоящее время, возможно их эффективное примене-
ние в ряде систем электроснабжения.
Электроснабжение электропоездов украинских метрополитенов осуществляется от тяговой контактной
сети постоянного тока напряжением 825 V. Контактная сеть питается от подземных или наземных подстанций,
которые подключаются к сети 6(10) kV через понижающий трансформатор и неуправляемый шестипульсный
выпрямитель. Однонаправленный поток энергии от сети к нагрузке обусловливает значительные суммарные
потери энергии в такой СЭ, которые складываются из потерь в устройствах тяговых подстанций ΔES, контакт-
ной сети ΔEd, элементах электропривода ΔEASD и тормозных резисторах ΔEBR [2, 3]
BRASDdS EEEEE Δ+Δ+Δ+Δ=Δ Σ1 . (1)
Альтернативой существующей СЭ подвижного состава метрополитена являются системы электро-
снабжения, использующие энергоемкие накопители энергии (НЭ). Причем возможны два варианта размещения
накопителя – стационарное (на тяговой подстанции) и бортовое (на борту электропоезда), как показано на
рис. 1. Схема двунаправленных потоков энергии и потерь энергии для четырех возможных вариантов реализа-
ции системы электроснабжения подвижного состава показана на рис. 2.
Выбор того или иного варианта размещения НЭ зависит от сопоставления технико-экономических и
эксплуатационных показателей в ходе принятия индивидуальных проектных решений. Оба варианта размеще-
ния позволяют сократить суммарную энергию, потребляемую подвижным составом из сети, и уменьшить уро-
вень потерь энергии в элементах СЭ [2]. Уменьшение потребляемой из сети энергии достигается циркуляцией в
СЭ двунаправленного энергетического потока, при котором максимальная кинетическая энергия (Ekinmax), нака-
пливаемая электропоездом в момент окончания разгона, не рассеивается в тормозных резисторах, а отправляет-
ся в накопитель энергии. Из сети потребляется энергия, необходимая для питания вспомогательного электро-
технического оборудования (привод дверей, освещение, вентиляция, связь) (Etr), энергия, расходуемая на пре-
одоление сопротивления воздуха в туннеле и трения колесной базы (Emove), и энергия, эквивалентная потерям в
элементах СЭ (ΔEΣ).
В случае размещения НЭ на тяговой подстанции суммарные потери энергии в СЭ
2
1
S d ASD
d ASD ES
E E E E
E E E
Σ + + +
− −
Δ = Δ + Δ + Δ +
+ Δ + Δ + Δ
, (2)
где ΔEd-, EASD- – приведенные потери
энергии в контактной сети и элементах
электропривода при обратном потоке из
нагрузки в НЭ; ΔEES1 – потери в нако-
пителе энергии.
При бортовом размещении НЭ
суммарные потери энергии уменьшатся
на величину ΔEd-
© Жемеров Г.Г., Ильина Н.А., Тугай Д.В., 2014
Рис. 1
138 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5
3 1S d ASD ASD ESE E E E E EΣ + + + −Δ = Δ + Δ + Δ + Δ + Δ . (3)
Возможен вариант использования бортового накопителя энергии в бесконтактной СЭ. Массогаба-
ритные характеристики накопителя в такой системе электроснабжения увеличиваются, однако происходит зна-
чительное уменьшение потерь энергии за счет отсутствия контактной сети
24 ESASDASDS EEEEE Δ+Δ+Δ+Δ=Δ −++Σ , (4)
где ΔEES2 – потери энергии в накопителе при бесконтактной СЭ.
Суммарный коэффициент полезного действия, учиты-
вающий двунаправленный поток энергии в системе электроснаб-
жения подвижного состава может быть рассчитан по соотношению
1
* max* *( )usf kin SE E Eη −
Σ = − , где **max** movetrkinusf EEEE ++= − отно-
сительная полезная энергия, ES* – суммарная относительная энер-
гия, потребляемая из сети.
