Bài báo trình bày một thuật toán ước lượng năng lượng tái sinh có khả năng thu hồi được tại vị trí trạm điện kéo dựa trên mô hình công suất mạch điện. Thuật toán đề xuất dựa trên luật cân bằng công suất của mạch điện, sử dụng phương pháp lặp NewtonRaphson để xác định năng lượng tái sinh có khả năng thu hồi được trong điều kiện duy trì cho điện áp trên lưới tiếp xúc không vượt qua giá trị cho phép. Các kết quả ước lượng trong mô hình mô phỏng một tuyến đường sắt giao thông đô thị dựa trên số liệu tuyến đường và thông số đoàn tàu tuyến Cát Linh – Hà Đông minh họa cho tính khả thi và tính hiệu quả của thuật toán đề xuất.
Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (04/2020), 196-209 Transport and Communications Science Journal POWER NETWORK MODEL-BASED ESTIMATION OF RECYCLE ENERGY AT SUBSTATIONS Tran Van Khoi*, Nguyen Duc Khuong University of Transport and Communications, No Cau Giay Street, Hanoi, Vietnam ARTICLE INFO TYPE: Research Article Received: 15/1/2020 Revised: 25/3/2020 Accepted: 25/3/2020 Published online: 24/4/2020 https://doi.org/10.25073/tcsj.71.3.4 * Corresponding author Email: tvkhoi.ktd@utc.edu.vn; Tel: 0971385813 Abstract This paper presents a new algorithm to estimate the recovery of energy from the train braking based on the power balance model of a power network The proposed algorithm utilizes the Newton-Raphson algorithm to solve the problem of retraining the voltage constraint of contact line according to the power balance law in the power network, thereby determining the total of generative energy that can be recycled A simulated model, which refers to the data of the Cat Linh – Ha Dong railway system is set up for testing and evaluating the effect of the proposed approach The simulated results showed that the proposed algorithm is feasible and effective Keywords: Regenerative Braking Energy, Modeling of a Railway System, Urban Railway System, Energy Estimate Algorithm 2020 University of Transport and Communications 196 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (04/2020), 196-209 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải ƯỚC LƯỢNG NĂNG LƯỢNG THU HỒI TẠI CÁC TRẠM ĐIỆN KÉO DỰA TRÊN MƠ HÌNH MẠNG CƠNG SUẤT Trần Văn Khôi*, Nguyễn Đức Khương Trường Đại học Giao thông vận tải, số Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO CHUN MỤC: Cơng trình khoa học Ngày nhận bài: 15/1/2020 Ngày nhận sửa: 25/3/2020 Ngày chấp nhận đăng: 25/3/2020 Ngày xuất Online: 24/4/2020 https://doi.org/10.25073/tcsj.71.3.4 * Tác giả liên hệ Email: tvkhoi.ktd@utc.edu.vn; Tel: 0971385813 Tóm tắt Bài báo trình bày thuật tốn ước lượng lượng tái sinh có khả thu hồi vị trí trạm điện kéo dựa mơ hình cơng suất mạch điện Thuật tốn đề xuất dựa luật cân công suất mạch điện, sử dụng phương pháp lặp NewtonRaphson để xác định lượng tái sinh có khả thu hồi điều kiện trì cho điện áp lưới tiếp xúc không vượt qua giá trị cho phép Các kết ước lượng mơ hình mơ tuyến đường sắt giao thông đô thị dựa số liệu tuyến đường thơng số đồn tàu tuyến Cát Linh – Hà Đơng minh họa cho tính khả thi tính hiệu thuật tốn đề xuất Từ khóa: lượng thu hồi, hãm tái sinh, mơ hình mạng điện kéo, giao thơng điện đường sắt thị, thuật tốn ước lượng lượng 2020 Trường Đại học Giao thông vận tải ĐẶT VẤN ĐỀ Hiệu lượng vấn đề quan tâm hệ thống giao thông điện đường sắt Những nghiên cứu 40% lượng cấp cho đoàn tàu có khả trả lại lưới tiếp xúc chế độ hãm dừng đoàn tàu [1] Hiện hầu hết Trạm Điện Kéo (TĐK) hệ thống cung cấp điện giao thông đô thị sử