DOI: https://doi.org/10.15802/etr.v0i9.51726

Modeling of electromagnetic processes in traction network with batch-speed trains

Т. М. Міщенко

Abstract


The introduction of high-speed trains on the railways of Ukraine is possible only after detailed studies of electromagnetic and electric power processes in devices of traction power supply system. The latter, in its turn, is possible only by modeling, including imitative, because high-speed trains in Ukraine is missing and therefore experimental studies impossible.

The purpose of the work was to develop in Matlab (Simulink) imitative model of electromagnetic processes in traction AC in batch high-speed trains, and by modeling to determine the voltage at the pantograph of the locomotive, its current and feeder current and power loss in traction network for various parameters of trains. The technique of modeling (in Matlab) train situation at mipasiasync section in  different variants, the number of trains in the package and the distance between trains. The calculated stress on scrumpymacs locomotives in packages, their current, as well as current and power loss sections traction network for batch movement speed, with a speed of200 km/htrains. In developed simulation models of processes in the system traction power supply first proposed identification model electric rolling stock (locomotive) AC. For the first time the regularities of the influence of the number of trains in service, miptsteatte distance and time interval passing of trains on the voltage at scrumpymacs, their currents, and the feeder current and power loss in traction network.

It is shown that the requirements of PTE electrified Railways of Ukraine on valid input level voltage at the pantograph of the locomotive under the given conditions of the modeling are performed. The increase of power losses in traction network in packet trains should be taken into account in the composition and process losses, which are included in the contingent loss of power.

Keywords


modeling; packages trains; speed; power train; voltage; current; electric; traction substation

References


Транспортна стратегія України на період до 2020 року // Схвалено розпорядженням Кабінету Міністрів України від 21.12.2010р. №2818-VI.

Про схвалення Стратегії розвитку залізничного транспорту на період до 2020 року // Кабінет Міністрів України. Розпорядження від 16 грудня 2009р. №1555-Р.

Biesenack, H. Тяговое электроснабжение высокоскоростных линий // Железные дороги мира, 2001, №6. – С.26 – 30.

Степанская, О. А. Особенности формирования нагрузок электротяговой сети скоростных линий железных дорог. Дисс. на соис. уч. ст. к.т.н., спец.: 05.22.07 – подвижной состав тел. дорог, тяга поездов и электрификация. – Санкт–Петербург, 2004. – 135с.

Hauptmann, A. Мощность тяговых подстанций для высокоскоростных линий. / А. Hauptmann // Железные дороги мира – 2002. –№8. – С.47-51.

Хворост, Н.В. Электрические железные дороги: этапы и перспективы развития / Н.В. Хворост, Н.В. Панасенко // Електротехніка і Електромеханіка. − 2003. − № 4. − С.104-114.

Хворост, Н.В. Совершенствование электрической тяги постоянного тока железных дорог Украины для скоростного пассажирского движения. / Н.В. Хворост, Ю.П. Гончаров, Н.В. Панасенко, Н.Н. Панасенко // Залізничний транспорт України. −2003. −№6. −С.25-31.

Міщенко, Т. М. Перспективи схемотехнічних рішень і моделювання підсистем електричної тяги при високошвидкісному русі поїздів / Т. М. Міщенко // Електротехніка і Електроенергетика. − 2014. − № 1. − С.19-28.

Міщенко, Т. М. Теоретичні аспекти та методи ідентифікації параметрів пристроїв системи електричної тяги. Метод миттєвих потужностей; паралельне з’єднання елементів / Т. М. Міщенко // Вісник Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна – Д. : ДНУЗТ, 2012. – Вип. 41. С.86 – 91.

Босий, Д.О. Імітаційне моделювання системи тягового електропостачання для дослідження показників якості електричної енергії на тягових підстанціях змінного струму / Д.О. Босий // Вісник Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна – Д. : ДНУЗТ, 2008. – Вип. 24. С.49 – 54.