В таблице представлено сопоставление результатов расче-
та ES* = ES/Ekinmax − суммарной энергии, потребляемой из сети, и по-
терь энергии ΔEΣ* = ΔEΣ/Ekinmax для четырех указанных систем элек-
троснабжения подвижного состава метрополитена относительно
традиционной СЭ без накопителя энергии, а также суммарный
КПД ηΣ . При расчете были приняты допущения, что энергия соб-
ственных нужд электропоезда составляет 10% от максимума кине-
тической энергии, а энергия, затрачиваемая на преодоление сопро-
тивления воздуха в туннеле и трение, принималась для двух вари-
антов, соответственно 10% и 20%. Относительные, в долях макси-
мума кинетической энергии, потери в элементах системы электро-
снабжения ΔES+* = 0.065, ΔEd+* = 0.13, ΔEASD+* = 0.07, ΔEES1* = 0.01, ΔEES2* = 0.02 при Emove* = 0.1 и Emove* = 0.2.
Анализ данных таблицы позволяет
сделать вывод, что использование энергоем-
ких накопителей в системах электроснабже-
ния подвижного состава метрополитена по-
зволит уменьшить потребление энергии из
сети в 2.3–3.4 раза при одновременном сни-
жении потерь энергии в 3.3–7.8 раза.
УДК 621.314
ЗМЕНШЕННЯ ВТРАТ ЕНЕРГІЇ В СИСТЕМАХ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ РУХОМОГО СКЛАДУ МЕТРОПОЛІТЕНУ ПРИ
ВИКОРИСТАННІ ЕНЕРГОЄМНИХ НАКОПИЧУВАЧІВ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ
Г.Г.Жемеров1, докт.техн.наук, Н.О.Ільїна1, докт.техн.наук, Д.В.Тугай2, канд.техн.наук
1 – Національний технічний університет «ХПІ», вул. Фрунзе, 21, Харків, 61002, Україна, e-mail: zhemerov@gmail.com
2 – Харківський національний університет міського господарства ім. О.М. Бекетова, вул. Революції, 12, Харків, 61002, Україна.
Показано, що використання енергоємних накопичувачів енергії в системах електропостачання метрополітену дозволить не тільки змен-
шити сумарний об’єм електроенергії, що споживається з мережі, але й зменшити втрати енергії при її транспортуванні і споживанні.
Бібл. 5, рис. 2, табл. 1.
Ключові слова: система електропостачання, рухомий склад, енергоефективність, енергія, втрати енергії, коефіцієнт корисної дії, рекупера-
ція, накопичувач енергії.
REDUCTION OF ENERGY LOSSES IN SUBWAY ROLLING-STOCK ENERGY SUPPLY SYSTEMS USING
ENERGY-CONSUMING STORAGES
G.G.Zhemerov1, N.О.Ilyina1, D.V.Tugay2
1 – National Technical University “Kharkov Polytechnic Institute”, Frunze str., 21, Kharkiv, 61002, Ukraine, zhemerov@gmail.com
2 – O.M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv, Revolution str., 12, Kharkiv, 61002, Ukraine.
It is shown, that the use of energy-intensive energy storage in subway power systems will not only reduce the total amount of
electricity consumed from the network, but also will reduce the energy loss during its transportation and consumption. References 5,
figures 2, table 1.
Key words: power system, rolling-stock, energy efficiency, energy, energy loss, recuperation, energy storage.
1. Zhemerov G.G., Ilina O.V. Energy Storage pulsation instantaneous active power // Tekhnіchna Elektrodynamika. Tematychnyi vypusk
"Sylova elektronіka ta enerhoefektyvnіst". – 2007. – Part 3. – Pp. 23–28. (Rus)
2. Zhemerov G.G., Ilina N.A., Tugay D.V., Khold O.I. Subway power supply systems by contemporary semiconductor converters and energy
storage // Elektrotekhnіka i Elektromekhanіka. – 2013. – № 1. – Pp. 41–49. (Rus)
3. Zhemerov G.G., Khold O.I. Ways to modernize subway power supply systems // Tekhnіchna Elektrodynamika. Tematychnyi vypusk
"Sylova elektronіka ta enerhoefektyvnіst". – 2012. Part 1. – Pp. 27–35. (Rus)
4. Shaqaryan J.G. Prospects of energy storage in the UNEG and UES of Russia // Vesti v elektroenerhetike. – 2010. – № 4. – Pp. 16–22. (Rus)
5. http://www.metro.kharkov.ua
Надійшла 17.02.2014
ES* = ES/Ekinmax ΔEΣ* = ΔEΣ/Ekinmax ηΣ Тип СЭ 0.1 0.2 0.1 0.2 0.1 0.2
Традиционная 1.465 1.565 1.265 1.265 0.137 0.192
Со стационарным НЭ 0.59 0.681 0.39 0.381 0.339 0.441
С бортовым НЭ 0.39 0.496 0.19 0.196 0.512 0.605
Бесконтактная с борто-
вым НЭ 0.362 0.462 0.162 0.162 0.552 0.649
Рис. 2
|