dụng chỉnh lưu diode cung cấp dòng điện chiều cho đồn tàu thơng qua lưới tiếp xúc Khi đoàn tàu giảm tốc động làm việc máy phát phát lượng điện Năng lượng gọi lượng hãm tái sinh, cấp trở lại lưới tiếp xúc sử dụng đoàn tàu khác khu đoạn Nếu khơng có đồn tàu khác hấp thụ lượng 197 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số (04/2020), 196-209 lượng dư thừa không hấp thụ hết làm điện áp lưới tiếp xúc tăng lên Tuy nhiên, điều kiện vận hành an toàn, điện áp lưới tiếp xúc không tăng vượt giá trị cho phép cần phải có biện pháp tiêu tán thu hồi lượng lượng dư thừa Có nhiều giải pháp đề xuất áp dụng để xử lý nguồn lượng dư thừa xây dựng tối ưu cung đường chạy tàu kết hợp sử dụng điện trở tàu để tiêu tán lượng; sử dụng thiết bị thu hồi lưu trữ lượng tàu bố trí thiết bị lưu trữ thu hồi TĐK Ngoài ra, sử dụng nghịch lưu trả lượng dư thừa lưới trung áp giải pháp áp dụng [2] Để đánh giá lựa chọn giải pháp phù hợp, trước hết vấn đề cần thiết phải xác định lượng lượng tái sinh có khả thu hồi cần phải tiêu tán Và để xác định lượng lượng dư thừa này, có hai phương pháp ước lượng đo lường sử dụng phổ biến phương pháp thực nghiệm phương pháp mô [3] Thứ phương pháp thực nghiệm, thiết bị đo lắp đoàn tàu Trong chế độ tái sinh, điện áp cần tiếp xúc tăng tới giá trị cho phép, điện trở hãm đưa vào để tiêu tán lượng dư thừa đoàn tàu Lúc thiết bị đo thực tính tốn lưu trữ giá trị lượng tiêu tán điện trở hãm Một phương thức tiến hành khác hệ thống thiết bị đo thực trạm điện kéo [4] Phương pháp thực nghiệm xác định cách xác lượng lượng có khả thu hồi điểm đo, nhiên yêu cầu phải trang bị triển khai hệ thống thiết bị đo, thiết bị thu hồi hấp thụ lượng dư thừa Bên cạnh khâu thực đo khâu xử lý số liệu cần quan tâm xem xét Do phương pháp thực nghiệm không dễ dàng để có khả thực [3] Phương pháp mô sử dụng phổ biến nghiên cứu Mơ máy tính cơng cụ hiệu đủ khả thực mơ hình hóa để kiểm chứng cho thiết kế cải tiến hệ thống có; mơ hình mơ xác tin cậy có tính định tới hiệu phương pháp mô Trong hệ thống giao thông điện đường sắt, thủ tục mơ thường dựa vào việc tính tốn dịng cơng suất đồn tàu mơ hình hóa nguồn dịng điện nguồn điện áp Hầu hết ứng dụng dựa việc phân tích dịng cơng suất mạng điện hệ thống, mơ hình hệ thống thường chia làm hai phần: thứ mơ hình chuyển động đồn tàu; thứ hai mơ hình mạng điện [5, 6] Tuy nhiên, cấu hình mạng điện hệ thống đường sắt thay đổi tùy theo di chuyển đồn tàu, thay đổi thơng số mạng điện tính chất phi tuyến tạo nên nhiều khó khăn việc mơ hình hóa xác đối tượng vấn đề phân tích dịng cơng suất mạng điện đường sắt Bassam Mohamed [7] đề xuất phương pháp cải tiến coi trạm điện kéo đồn tàu nguồn dịng điện, trạm điện kéo mơ hình nguồn có khả thu hồi dịng điện tái sinh Năng lượng tái sinh tính dựa giá trị dòng điện tái sinh thu hồi từ TĐK Sử dụng mơ hình nguồn dịng giúp cho mạch điện trở thành tuyến tính, việc giải mạch điện trở nên dễ dàng nhanh; nhiên độ xác phụ thuộc vào giá trị dòng điện TĐK đoàn tàu thời điểm vận hành Rabih A Jabr [8] sử dụng mơ hình nguồn dịng để mơ tính tốn dịng cơng suất cho mạch điện đường sắt với 144 đoàn tàu Trong phương pháp này, trạm điện kéo mô hai nguồn làm việc luân phiên Nguồn điện áp cấp cho lượng cho đoàn tàu tiêu thụ, lượng mạng tiếp xúc dư thừa, nguồn điện áp ngắt khỏi mạng chuyển sang nguồn dòng thu hồi dòng điện tái sinh từ lưới tiếp xúc Năng lượng tái sinh tính dựa vào dịng điện tái sinh thu hồi TĐK Thanatchai Kulworawanichpong [9] áp dụng mơ hình nguồn dịng để mơ tả cho đoàn tàu toàn khu