Improving the energy efficiency of a modern domestic AC electric locomotive in the regenerative braking mode
Keywords:
ac electric locomotive, regenerative braking, rectifier-inverter converter, ballast resistor block, fourth regulation zone, energy efficiency, power factorAbstract
Today, the development of new technologies aimed at improving energy efficiency and energy saving is one of the main strategic directions for the priority development of the Russian Federation. So, on modern domestic AC electric locomotives, a regenerative braking mode is implemented, which allows the return of electrical energy to the contact network. However, there is a problem associated with limiting the full use of the fourth control zone in the regenerative braking mode due to significant losses of electrical energy in the ballast resistors blocks. Taking into account the specifics of the construction of the power part of the AC electric locomotive, the authors proposed the possibility of increasing the energy efficiency of the regenerative braking mode of the electric locomotive by determining the permissible control angle αр on the fourth control zone of the converter, which is formed relative to the values of the actual voltage losses on the ballast resistors blocks, to ensure the expansion of the region of the inverter regulated characteristic close to complete fourth zone. The developed solution is consistent with the task set by Russian Railways in a number of strategic orders − reducing the consumption of electric energy by electric rolling stock and increasing its energy efficiency. Based on the results of the calculations performed in the article, an expansion of the regulating characteristic of the inverter in the fourth control zone was established up to 25 %, which in turn had an impact on an average of 10 % increase in the value of one of the main energy indicators of an AC electric locomotive − the power factor.
References
Федеральная служба государственной статистики : сайт. URL: https://rosstat.gov.ru (Дата обращения 9.01.2023).
Долгосрочные перспективы электрификации сети российских железных дорог // Евразия Вести : сайт. URL : http://eav.ru/publ1.php?publid=2017-11a07 (Дата обращения 9.01.2023).
Об утверждении энергетической стратегии холдинга «Российские железные дороги» на период до 2020 года и на пер-спективу до 2030 года : распоряжение ОАО «РЖД» от 14.12.2016 № 2537р. Доступ из справ.-прав. системы «АСПИЖТ» в ло-кальной сети.
Об утверждении стратегии научно-технологического развития холдинга «РЖД» на период до 2025 года и на перспективу до 2030 года (Белая книга) : распоряжение ОАО «РЖД» от 17.04.2018 № 769/р. Доступ из справ.-прав. системы «АСПИЖТ» в локальной сети.
Долгосрочная программа развития ОАО «РЖД» до 2025 года : распоряжение Правительства Рос. Федерации от 19.03.2019 № 466 (ред. 13.10.2022). URL : http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001201903210017 (Дата обращения 10.01.2023).
Электровоз магистральный 2ЭС5К (3ЭС5К). Руководство по эксплуатации (в 2 т.). Новочеркасск : Новочеркасский электровозостроительный завод, 2007.
Трахтман Л.М. Электрическое торможение электроподвижного состава. М. : Транспорт, 1965. 204 с.
Тихменев Б.Н., Кучумов В.А. Электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями. М. : Транспорт, 1988. 310 с.
Власьевский С.В. Повышение эффективности выпрямительно-инверторных преобразователей электровозов переменно-го тока с рекуперативным торможением : дис. … д-ра техн. наук. Хабаровск, 2001. 396 с.
Способ повышения энергетической эффективности электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможе-ния / Е.В. Буняева, В.Г. Скорик, С.В. Власьевский и др. // Электротехника. 2016. № 2. С. 17–20.
Савоськин А.Н., Пудовиков О.Е., Гарбузов И.И. Анализ электромагнитных процессов в тяговой сети при взаимодей-ствии электровозов в режимах рекуперации и тяги // Электротехника. 2014. № 5. С. 47–52.
Власьевский С.В., Кравчук В.В. Эффективность и проблемы применения рекуперативного торможения на электрово-зах переменного тока // Вестн. Всерос. науч.-исслед. и проект.-констр. ин-та электровозостроения. 2005. № 2 (49). С. 147–158.
Соловьев В.А., Малюкова А.И., Власьевский С.В. Выравнивание нагрузок в параллельных цепях тяговых двигателей, работающих в режиме генератора, и снижение энергетических потерь электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможения // Информатика и системы управления. 2013. № 3 (37). С. 168–174.
Савоськин А.Н., Кулинич Ю.М., Духовников В.К. Управляемый компенсатор реактивной мощности электровоза // Электротехника. 2014. № 2. С. 25–29.
Кабалык Ю.С. Снижение влияния электровозов переменного тока на форму напряжения в тяговой сети электрифици-рованных железных дорог : дис. … канд. техн. наук. Хабаровск, 2010. 177 с.
Линьков А.О. Совершенствование выпрямительной установки возбуждения тяговых двигателей электровоза перемен-ного тока в режиме рекуперативного торможения : дис. … канд. техн. наук. Омск, 2015. 177 с.
Яговкин Д.А., Мельниченко О.В., Портной А.Ю. ВИП электровоза на IGBT модулях для 1-ой зоны регулирования в режиме рекуперативного торможения // Вестн. ин-та тяги и подвижн. состава. 2013. № 9. С. 44–47.
Власьевский С.В. Электрическое рекуперативное торможение на электровозах переменного тока магистральных же-лезных дорог. Проблемы и эффективность его применения // Электроника и электрооборудование транспорта. 2006. № 1. С. 21–24.
Кучумов В.А., Никончук И.Н. О реализации рекуперативного торможения на электровозе переменного тока с однофазным обратимым преобразователем напряжения // Вестн. науч.-исслед. ин-та ж.-д. трансп. 2022. Т. 81. № 1. С. 31–37.
Мельниченко О.В., Власьевский С.В. Повышение энергетической эффективности работы электровоза переменного то-ка в режиме рекуперативного торможения // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре гос. техн. ун-та. 2014. Т. 1. № 2 (18). С. 19–27.
Мельниченко О.В. Повышение энергетической эффективности тяговых электроприводов электровозов переменного тока : дис. … д-ра техн. наук. Хабаровск, 2015. 392 с.
Шрамко С.Г. Повышение энергетической эффективности электровозов переменного тока в режиме рекуперативного торможения за счет изменения параметров балластных резисторов : дис. … канд. техн. наук. Комсомольск-на-Амуре, 2016. 142 с.