| id | techned_org_ua-article-1096 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:18:36Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/bf/ca5d6caa4741423d0b59676781c2e6bf.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-10962023-01-08T17:30:56Z REDUCTION OF ENERGY LOSSES IN SUBWAY ROLLING-STOCK ENERGY SUPPLY SYSTEMS USING ENERGY-CONSUMING STORAGES УМЕНЬШЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА МЕТРОПОЛИТЕНА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЭНЕРГОЕМКИХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Жемеров, Г.Г. Ильина, Н.А. Тугай, Д.В. power system rolling-stock energy efficiency energy energy loss recuperation energy storage система электроснабжения подвижной состав энергоэффективность энергия потери энергии коэффициент полезного действия рекуперация накопитель энергии It is shown, that the use of energy-intensive energy storage in subway power systems will not only reduce the total amount of electricity consumed from the network, but also will reduce the energy loss during its transportation and consumption. References 5, figures 2, table 1. Показано, что использование энергоемких накопителей энергии в системах электроснабжения метрополитена позволит не только уменьшить суммарный объем электроэнергии, потребляемой из сети, но и значительно сократить потери энергии при ее передаче и потреблении. Библ. 5, рис. 2, табл. 1. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2014-08-11 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1096 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 5 (2014): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 137 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 5 (2014): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 137 2218-1903 1607-7970 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1096/972 Авторське право (c) 2023 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | система электроснабжения подвижной состав энергоэффективность энергия потери энергии коэффициент полезного действия рекуперация накопитель энергии Жемеров, Г.Г. Ильина, Н.А. Тугай, Д.В. УМЕНЬШЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА МЕТРОПОЛИТЕНА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЭНЕРГОЕМКИХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ |
| title | УМЕНЬШЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА МЕТРОПОЛИТЕНА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЭНЕРГОЕМКИХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ |
| title_alt | REDUCTION OF ENERGY LOSSES IN SUBWAY ROLLING-STOCK ENERGY SUPPLY SYSTEMS USING ENERGY-CONSUMING STORAGES |
| title_full | УМЕНЬШЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА МЕТРОПОЛИТЕНА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЭНЕРГОЕМКИХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ |
| title_fullStr | УМЕНЬШЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА МЕТРОПОЛИТЕНА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЭНЕРГОЕМКИХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ |
| title_full_unstemmed | УМЕНЬШЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА МЕТРОПОЛИТЕНА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЭНЕРГОЕМКИХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ |
| title_short | УМЕНЬШЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА МЕТРОПОЛИТЕНА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЭНЕРГОЕМКИХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ |
| title_sort | уменьшение потерь энергии в системах электроснабжения подвижного состава метрополитена при использовании энергоемких накопителей электроэнергии |
| topic | система электроснабжения подвижной состав энергоэффективность энергия потери энергии коэффициент полезного действия рекуперация накопитель энергии |
| topic_facet | power system rolling-stock energy efficiency energy energy loss recuperation energy storage система электроснабжения подвижной состав энергоэффективность энергия потери энергии коэффициент полезного действия рекуперация накопитель энергии |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1096 |
| work_keys_str_mv | AT žemerovgg reductionofenergylossesinsubwayrollingstockenergysupplysystemsusingenergyconsumingstorages AT ilʹinana reductionofenergylossesinsubwayrollingstockenergysupplysystemsusingenergyconsumingstorages AT tugajdv reductionofenergylossesinsubwayrollingstockenergysupplysystemsusingenergyconsumingstorages AT žemerovgg umenʹšeniepoterʹénergiivsistemahélektrosnabženiâpodvižnogosostavametropolitenapriispolʹzovaniiénergoemkihnakopitelejélektroénergii AT ilʹinana umenʹšeniepoterʹénergiivsistemahélektrosnabženiâpodvižnogosostavametropolitenapriispolʹzovaniiénergoemkihnakopitelejélektroénergii AT tugajdv umenʹšeniepoterʹénergiivsistemahélektrosnabženiâpodvižnogosostavametropolitenapriispolʹzovaniiénergoemkihnakopitelejélektroénergii |