đoạn, TĐK mơ tả nguồn dịng điện kết hợp với diode mắc nối tiếp Trong nghiên cứu Kulworawanichpong, việc tính tốn dịng cơng suất 198 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số (04/2020), 196-209 lưới tiếp xúc khu đoạn thời điểm vận hành, tác giả tập trung cải tiến ma trận Jacobian để nâng cao hiệu tính toán thời gian hội tụ thuật toán NewtonRaphson Tuy nhiên, giá trị điện trở phân đoạn lưới tiếp xúc đường ray đoàn tàu đoàn tàu với TĐK thay đổi theo vị trí tương quan di chuyển đồn tàu, yếu tố có ảnh hưởng tới độ xác tính tốn mơ hình chưa đề cập báo Tiếp tục phát triển cải tiến mơ hình [9], Hammad Alnuman cộng [10] bổ sung thêm tính ước lượng giá trị điện trở lưới tiếp xúc đường ray tương ứng với vị trí tương quan đoàn tàu thời điểm di chuyển; đồng thời thay mơ hình nguồn dịng mơ hình nguồn áp cho TĐK Trong mơ hình này, lượng tái sinh có khả thu hồi mơ xác định điện trở hãm mắc song song với nguồn dòng điện, nguồn dòng điện đồn tàu Để nâng cao độ xác ước lượng lượng tái sinh từ đồn tàu, tác giả [11, 12] cải tiến mơ hình động học đồn tàu từ động truyền động hộp giảm tốc, mơ hình hóa chi tiết trạm điện kéo, đồng thời có bổ sung thêm mơ hình nhận dạng thơng số điện trở mạng tiếp xúc đường ray đoàn tàu di chuyển Các nghiên cứu trước hầu hết sử dụng phương pháp cân dòng điện đỉnh (áp dụng theo định luật Kirchhoff 1) để phân tích mơ hình mạch điện đường sắt với giả định coi TĐK nguồn dòng điện nguồn điện áp, đồn tàu nguồn dịng điện Trong dạng mơ hình này, giá trị dịng điện đồn tàu cần tính tốn ước lượng thời điểm di chuyển với thông số cụ thể đặc tính đầu máy, động truyền động, profile tuyến đường profile tốc độ Do phương pháp có độ xác cao độ phức tạp khối lượng tính tốn lớn Sử dụng kỹ thuật mơ phỏng, báo đề xuất thuật toán ước lượng dựa mơ hình tính tốn cân cơng suất mạch điện Trong mơ hình mạch điện hệ thống cung cấp điện từ TĐK tới đoàn tàu, TĐK mơ hình hóa trạm cung cấp cơng suất có khả điều chỉnh được, cịn đồn tàu mơ hình trạm tiêu thụ cơng suất trạm cung cấp công suất tùy theo chế độ làm việc đoàn tàu chế độ kéo hay chế độ hãm Khi đó, giá trị cơng suất TĐK tự động điều chỉnh, cịn cơng suất đồn tàu ước lượng theo cơng thức gần Davis dựa vào số thực nghiệm, trọng tải đoàn tàu, profile tốc độ profile tuyến đường Mạng tiếp xúc đường ray mô tả điện trở có trị số biến thiên tùy theo vị trí tương quan TĐK với đồn tàu đồn tàu Thuật tốn ước lượng phân thành giai đoạn: giai đoạn thứ thực ước lượng giá trị công suất đồn tàu vị trí tương ứng khu đoạn theo cơng thức tính trở lực đoàn tàu đề xuất Davis; sang giai đoạn thứ 2, điện áp lưới tiếp xúc điểm TĐK đoàn tàu ước lượng dựa thuật toán lặp Newton-Raphson Giai đoạn xác định công suất thu hồi TĐK để đảm bảo trì điều kiện giới hạn điện áp cho phép lưới tiếp xúc toàn khu đoạn Kết thúc giai đoạn 3, tổng lượng tái sinh có khả thu hồi TĐK xác định Phương pháp đề xuất kiểm nghiệm hệ thống mô dựa số liệu tuyến Cát LinhHà Đơng MƠ HÌNH MẠNG CƠNG SUẤT Hệ thống cung cấp điện giao thông chiều chia thành phận: thứ trạm điện kéo; thứ hai thứ ba tương ứng lưới tiếp xúc (ray tiếp xúc) phụ tải đoàn tàu; cuối ray chạy tàu đường dây hồi lưu dịng điện Chu trình dịng điện TĐK (đã chỉnh lưu) dẫn qua mạng tiếp xúc tới đồn tàu tiêu thụ Thơng qua đường ray đường hồi lưu dịng điện quay TĐK khép kín chu trình dịng điện Trên quan 199 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số (04/2020), 196-209 điểm mơ hình mạch điện, TĐK mơ tả nguồn cung cấp chiều; đoàn tàu mơ tả nguồn dịng có giá trị biến