Босий, Д.О. Математичне моделювання електротягового навантаження в задачах вивчення електромагнітних процесів для систем електропостачання електричного транспорту змінного струму / Д.О. Босий, В.Г. Сиченко // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск. − 2009. − Ч.3. − С.86-89.

Сиченко, В.Г. Моделювання електротягового навантаження в задачах електромагнітної сумісності електрифікованих залізниць постійного струму / В.Г. Сиченко, Є.М.Гайсьонок // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск. Силова електроніка та енергоефективність. − 2010. − Ч.2. − С.185-188.

Лагута, І.І. Моделювання системи тягового електропостачання з напівпровідниковими перетворювачами залізниць постійного струму. / І.І. Лагута, Ю.П. Гончаров, М.В. Панасенко, В.В. Замаруєв, В.В. Івахно, В.В. Божко, В.Н. Козачок, О.В. Сушко // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск − 2011. − Ч.2. − С.258-264.

Сиченко, В.Г. Моделювання електромагнітних процесів перетворення електричної енергії на тяговій підстанції постійного струму / В.Г. Сиченко, Б.А. Рябокінь, О.Д. Словак // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск − 2011. − Ч.2. − С.245-250.

Киселёв, И.П. Высокоскоростной железнодорожный транспорт: современные вызовы и перспективы развития. / И.П. Киселёв // Железнодорожный транспорт. −2012. −№11. −С.44-49.

Саввов, В.М. Обоснование параметров тягового электроснабжения и электроподвижного состава высокоскоростных железнодорожных линий в России. Дисс. на соис. уч. ст. к.т.н., спец.: 05.22.07 – подвижной состав тел. дорог, тяга поездов и электрификация. – Санкт–Петербург, 2002. – 136с.

Косарев, А.Б. Проблемы развития скоростного движения. / А.Б. Косарев, О.Н. Назаров // Материалы Второго международного симпозиума «Eltrans`2003», Санкт-Петербург. −2003. −С.42-54.

Марыкин, А.Н. Схемотехника современных тяговых подстанций постоянного тока и перспективные системы электроснабжения. / А.Н. Марыкин // Материалы международного симпозиума «Eltrans`2001», Санкт-Петербург. −2002. −С.147-155.

Котельников, А. Основные требования к системам и устройствам тягового электроснабжения скоростных и высокоскоростных магистралей. / А. Котельников // 6th Internotional Conference “Modern Electric Traction in Integrated XXIst Century Europe”, Warszawa, Poland, −2003. −Р.35-41.

Бадёр, М.П. Концепция обновления и перспективы технического развития систем тягового электроснабжения /М.П. Бадёр, В.Г. Сыченко // Технічна електродинаміка. Темат. вип. Силова електроніка та енергоефективність. Частина 2. −Київ. − 2009. −С.88-93.

Міщенко, Т.М. Математичне моделювання перехідних процесів в системі змінного струму «тягова мережа − електровоз» 1. Вмикання силового трансформатора електровоза в режимі холостого ходу; оцінка параметрів / Т.М. Міщенко, А.І. Кійко // Вісник ДНУЗТ. – 2011. – Вип.36. – С. 88-93.

Справочник по электроснабжению железных дорог. Под ред. К.Г. Марквардта. – М.: Транспорт, 1980. –256 с.

Сорин, Л.Н. Электровозы нового поколения и организация их разработки / Л.Н. Сорин, В.П. Янов // Материалы Второго международного симпозиума «Еltrans'2003», Санкт-Петербург. − 2003. − С.115-122.

Сергіенко, М.І. Основні вимоги і схемотехнічні рішення тягового частотно-регульованого електроприводу пасажирських електровозів. / М.І. Сергіенко, М.В. Панасенко // Залізничний транспорт України. −2009. −№5. −С.43-54.

