Применение емкостных накопителей в электрофицированном рельсовом транспорте

В связи с развитием мощных силовых конденсаторов (ионисторов) и относительно невысокой их стоимостью по отношению к другим накопителям перспективными являются емкостные накопители энергии. Область применения электромеханических систем с емкостными накопителями — промышленные и транспортные системы с резко переменной и знакопеременной нагрузкой. Перспективы применения электропривода с накопителями энергии существует в электрофицированном рельсовом транспорте в силу особенностей его эксплуатации: частых пусков и остановок, замедления и ускорения.

Рассмотрение вопросов применения емкостных накопителей энергии на электрофицированном рельсовом транспорте (метрополитен, электропоезда и т. д.).

Схемные решения по применению емкостных накопителей электроэнергии известны давно, однако реализация стала возможна только при техническом прогрессе в развитии силовой (ионисторы с возможностью сохранения значительного количества запасаемой энергией) и преобразовательной (IGBT — транзисторы) технике. Освоение емкостных накопителей энергии позволяет решить задачу экономии электроэнергии в двух направлениях: рекуперации энергии или ее накопления для последующего использования. На сегодняшний день режим рекуперации широко используется в транспортных системах тяговых электроприводов. Режим рекуперации по сравнению с реостатным торможением позволяет значительно снизить пиковые нагрузки и потребление электроэнергии, а также повысить комфортные условия для пассажиров. Однако для режима рекуперации следует отметить и недостатки:

—техническая невозможность тяговой подстанции принять электроэнергию одновременно от нескольких подвижных составов, работающих в режиме рекуперации энергии;

—      для контактной сети переменного тока необходимо преобразовывать постоянное напряжение в трехфазное переменное, синхронизированное с контактной сетью по частоте и амплитуде.

—       

Указанные недостатки можно устранить, оснастив тяговые подстанции емкостными накопителями энергии, которые аккумулировали бы избыточную энергию с последующим возвратом ее в контактную сеть при пуске и разгоне поездов. Однако накапливать энергию можно непосредственно на рельсовом подвижном составе (метро, электропоезд) без генерации ее в контактную сеть. При этом энергию, выделяющуюся при торможении, накапливают на емкостном накопителе, вместо того, чтобы рассеивать ее в виде тепла на тормозных резисторах. Применение емкостных накопителей энергии на электрофицированном рельсовом транспорте позволит решить следующие вопросы:

— возможность транспортного средства использовать собственную энергию торможения для разгона в режиме тяги или на собственные нужды;

—   не оказывать негативное влияние на качество напряжения контактной сети генерируемыми гармоническими составляющими;

—      сэкономить до 25 % электроэнергии;

— повысить коэффициент полезного действия по сравнению с применением емкостных накопителей на тяговой подстанции за счет передачи энергии на менее длительное расстояние (уменьшение потерь на нагрев проводников).

Следует отметить, что в начале процесса торможения напряжение на зажимах двигателя многократно превышает номинальное напряжение ионисторов. Таким образом, очевидно, что между батареей ионисторов и двигателем должен быть прерыватель, который бы при сравнительно высоком напряжении на двигателе регулировал бы среднее значение зарядного тока емкостного накопителя. Также немаловажным вопросом является выбор по емкости и мощности накопителя с учетом времени торможения и количества энергии, выделяющейся при этом. Поэтому эффективное управление процессами заряда и разряда между двигателем и накопителем, а также выбор емкостного накопителя по мощности и емкости являются вопросами дальнейших исследований.