đổi; cịn lưới tiếp xúc đường ray mơ tả điện trở phân bố Một cách tổng quan mơ hình mạch mơ tả phân đoạn cấp điện minh họa Hình Ray phải Điện trở lưới tx + ray Ray trái Rng Rng Tàu Tàu Tàu Tàu TĐK TĐK Hình Mơ hình mạch phân đoạn cấp điện TĐK Ray phải B2 TĐK R1-2 Bk R 2-k P tàu B1 P tàu Bn Pn P reg R1-n TĐK R k-m Bm Bl R R l-n m-l P tàu P tàu Preg Pn Ray trái Hình Mơ hình mạng cơng suất khu đoạn Phụ tải đồn tàu dạng phụ tải di chuyển, giá trị dịng điện đồn tàu tiêu thụ phụ thuộc vào chế độ vận hành vị trí dọc tuyến đường, giá trị khơng dễ để xác định xác, dẫn đến việc phân tích mạch gặp nhiều khó khăn Tuy nhiên, thời điểm cụ thể biết chế độ làm việc vị trí đồn tàu, giá trị cơng suất đồn tàu có khả xác định được, từ thơng số mạng cơng suất có khả tính Do vậy, để thuận lợi cho việc phân tích, báo này, mơ hình mạch chuyển hóa sang mơ hình mạng cơng suất minh họa Hình Trong mơ hình mạng cơng suất, đồn tàu trạm tiêu thụ công suất, chúng phân loại kiểu trạm phụ tải với thông số xác định cơng suất P Đối với TĐK, đóng vai trị trạm phát cơng suất mơ thành kiểu trạm nguồn với thông số xác định điện áp Công suất TĐK tự động điều chỉnh tùy theo mức độ tiêu thụ phụ tải mạng điện Khi mạng điện xuất công suất dư thừa, TĐK chuyển sang chế độ thu hồi lượng để cân cơng suất tồn mạng điện 200 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (04/2020), 196-209 THUẬT TOÁN ƯỚC LƯỢNG NĂNG LƯỢNG THU HỒI TẠI TĐK Năng lượng có khả thu hồi lượng công suất dư thừa làm tăng giá trị điện áp lưới tiếp xúc vượt giá trị cho phép Giá trị điện áp cho phép thông thường xác định giá trị điện áp TĐK không tải cộng với lượng dự trữ để không xảy trường hợp dòng điện từ máy biến áp TĐK qua chỉnh lưu cấp thẳng vào thiết bị thu hồi cấp ngược trở lại lưới trung áp Trong báo này, giá trị công suất dư thừa xác định dựa vào thuật toán lặp Newton-Raphson để đạt mục tiêu trì điện áp lưới tiếp xúc trạm khơng vượt q giá trị điện áp cho phép Trình tự thuật toán ước lượng lượng thu hồi TĐK thực theo bước sau: Bước 1: Nhập số liệu thơng số đồn tàu, profile tuyến đường, profile tốc độ chạy tàu khu đoạn Số liệu cần thiết để ước lượng tính tốn cơng suất đồn tàu vị trí tuyến đường bao gồm thông số tổng khối lượng đoàn tàu hành khách, profile tốc độ chạy tàu ga khu đoạn, profile tuyến đường bao gồm chiều dài lý trình, độ dốc, bán kính cong Bước 2: Tính giá trị cơng suất đồn tàu vị trí tuyến đường Giá trị cơng suất đồn tàu tính tốn dựa vào cơng thức gần tính trở lực đoàn tàu đề xuất Davis minh họa công thức (1): Ptr (s) (a b * v(s) c * v2 (s) F FR acc * mtr ) * v(s) (1) đó: Ptr cơng suất đồn tàu vị trí s dọc tuyến đường; Fcb=a+b*v+c*v2 trở lực cơ đoàn tàu theo công thức thực nghiệm Davis, với số a, b, c ước lượng theo loại đoàn tàu; v(s) tốc độ đoàn tàu tương ứng vị trí s tuyến đường; F lực cản gây độ dốc, ước lượng theo công thức (2): F mtr * g * (2) với mtr khối lượng đoàn tàu, g gia tốc trọng trường, độ dốc tính theo phần nghìn FR lực cản độ cong cung đường gây ra, ước lượng theo công thức Rockle [13]: 6500 R 55 , R 350m 5300 FR , 250m R 350m R 35 5000 R 30 , R 250m (3) Facc = acc*mtr lực cần thiết để gia tốc đoàn tàu với gia tốc acc Bước 3: Xây dựng mạng cơng suất tính thơng số mạng cơng suất Tương ứng với thời điểm, vị trí số lượng đoàn tàu vận hành khu đoạn khơng giống nhau, từ hình thành mạng công suất không giống Tuy nhiên chế 201 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (04/2020), 196-209 độ vận hành có tính chu kỳ, biết chiều dài khu đoạn, thời gian chạy