RU2446065C1

RU2446065C1 - Data system for traction motor electric power recording

Info

Publication number: RU2446065C1
Application number: RU2010143100/11A
Authority: RU
Inventors: Василий Титович Черемисин (RU); Василий Титович Черемисин; Сергей Николаевич Чижма (RU); Сергей Николаевич Чижма; Юрий Владимирович Кондратьев (RU); Юрий Владимирович Кондратьев; Михаил Михайлович Никифоров (RU); Михаил Михайлович Никифоров; Александр Сергеевич Онуфриев (RU); Александр Сергеевич Онуфриев
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2012-03-27

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to electrified railway transport and aims at perfecting system of electric power record. Proposed system comprises voltage and current transducers mounted at first and second transformer substations and connected to intersubstation zone contact wire feeders to transmit signals proportional to measured voltage and current to station control hardware. Data transmission stations and network to transmit data to data accumulation and processing devices are mounted at electric locomotive. Current and voltage transducers are connected to locomotive control device. Note here that both station and locomotive control devices are interconnected via radio channel built around two radio modems. Data transmission from electric locomotive to traction substation is carried out in electric locomotive passing substation in direct radio access zone. GLONASS system is used to define current coordinates of electric locomotive, reference electric power consumption schedule to traversed track profile and define deviation from optimum train handling. Synchronisation of time count at traction substation and electric locomotive is carried out by GLONASS perfect time system.

EFFECT: higher accuracy.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электрифицированного железнодорожного транспорта, а именно к системам тягового электроснабжения однофазного переменного тока напряжением 27,5 кВ и постоянного тока напряжением 3,3 кВ.The invention relates to the field of electrified railway transport, and in particular to traction power supply systems of single-phase alternating current voltage of 27.5 kV and direct current voltage of 3.3 kV.

Известен способ прямого определения энергии, потребленной электроподвижным составом (ЭПС) из тяговой сети постоянного тока (патент РФ №2281518), заключающийся в фиксации этой энергии счетчиками энергии, установленными предположительно на всех единицах ЭПС, отличающийся тем, что дополнительно к этому на этих же единицах ЭПС фиксируют количество полученных ампер-часов и, кроме того, фиксируют количество энергии и ампер-часов, отпущенных в тяговую сеть по всем фидерам контактной сети, при этом количество энергии, в действительности потребленной всеми единицами ЭПС, определяют исходя из соблюдения непременного равенства ампер-часов, отпущенных в тяговую сеть по фидерам контактной сети и полученных всеми единицами ЭПС. При этом для повышения точности и удобства расчетов фиксация и энергии, и ампер-часов как на фидерах тяговой сети, так и на единицах ЭПС производится синхронно с необходимыми метками по времени специальными комплексными счетчиками. Недостатками описанного способа являются невозможность оперативного контроля потребления электроэнергии при ведении поезда, т.к. данные по потреблению электроэнергии сравниваются только по возвращении ЭПС в депо; нет возможности вести практический анализ электропотребления по всей длине тяговой сети, выявлять участки с повышенными потерями электроэнергии.There is a method of directly determining the energy consumed by an electric rolling stock (EPS) from a DC traction network (RF patent No. 2281518), which consists in fixing this energy with energy meters installed presumably on all EPS units, characterized in that, in addition to this, on the same units EPS record the amount of ampere-hours received and, in addition, record the amount of energy and ampere-hours released to the traction network for all feeders of the contact network, while the amount of energy actually consumed Oh all units of EPS, determined on the basis of compliance with the indispensable equality of ampere hours, released to the traction network by feeders of the contact network and received by all units of EPS. At the same time, to increase the accuracy and convenience of calculations, the fixation of both energy and ampere-hours both on the feeders of the traction network and on the EPS units is carried out synchronously with the necessary time stamps by special complex meters. The disadvantages of the described method are the impossibility of operational control of electricity consumption when driving a train, because data on electricity consumption are compared only upon the return of EPS to the depot; there is no way to conduct a practical analysis of power consumption along the entire length of the traction network, to identify areas with increased energy losses.