Панасенко, Н.В. Концепция силовых схем тяговых асинхронных электропередач магистральных электровозов разных категорий и назначения для железных дорог Украины. / Н.В. Панасенко, Н.Н Панасенко, В.Н. Панасенко // Вестник ВЭлНИИ, Новочеркасск, ОАО «ВЭлНИИ». −2008. −№3(52). −С.15-20.

Лашко, А.Д. Технічні вимоги до тягового рухомого складу нового покоління. / А.Д. Лашко, С.Г. Грищенко // Залізничний транспорт України. −2008. −№3. −С.11-14.

Міщенко, Т. М. Теоретичні аспекти та методи ідентифікації параметрів пристроїв системи електричної тяги. Метод миттєвих потужностей; послідовне з’єднання елементів. / Т. М. Міщенко // Вісник Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна – Д. : ДНУЗТ, 2012. – Вип. 41. – С.121 – 126.

Колодяжный, Н. В. Высокоскоростное пассажирское движение. – М.: Транспорт, 1967. – 415 с.

REFERENCES

Transportna strategiya Ukrayini na period do 2020 roku [Transport Strategy of Ukraine till 2020]. Approved by Cabinet of Ministers of Ukraine 21.12.2010 №2818-VI.

Pro shvalennya Strategiyi rozvitku zaliznichnogo transportu na period do 2020 roku [On approval of the Strategy of railway transport development for the period till 2020]. The Cabinet of Ministers of Ukraine. Order of 16 December 2009. №1555-P.

Biesenack H. Tjagovoe jelektrosnabzhenie vysokoskorostnyh linij [Traction power supply high-speed lines]. Zheleznye dorogi mira – Railroad of the world, 2001, №6. - P.26 - 30.

Stepanskaya О.А. Osobennosti formirovanija nagruzok jelektrotjagovoj seti skorostnyh linij zheleznyh dorog [Features of formation of the electrical traction loads the network of high-speed railway lines]. Diss. na gois. uch. st. k.t.n., spec.: 05.22.07 – podvizhnoj sostav tel. dorog, tjaga poezdov i jelektrifikacija. – Diss. on SOEs. art PhD, spec.: 05.22.07 - rolling tel roads, traction of trains and electrification. - St. Petersburg, 2004. – 135p.

Hauptmann A. Moshchnost tyagovyh podstantsiy dlya vysokoskorostnyh liniy [Power traction substations for high-speed lines]. Zheleznye dorogi mira – Railways of the world - 2002. -№8. - P.47-51

Hvorost N.V., Panasenko N.V. E'lektricheskie zheleznye dorogi: e'tapy i perspektivy razvitiya [Electric Railways: stages and perspectives of development]. Elektrotexnіka і Elektromexanіka – Electrical engineering and Electromechanics. - 2003. - № 4. - P.104-114.

Hvorost N.V., Goncharov J. P., Panasenko N. V., Panasenko N. N. Sovershenstvovanie e'lektricheskoj tyagi postoyannogo toka zheleznyx dorogo Ukrainy dlya skorostnogo passazhirskogo dvizheniya [The development of electric traction DC Railways of Ukraine for speed passenger traffic]. Zalіznichnij transport Ukrayini – Railway transport of Ukraine. -2003. - No. 6. P. 25-31.

Mishchenko T.M. Perspektivi shemotehnichnih rishen i modelyuvannya pidsistem elektrichnoyi tyagi pri visokoshvidkisnomu rusi poyizdiv [Prospects circuit design and modeling subsystems of electric traction under high-speed trains]. Elektrotehnika i Elektroenergetika – Electrical and power. - 2014. - No. 1. - Page 19-28.

Mishchenko T.M. Teoretichnі aspekti ta metodi іdentifіkacії parametrіv pristroїv sistemi elektrichnoї tjagi. Metod mittєvih potuzhnostej; paralel'ne z’єdnannja elementіv [Theoretical aspects and methods of identification of parameters of devices of the electric traction system. The method of instant capacity; parallel connection of elements]. Vіsnik DNUZT – Bulletin of Dnepropetr. NAT. Univ Rail. Tr. Acad. V. Lazaryan – D.: DNURT, 2012. - Vol. 41. P. 86 - 91.