tàu ga, giãn cách nhỏ (headway), xác định số lượng vị trí cụ thể đồn tàu khu đoạn thời điểm, chu kỳ phân bố công suất lưới xác định khoảng thời gian giãn cách chạy tàu Trong báo này, số mạng cơng suất hình thành giá trị giãn cách chạy tàu, tương ứng với khoảng cách hai thời điểm tính giây Giá trị cơng suất đồn tàu khu đoạn thời điểm t tính mô tả công thức (4) P(i, t ) Ptr ((i 1) * headway t ) (4) đó, i = 1, ,ntr với ntr số đoàn tàu khu đoạn; t = 1, , headway Sau xác định số lượng vị trí cụ thể đồn tàu thời điểm tính, giá trị điện trở lưới tiếp xúc đường ray từ đoàn tàu tới TĐK đồn tàu với xác định theo công thức (5) R1 R0 * x1 x2 Rsst Rng R0 * xsst x2 (5) đó, R0 điện trở lưới tiếp xúc (LTX) ray tính km; cịn x1 x2 tương ứng vị trí hai trạm công suất liền kề.Trường hợp trạm công suất TĐK tương ứng với vị trí xsst bổ sung thêm Rng điện trở dây dẫn nối từ máy biến áp tới LTX Bước 4: Ước lượng cơng suất tái sinh có khả thu hồi TĐK thời điểm tính chu kỳ thời gian giãn cách nhỏ Trong bước này, thời điểm cơng suất đồn tàu xác định, giá trị điện áp lưới tiếp xúc tiến hành ước lượng theo thuật toán Newton-Raphson, đồng thời giá trị công suất TĐK xác định Để đảm bảo điện áp lưới tiếp xúc trì điều kiện làm việc cho phép, bước xét điều kiện điện áp lớn giá trị cho phép (V_cp), giá trị điện áp TĐK (V_sub) điều chỉnh giảm V_dv = (V) Bước 5: Tính giá trị lượng thu hồi TĐK khoảng thời gian chu kỳ giãn cách chạy tàu tối thiểu Trong bước 4, giá trị công suất thu hồi thời điểm xác định Do vậy, tổng giá trị lượng có khả thu hồi khoảng thời gian headway tính bình phương qn phương tổng giá trị công suất thu hồi tất thời điểm khoảng thời gian Trong khoảng thời gian vận hành ngày Tlv (giờ) tổng lượng có khả thu hồi tính tốn công thức (6) headway Ereg P i 1 reg (i ) headway * Tlv (kWh/ngày) (6) Trình tự thực cụ thể giải pháp đề xuất mơ tả theo lưu đồ thuật tốn Hình 3: 202 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (04/2020), 196-209 Start Nhập thơng số đồn tàu, profile tuyến đường khu đoạn, profile tốc độ đồn tàu khu đoạn Tính cơng suất đồn tàu vị trí tuyến đường theo công thức Davis Xây dựng mạng công suất khu đoạn theo mơ hình xây dựng hình thời điểm tính tốn t t=t+1 Tính thông số mạch (điện trở nhánh) tương ứng với mơ hình mạng cơng suất no Ước lượng điện áp lưới tiếp xúc công suất trạm theo thuật tốn Newton-Raphson Tính giá trị điện áp lớn lưới tiếp xúc (V_max) yes V_max >V_cp no V_sub = V_sub - V_dv Tính cơng suất thu hồi TĐK (P_reg) thời điểm t Cập nhật điện áp TĐK (V_sub) t > headway no yes Hiển thị lượng tái sinh thu hồi TĐK End Hình Lưu đồ thuật tốn ước lượng lượng tái sinh TĐK KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Để kiểm nghiệm thuật tốn đề xuất, mơ hình đồn tàu xây dựng dựa theo số liệu tuyến đường sắt Cát Linh-Hà Đông, sử dụng tham khảo tài liệu dự án Cát LinhHà Đơng [14] Các thơng số đồn tàu liệt kê Bảng Bảng tổng kết 203 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (04/2020), 196-209 thời gian chạy tàu khoảng cách ga Profile tuyến đường sử dụng mơ hình mơ mơ tả Hình Bảng Thơng số đồn tàu tuyến đường Thơng số Đơn vị Giá trị Điện áp định mức lưới tiếp xúc V 750 Điện áp lưới tiếp xúc không tải V 795 Tổng khối lượng đoàn tàu hành khách Tấn 150 Giãn cách nhỏ Giây 80-220 Điện trở đơn vị LTX ray (R0) 0.0625 /km Điện trở cáp nguồn từ MBA tới LTX (Rng) 0.01 Vị trí đặt TĐK: Ga C Linh, Ga Láng, Ga P Khoang, Ga H Đông, Ga Y Nghĩa Từ ga C Linh L Thành T Hà Láng T Đình V Đai P.Khoang V.Quán H.