Наиболее близким к предложенному решению является способ определения технологических потерь электроэнергии на участке тяговой сети переменного тока (патент РФ №2267410), заключающийся в измерениях для выбранного участка тока и напряжения на тяговых подстанциях и электровозах, отличающийся тем, что измерения тока и напряжения осуществляют синхронно на каждом фидере контактной сети каждой тяговой подстанции и на электровозах и регистрируют измеренные параметры с периодичностью от 0,1 до 1 мин, вычисляют расходы электроэнергии на тяговых подстанциях и на электровозах и регистрируют их с той же периодичностью, передают вычисленные значения расхода электроэнергии на тяговых подстанциях и на электровозах на устройство сбора и обработки данных, посредством которого рассчитывают электроэнергию, потребленную на тяговых подстанциях в пределах выбранного участка, и на электровозах за время прохождения ими этого участка, а технологические потери электроэнергии в тяговой сети выбранного участка определяют как разность между значениями расхода электроэнергии на тяговых подстанциях и на электровозах.Closest to the proposed solution is a method for determining technological losses of electricity in a section of a traction AC network (RF patent No. 2267410), consisting in measurements for a selected section of current and voltage at traction substations and electric locomotives, characterized in that the current and voltage are measured synchronously on each feeder of the contact network of each traction substation and on electric locomotives and record the measured parameters with a frequency of 0.1 to 1 min, calculate the energy consumption for traction substations and on electric locomotives and register them with the same frequency, transfer the calculated values of the electric power consumption at the traction substations and at the electric locomotives to the data collection and processing device, by means of which the electric energy consumed at the traction substations within the chosen section, and at the electric locomotives during the passage them of this section, and technological losses of electricity in the traction network of the selected section are determined as the difference between the values of electricity consumption in traction substations tion and on electric locomotives.

К недостатками предложенного способа относятся:The disadvantages of the proposed method include:

1. Необходимость постоянной передачи информации от ЭПС на устройство сбора и обработки данных по радиоканалу с периодичностью от 0,1 до 1 минуты, т.к. технически сложно постоянно передавать сигнал с ЭПС: необходима высокая мощность передатчика, необходима выделенная лицензированная частота для каждого локомотива, при этом частотный диапазон будет постоянно занят.1. The need for continuous transmission of information from the EPS to the device for collecting and processing data over the air with a frequency of 0.1 to 1 minute, because it is technically difficult to constantly transmit a signal from the EPS: a high transmitter power is required, a dedicated licensed frequency is required for each locomotive, while the frequency range will be constantly occupied.

2. Отсутствие возможности определения местоположения ЭПС и синхронизации потребления электроэнергии с профилем пройденного пути, так как упомянутая синхронизация по времени измерений на тяговых подстанциях и электровозах, позволяющая осуществлять привязку получаемых данных к координате пути, никак не реализована.2. The inability to determine the location of the EPS and the synchronization of electricity consumption with the profile of the distance traveled, since the mentioned time synchronization of measurements at traction substations and electric locomotives, which allows the data to be linked to the coordinate of the path, has not been implemented.

3. Синхронизация времени ЭПС при проезде электровозом нейтральной вставки в контактной сети имеет невысокую точность за счет наличия переходных процессов; синхронизация при наличии нескольких ЭПС на межподстанционной зоне затруднительна, так как прекращение потребления тока одним из локомотивов, потребляющих электроэнергию в данной межподстанционной зоне, может компенсироваться увеличением потребления тока другими локомотивами. Упомянутая «Единая система контроля астрономического времени» обеспечивает синхронные измерения и регистрацию всех регистрируемых параметров только на тяговых подстанциях, так как отсутствует передача сигналов точного времени от главного процессора на ЭПС.3. The time synchronization of EPS during the passage of a neutral insert by an electric locomotive in a contact network has low accuracy due to the presence of transients; synchronization in the presence of several EPS on the inter-substation zone is difficult, since the cessation of current consumption by one of the locomotives consuming electricity in this inter-substation zone can be offset by an increase in current consumption by other locomotives. The aforementioned “Unified astronomical time monitoring system” provides synchronous measurements and registration of all recorded parameters only at traction substations, since there is no transmission of accurate time signals from the main processor to the EPS.

Целью изобретения является повышение точности учета электроэнергии тяговых сетей электроснабжения за счет синхронизации времени систем контроля электроэнергии электроподвижного состава и тяговых подстанций и определения текущего положения ЭПС с помощью использования системы ГЛОНАСС, а также записи информации об электропотреблении ЭПС при движении по межподстанционной зоне и передаче ее на устройство сбора и обработки данных при передвижении ЭПС в зоне радиодоступа.The aim of the invention is to increase the accuracy of electricity metering of traction power supply networks by synchronizing the time of electric control systems of electric rolling stock and traction substations and determining the current position of EPS using the GLONASS system, as well as recording information about the electricity consumption of EPS when moving along the inter-substation zone and transferring it to the device collection and processing of data when moving EPS in the radio access zone.