Bosiy D.O. Imitatsiyne modelyuvannya sistemi tyagovogo elektropostachannya dlya doslidzhennya pokaznikiv yakosti elektrichnoyi energiyi na tyagovih pidstantsiyah zminnogo strumu [Modeling of electric traction system for the study of indicators of quality of electric energy for traction substations AC]. Visnik DNUZT – Bulletin of Dnepropetr. NAT. Univ Rail. Tr. Acad. V. Lazaryan - D : DNURT, 2008. - Vol. 24. P. 49 - 54.

Bosiy D.O., V.G. Sichenko Matematichne modelyuvannya elektrotyagovogo navantazhennya v zadachah vivchennya elektromagnitnih protsesiv dlya sistem elektropostachannya elektrichnogo transportu zminnogo strumu [Mathematical modeling of electrical traction load problems in the study of electromagnetic processes for electric vehicle power supply systems AC]. Tehnichna elektrodinamika. Tematichniy vipusk – Technical electrodynamics. Thematic issue. - 2009 - Part 3. - P.86-89

Sichenko V.G., Haysonok Ye.M. Modelyuvannya elektrotyagovogo navantazhennya v zadachah elektromagnitnoyi sumisnosti elektrifikovanih zaliznits postiynogo strumu [Modeling of electrical traction load in problems EMC electrified railways DC]/ Tehnichna elektrodinamika. Tematichniy vipusk «Silova elektrodinamika ta energoefektivnist» – Technical electrodynamics. Thematic issue. Power Electronics and Energy Efficiency. - 2010 - Part 2. - P.185-188.

Lahuta I.I., Goncharov J.P., Panasenko M.V., Bozhko V.N., Kozachok V.V., Zamaruyev V.V., Ivahno V.V., Sushko O.V. Modelyuvannya sistemi tyagovogo elektropostachannya z napivprovidnikovimi peretvoryuvachami zaliznits postiynogo strumu [Modeling of traction power supply with semiconductor converters DC Railway]. Tehnichna elektrodinamika. Tematichniy vipusk – Technical electrodynamics. Themed Issue - 2011 - Part 2. - P.258-264.

Sichenko V.G., Ryabokon B.A., Slovak O.D. Modelyuvannya elektromagnitnih protsesiv peretvorennya elektrichnoyi energiyi na tyagoviy pidstantsiyi postiynogo strumu [Modeling of electromagnetic processes for converting electrical energy substation DC]/ Tehnichna elektrodinamika. Tematichniy vipusk – Technical electrodynamics. Themed Issue - 2011 - Part 2. - P.245-250.

Kyselev I.P. Vysokoskorostnoj zheleznodorozhnyj transport: sovremennye vyzovy i perspektivі razvitija [High-speed rail transport: current challenges and prospects]. Zheleznodorozhnyj transport – Railway transport. -2012. - No. 11. -P. 44-49.

Savvov V.M. Obosnovanie parametrov tyagovogo elektrosnabzheniya i elektropodvizhnogo sostava vysokoskorostnyh zheleznodorozhnyh liniy v Rossii [Substantiation of parameters of the traction power supply and electric rolling stock of high-speed railway lines in Russia]. Diss. na sois. uch. st. k.t.n., spets.: 05.22.07 – podvizhnoy sostav tel. dorog, tyaga poezdov i elektrifikatsiya – Diss. on SOEs. art PhD, spec.: 05.22.07 - rolling tel roads, traction of trains and electrification. - St. Petersburg, 2002. - P.136.

Kosarev A.B., Nazarov A. N. Problemy razvitiya skorostnogo dvizheniya [Problems of development of high-speed traffic]. Materialy Vtorogo mezhdunarodnogo simpoziuma «Eltrans`2003» – Proceedings of the Second international Symposium, Еltrans`2003, St. Petersburg. -2003. -Page 42-54.