Đông L.Khê V.Khê Bảng Thời gian chạy tàu ga khu đoạn Cát Linh - Láng Đến ga Chiều Thời gian Từ ga Đến ga Chiều dài dài (m) (s) (m) L.Thành 931 88 Y.Nghĩa V Khê 1032 T Hà 902.5 78 V Khê L.Khê 1428 Láng 1075 91 L.Khê H.Đơng 1110 T Đình 1249 103 H.Đông V.Quán 1323 V Đai 1009 79 V.Quán P.Khoang 1122 P.Khoang 1480 104 P.Khoang V Đai 1480 V.Quán 1122 86 V Đai T Đình 1009 H.Đơng 1323 97 T Đình Láng 1249 L.Khê 1110 84 Láng T Hà 1075 V Khê 1428 101 T Hà L.Thành 902.5 Y.Nghĩa 1032 81 L.Thành C Linh 931 GA CÁT LINH GA LA THÀNH 0.0 0.0 0.0 150.0 770.0 170.0 L-0,0 R-800 L-20,20 R-2500 L-60,60 R-300 Ls-158 Ls-71 L-20,20 R-2000 Ls-73 L-19,19 R-2496 L-60,60 R-300 Ls-158 Ls-62 K0 Thời gian (s) 80 101 84 97 85 106 78 104 88 79 83 Ls-73 L-70,70 R-550 Ls-172 RAY TRÁI L-70,70 R-553 Ls-173 RAY PHẢI K1 Hình Profile tuyến đường đoạn Ga Cát Linh – Ga La Thành Trong báo này, giả định bỏ qua yếu tố độ dốc đường để tính tốn khả lớn có khả thu hồi lượng tái sinh Do số liệu đường cong tốc độ nên tác giả dựa vào thơng số đồn tàu, thơng số tuyến đường, vị trí giới hạn tốc độ thời gian chạy tàu ga để xây dựng đường cong tốc độ chạy tàu theo dạng Hình Với giả định tốc độ điểm chuyển xác định, dựa tiêu chí tối ưu lượng vận hành, nhóm tác giả áp dụng thuật tốn quy hoạch tuyến tính (LP) để tìm giá trị tối ưu tham số gia tốc (a1, a2, a3), thời gian độ dài phân đoạn quãng đường di chuyển ga Kết ước lượng liệt kê minh họa Bảng 204 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (04/2020), 196-209 Tốc độ vh v on v on vh v on a2 a2 a3 a1 a3 a2 a1 a1 C Linh vh a3 Thời gian La Thành Thái Hà Láng Hình Đồ thị tốc độ đồn tàu khu đoạn C Linh - Láng Thông số von (m/s) vh (m/s) a1 (m/s2) a2 (m/s2) a3 (m/s2) tchạy đà (s) tthả trôi (s) thãm (s) schạy đà (m) sthả trôi (m) shãm (m) Bảng Thông số di chuyển đoàn tàu ga C Linh- L Thành – T Hà - Láng Láng – T Hà – L L Thành T Hà T Hà Thành 10 18.3 17.4 17.7 17.7 18.8 17.2 13.8 18.8 16.6 0.83 0.50 0.61 0.83 0.49 0.28 -0.05 -0.08 0.04 -0.05 -0.42 -0.83 -0.83 -0.51 -0.83 36.82 28.34 30.83 21.24 35.97 20.54 46.10 55.61 29.88 23.11 20.64 16.56 16.56 36.88 19.92 336.89 246.54 268.22 187.97 318.34 364.60 719.20 867.51 545.40 396.32 177.50 114.26 114.26 346.63 165.34 L Thành – C Linh 17.7 15 0.50 -0.09 -0.83 35.70 29.30 18.00 315.94 479.05 135.00 Dựa kết ước lượng Bảng 3, cơng suất đồn tàu phân bố điểm tuyến đường tính theo cơng thức (1), hệ số thực nghiệm công thức Davis tham khảo tài liệu [15] Hình mơ tả phân bố cơng suất đồn tàu điểm di chuyển theo hướng Cát Linh – Yên Nghĩa Hình Cơng suất đồn tàu di chuyển hướng C Linh – Y Nghĩa 205 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (04/2020), 196-209 Sau giá trị cơng suất đồn tàu vị trí xác định, với giãn cách nhỏ đặt trước, q trình mơ ước lượng cơng suất TĐK tiến hành thực theo thuật toán đề xuất Hình mơ tả cơng suất TĐK thời điểm ứng với giãn cách chạy tàu nhỏ (headway) 180 (s) Thời điểm t=0 tính thời điểm đồn tàu bắt đầu rời ga Cát Linh Từ Hình nhận thấy chế độ tải TĐK thời điểm tương đồng giá trị độ lớn tải khác Tuy có số thời điểm TĐK làm việc chế độ cung cấp cơng suất cho tải TĐK khác lại làm việc chế độ thu hồi lượng thời điểm từ giây 48 đến giây 62 Hình Cơng suất TĐK thời điểm chu kỳ Headway 206 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (04/2020), 196-209 Tổng lượng tái sinh có khả thu hồi TĐK từ tính theo cơng thức (6) với thời gian làm việc 16 ngày Kết ước lượng trạm minh họa Hình Năng lượng dư thừa phụ thuộc nhiều vào chế độ vận hành, thời điểm cao điểm, số lượng cặp tàu