Указанная цель достигается тем, что в информационной системе для учета электроэнергии в тяговых сетях, содержащей подключенные к питающим фидерам контактных проводов межподстанционной зоны, установленные на первой и второй тяговых подстанциях датчики напряжения и тока, которые передают сигналы, пропорциональные измеряемым токам и напряжениям, в станционные устройства контроля и управления, передающие информацию о потребляемой электроэнергии через узлы системы передачи данных и сеть передачи данных на устройство сбора и обработки данных, установленный на электровозе датчик тока и напряжения, подключенный к электровозному устройству контроля и управления, при этом станционный и электровозные устройства контроля и управления связаны друг с другом с помощью радиоканала, реализованного с помощью двух радиомодемов, измерение и регистрация токов и напряжений, а также вычисление и регистрация расхода электроэнергии на фидерах тяговой сети и электровозах осуществляется синхронно с помощью устройства сбора и обработки данных, передача информации от электровоза на тяговую подстанцию происходит при перемещении электровоза мимо подстанции в зоне прямого радиодоступа; с помощью системы ГЛОНАСС осуществляется определение текущих координат электровоза, привязка графика расхода электроэнергии к профилю пройденного пути и определение отклонений от энергооптимального режима ведения поезда; синхронизация отсчетов времени на тяговой подстанции и на электровозе осуществляется с помощью отсчетов точного времени системы ГЛОНАСС.This goal is achieved by the fact that in the information system for electricity metering in traction networks, which contains voltage and current sensors connected to the supply feeders of the contact wires of the inter-substation zone, which transmit signals proportional to the measured currents and voltages to the station’s first and second traction substations monitoring and control devices that transmit information about the consumed electricity through the nodes of the data transmission system and the data network to the collection and processing device yes a current and voltage sensor mounted on an electric locomotive connected to an electric locomotive monitoring and control device, while the station and electric locomotive monitoring and control devices are connected to each other via a radio channel implemented using two radio modems, measuring and recording currents and voltages, and Calculation and registration of energy consumption at the feeders of the traction network and electric locomotives is carried out synchronously using a data acquisition and processing device, information is transmitted from the electric locomotive to the traction A substation occurs when an electric locomotive moves past a substation in the direct radio access zone; with the help of the GLONASS system, the current coordinates of the electric locomotive are determined, the energy consumption schedule is linked to the profile of the distance traveled, and the deviations from the energy-optimal train mode are determined; The timing of the time at the traction substation and at the electric locomotive is synchronized using the GLONASS system's accurate time samples.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемой системы.Figure 1 shows the structural diagram of the proposed system.

Районные подстанции РП1 и РП2 снабжают тяговые подстанции ТП1 и ТП2, а также и другие тяговые подстанции ТП электроэнергией по трехфазным линиям питания. Тяговые трансформаторы преобразуют входное напряжение к величине 27,5 кВ и питают этим напряжением контактную сеть, причем смежные подстанции питают одну межподстанционную зону с двух сторон. На всех тяговых подстанциях установлено одинаковое оборудование. Учет электроэнергии, потребляемой от тяговых подстанций, осуществляется с помощью датчиков тока и напряжения ДТН. Информация о величинах тока и напряжения поступает на устройство контроля и управления УКУ, где каждый отсчет синхронизируется с помощью системы ГЛОНАСС, сигналы которой принимаются с помощью приемника ГЛОНАСС ПГ. УКУ рассчитывает расход электроэнергии, регистрирует и отправляет данные через адаптер СПД и сеть передачи данных в устройство сбора и обработки данных.District substations RP1 and RP2 supply traction substations TP1 and TP2, as well as other traction substations TP with electricity via three-phase power lines. Traction transformers convert the input voltage to a value of 27.5 kV and feed the contact network with this voltage, and adjacent substations feed one inter-substation zone on both sides. All traction substations have the same equipment. Accounting for electricity consumed from traction substations is carried out using current and voltage sensors DTN. Information about the current and voltage is supplied to the monitoring and control device of the UKU, where each sample is synchronized using the GLONASS system, the signals of which are received using the GLONASS PG receiver. UKU calculates the energy consumption, registers and sends data through the SPD adapter and data transmission network to the data collection and processing device.