đưa vào vận hành lớn hơn, tương ứng giãn cách nhỏ nhỏ Thuật toán đề xuất có khả thực q trình ước lượng lượng thu hồi với giãn cách nhỏ Bảng minh họa kết tính tốn tổng lượng có khả thu hồi TĐK thời gian ngày áp dụng thuật toán đề xuất tương ứng với giãn cách nhỏ khác Thời điểm lượng thu hồi lớn có nhiều đồn tàu hãm Nếu giãn cách chạy tàu tương đồng với khoảng thời gian di chuyển ga gần đồn tàu khởi động, hãm Quan sát số liệu Bảng 4, headway có giá trị từ 90(s) đến 100(s) tương đồng với khoảng thời gian di chuyển ga lượng thu hồi lớn nhiều headway nằm dải giá trị từ 120 (s) đến 160(s) Trong dải phạm vi headway, dễ nhận thấy giá trị lượng thu hồi lớn có xu hướng nằm giá trị headway bội số thời gian đồn tàu di chuyển ga, ví dụ dải phạm vi 120 – 220(s), giá trị lượng thu hồi lớn headway 180(s) Hình Năng lượng tái sinh có khả thu hồi TĐK No 10 Bảng Năng lượng thu hồi TĐK theo giãn cách chạy tàu nhỏ Headway Ereg (kWh/ngày) (s) C Linh Láng P Khoang H Đông Y Nghĩa Tổng 100 323.4299 335.5657 716.7575 783.7186 627.0655 2786.5372 120 289.0526 266.3171 278.9281 518.0559 487.8720 1840.2257 140 290.5926 159.0223 431.0480 544.40 439.0344 1864.0973 160 286.7534 463.7303 295.0280 574.1847 350.5909 1970.2873 180 381.6458 371.8608 510.4736 931.2669 379.3634 2574.6105 200 242.3478 293.1461 416.4662 455.7644 334.2939 1742.0184 220 249.9535 284.6981 289.9618 480.1525 346.8547 1651.6206 300 269.0168 239.6811 275.2158 347.9027 228.5826 1360.399 400 176.6376 231.1565 291.8948 154.7200 168.6674 1023.0763 600 186.5789 219.2659 130.5430 224.4978 11.7315 772.6171 207 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số (04/2020), 196-209 Thông qua ví dụ mơ phỏng, thuật tốn đề xuất cung cấp nhìn hệ thống vấn đề mô hệ thống giao thông điện đô thị, mô hình tính tốn cơng suất mạng điện đường sắt, mơ hình tính tốn ước lượng lượng dư thừa mạng điện đường sắt trình vận hành tuyến đường sắt đô thị Từ kết mơ xác định xác thời điểm lượng có khả thu hồi được, qua đưa tham chiếu để điều khiển q trình thu hồi lượng đạt hiệu Ngồi hiệu suất thu hồi lượng tái sinh xác định dựa tổng lượng tiêu thụ tổng lượng tái sinh, từ sử dụng làm sở để tham vấn việc lựa chọn giá trị giãn cách chạy tàu nhỏ đô thị, giải pháp ứng dụng thiết bị thu hồi, tích trữ lượng cho tuyến đường sắt giao thông đô thị KẾT LUẬN Bài báo trình bày thuật tốn để giải vấn đề mơ phỏng, phân tích dịng cơng suất, ước lượng lượng có khả thu hồi trạm điện kéo hệ thống mạng điện giao thơng đường sắt thị Thuật tốn đề xuất thực dựa mơ hình cơng suất mạng điện, mơ hình giá trị cơng suất đồn tàu thơng số mạch điện ước lượng, tính tốn cập nhật theo thời điểm; cịn cơng suất có khả thu hồi xác định cách xác tương ứng với khoảng thời gian giây Thuật toán đề xuất mơ kiểm nghiệm mơ hình mơ đồn tàu tuyến đường sắt Cát Linh – Hà Đông Kết mơ chứng minh tính khả thi tính hiệu thuật tốn áp dụng cho ứng dụng phân tích q trình lượng mạng điện đường sắt, cho giải pháp thu hồi, tích trữ lượng cho tuyến giao thông điện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S Chenh et al., Quasi-Static decoupled load flow modelling of a power supply network with ACDC converters applied to light rail system, in 2007 European Conference on Power Electronics and Applications 2007: Aalborg, Denmark https://doi.org/10.1109/EPE.2007.4417602 [2] M Popescu, A Bitoleanu, A Review of the Energy Efficiency Improvement in DC Railway Systems, Energies, 12 (2019) 1092-1117 https://doi.org/10.3390/en12061092 [3] Bae, C.H., et al., A Study of capacity calculation of regenerative inverter for 1500v dc traction system, WIT Transactions on The Built Environment, 88 (2006) 757-766 https://www.witpress.com/elibrary/wit-transactionson-the-built-environment/88/16676 [4] C.