На электровозе также расположены датчики тока и напряжения, которые передают информацию на электровозное устройство контроля и управления УКУ, которое осуществляет расчет расхода электроэнергии, регистрирует его. УКУ также принимает от приемника ГЛОНАСС информацию для синхронизации времени отсчетов и информацию о местоположении электровоза. УКУ привязывает информацию о расходе электроэнергии с профилем пути, пройденным электроподвижным составом, и передает ее в устройство сбора и обработки данных с помощью радиомодемов УКВ, один из которых расположен на электровозе, второй - на тяговой подстанции. Передача данных происходит только тогда, когда электровоз проходит мимо подстанции в зоне радиодоступа. За счет этого возможно уменьшить мощность передатчика, использовать общедоступную частоту для передачи данных, например 430 МГц. Передача ведется непостоянно, за счет этого освобождается используемый радиоканал связи.The electric locomotive also has current and voltage sensors that transmit information to the electric locomotive monitoring and control device UKU, which calculates the energy consumption, registers it. UKU also receives information from the GLONASS receiver for synchronizing the time of counts and information about the location of the electric locomotive. The UKU associates information about the energy consumption with the track profile traveled by the electric rolling stock and transfers it to the data collection and processing device using VHF radio modems, one of which is located on an electric locomotive, the second on a traction substation. Data transmission occurs only when an electric locomotive passes by a substation in the radio access zone. Due to this, it is possible to reduce the transmitter power, to use a public frequency for data transmission, for example 430 MHz. The transmission is not constant, due to this, the used radio communication channel is freed.

Предложенная система позволит определять режимы электропотребления на каждом участке, по каждому фидеру, а также высчитывать потери электроэнергии в реальном времени. Сравнение режимов текущего энергопотребления с энергооптимальными режимами позволит в реальном времени управлять системой электроснабжения.The proposed system will allow to determine the power consumption modes in each section, for each feeder, as well as calculate the energy losses in real time. Comparison of current power consumption modes with energy-optimal modes will allow real-time control of the power supply system.

Информационная система может использоваться для сетей тягового электроснабжения как переменного, так и постоянного тока, разница лишь в используемых датчиках тока и напряжения.The information system can be used for traction power supply networks of both alternating and direct current, the difference is only in the used current and voltage sensors.

Таким образом, использование предложенной информационной системы позволит увеличить точность учета электроэнергии за счет передачи информации об энергопотреблении с электровоза в устройство сбора и обработки данных при прохождении электровоза мимо тяговой подстанции в зоне доступа радиомодемов, синхронизации отсчетов датчиков тока и напряжения с помощью системы ГЛОНАСС. С помощью этой же системы электровозное устройство контроля и управления определяет текущие географические координаты электровоза, привязывает величину электропотребления к профилю пройденного пути, что дает возможность анализа энергозатрат путем сравнения их с графиками энергооптимального ведения поезда.Thus, the use of the proposed information system will increase the accuracy of electricity metering by transmitting information about energy consumption from an electric locomotive to a data collection and processing device when an electric locomotive passes by a traction substation in the access area of radio modems, and synchronizes the readings of current and voltage sensors using the GLONASS system. Using the same system, an electric locomotive monitoring and control device determines the current geographic coordinates of an electric locomotive, associates the amount of energy consumption with the profile of the distance traveled, which makes it possible to analyze energy costs by comparing them with schedules of energy-optimal train management.

Claims

1. An information system for metering electricity in traction networks, containing voltage and current sensors connected to the supply feeders of the contact wires of the inter-substation zone, voltage and current sensors installed on the first and second traction substations, which transmit signals proportional to the measured currents and voltages to station monitoring and control devices, transmitting information about the consumed electricity through the nodes of the data transmission system; a data network to a data collection and processing device; a current and voltage sensor mounted on an electric locomotive connected to an electric locomotive monitoring and control device, while station and electric locomotive monitoring and control devices are connected to each other using a radio channel implemented using two radio modems, measuring and recording currents and voltages, as well as calculating and registration of energy consumption at the feeders of the traction network and electric locomotives is carried out synchronously using a data collection and processing device, characterized in that the transmission of information from electric a locomotive to a traction substation occurs when the electric locomotive moves past the substation in the direct radio access zone.

2. The system according to claim 1, characterized in that using the GLONASS system, the current coordinates of the electric locomotive are determined, the energy consumption graph is linked to the profile of the distance traveled, and the deviations from the energy-optimal mode of the train are determined.

3. The system according to claim 1, characterized in that the synchronization of time samples at the traction substation and at the electric locomotive is carried out using the time samples of the GLONASS system.