-h Bae, et al., Calculation of regenerative energy in DC 1500V electric railway substations, in 7th Internatonal Conference on Power Electronics 2007: Daegu, South Korea p 801-805, 2007 https://doi.org/10.1109/ICPE.2007.4692497 [5] P Arboleya, G Diaz, M Coto, Unified AC/DC power flow for traction systems: a new concept, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 61 (2012) 2421-2430 https://doi.org/10.1109/TVT.2012.2196298 [6] W.Liu, Q Li, M Chen Study of the simulation of DC traction power supply system based on AC/DC unified Newton-Raphson method, in 2009 International Conference on Sustainable Power Generation and Supply, Nanjing, China, 2009 https://doi.org/10.1109/SUPERGEN.2009.5348365 [7] b mohamed, p arboleya, c gonzalez-moran, modified current injection method for power flow analysis in heavy-meshed dc railway networks with nonreversible substations, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 66 (2017) 7688-7696 https://doi.org/10.1109/TVT.2017.2687061 [8] R.A Jabr, I Dzafic, Solution of DC railway traction power flow systems including limited network receptivity, IEEE Transactions on Power Systems, 33 (2018) 962-969 https://doi.org/10.1109/TPWRS.2017.2688338 208 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (04/2020), 196-209 [9] T Kulworawanichpong, Multi-train modeling and simulation integrated with traction power supply solver using simplified Newton-Raphson method Journal of Modern Transportation, 23 (2015) 241-251 https://doi.org/10.1007/s40534-015-0086-y [10] H Alnuman, D Gladwin, M Foster, Electrical modelling of a dc railway system with multiple trains, Energies, 11 (2018) 3211-3231 https://doi.org/10.3390/en11113211 [11] M Khodaparastan, A Mohamed, Modeling and simulation of regenerative braking energy in DC electric rail systems, in 2018 IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC) Long Beach, CA, USA p 1-6, 2018 https://ieeexplore.ieee.org/document/8450133/ [12] M Khodaparastan et al., Modeling and simulation of dc electric rail transit systems with wayside energy storage, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 68 (2019) 2218 - 2228 https://doi.org/10.1109/TVT.2019.2895026 [13] W Jefimowski, A Szelag, T The multi-criteria optimization method for implementation of a regenerative inverter in a kV DC traction system, Electric Power Systems Research, 161 (2018) 6173 https://doi.org/10.1016/j.epsr.2018.03.023 [14] Dự án thiết kế xây dựng tuyến đường sắt đô thị Hà Nội - Tuyến Cát Linh Hà Đông, phần Tổng hợp, Quản lý vận hành khai thác chạy tàu, 2013 [15] TB/T 1407.1-2018 Railway train traction calculation-Part 1: Trains with locomotives 2018 209 ... dịng cơng suất, ước lượng lượng có khả thu hồi trạm điện kéo hệ thống mạng điện giao thơng đường sắt thị Thu? ??t tốn đề xuất thực dựa mơ hình cơng suất mạng điện, mơ hình giá trị cơng suất đồn tàu... coi trạm điện kéo đồn tàu nguồn dịng điện, trạm điện kéo mơ hình nguồn có khả thu hồi dịng điện tái sinh Năng lượng tái sinh tính dựa giá trị dòng điện tái sinh thu hồi từ TĐK Sử dụng mơ hình nguồn... tắt Bài báo trình bày thu? ??t tốn ước lượng lượng tái sinh có khả thu hồi vị trí trạm điện kéo dựa mơ hình cơng suất mạch điện Thu? ??t tốn đề xuất dựa luật cân công suất mạch điện, sử dụng phương