Marukin A. N. Shemotehnika sovremennyh tjagovyh podstancij postojannogo toka i perspektivnye sistemy jelektrosnabzhenija [The circuitry of modern traction substations DC current and future electricity system]. Materialy mezhdunarodnogo simpoziuma «Eltrans-2001» – Proceedings of the international Symposium "Eltrans`2001, St. Petersburg. -2002. P. 147-155.

Kotelnikov A. Osnovnye trebovanija k siste-mam i ustrojstvam tjagovogo jelektrosnabzhenija skorostnyh i vysokoskorostnyh magistralej [Basic requirements for systems and traction power supply devices and high-speed highways]. 6th Internotional Conference “Modern Electric Traction in Integrated XXIst Century Europe” – 6th International Conference “Modern Electric Traction in Integrated XXIst Century Europe”, Warszawa, Poland, -2003. -P. 35-41.

Bader M.P., Sichenko V.G. Koncepcija obnovlenija i perspektivy tehnicheskogo razvitija sistem tjagovogo jelektrosnabzhenija [The concept of renovation and perspectives technical development of traction power supply]. Tehnі-chna elektrodinamіka. Temat. vip. Silova elektronіka ta energoefektivnіst' – Technical electrodynamics. Theme. vol. Power electronics and energy efficiency. Part 2. -Kiev. - 2009. -P. 88-93.

Mіschenko T.M., Kiyko A.I. Matematichne modelyuvannya perehidnih protsesiv v sistemi zminnogo strumu «tyagova merezha − elektrovoz» 1. Vmikannya silovogo transformatora elektrovoza v rezhimi holostogo hodu; otsinka parametriv [Mathematical modeling of transients in the AC system with a traction chain - electric locomotive" 1. The inclusion of a power transformer locomotive idling; estimation of parameters]. Visnyk DNUZT – Bulletin of DNURT. - 2011. - Vol.36. P. 88-93.

Spravochnik po elektrosnabzheniyu zheleznyh dorog [Handbook of railway power supply]. Ed. K.G. Marquardt. -Moscow Transport, 1980. -256 p.

Sorin L.N., Yanov V.P. Jelektrovozy novogo pokolenija i organizacija ih razrabotki [A new generation of electric and organization development]. Materialy Vtorogo mezhdunarodnogo simpoziuma «Eltrans-2003» – Proceedings of the Second International Symposium "Eltrans`2003", St. Petersburg. - 2003. - P.115-122.

Sergіenko M.І., Panasenko N. In. Osnovni vymogy i sxemotexnichni rishennya tyagovogo chastotno-regulovanogo elektropryvodu pasazhyrskyx elektrovoziv [Basic requirements and circuit solutions traction frequency-controlled electric passenger locomotives]. Zaliznychnyj transport Ukrayiny – The Railway transport of Ukraine. -2009. - No. 5. P. 43-54.

Panasenko N.V., Panasenko N.N., Panasenko V.N. Koncepcija silovyh shem tjagovyh asinhronnyh jelektroperedach magistral'nyh jelektrovozov raznyh kategorij i naznachenija dlja zheleznyh dorog Ukrainy [The concept of power circuits of traction power asynchronous electric locomotives of different categories and destination for the railways of Ukraine]. Vestnik VJelNII – Bulletin VELNII, Novocherkassk, JSC "VELNII." -2008. -№3 (52). -P.15-20.

Lasko A.D., Grishchenko S. G. Tehnіchnі vimogi do tjagovogo ruhomogo skladu novogo pokolіnnja [Technical requirements for traction rolling stock of the new generation]. Zalіznichnij transport Ukrayini – The Railway transport of Ukraine. -2008. - No. 3. -P. 11-14.

Mіschenko T.M. Teoretichnі aspekti ta metodi іdentifіkacії parametrіv pristroїv sistemi elektrichnoї tjagi. Metod mittєvih potuzhnostej; poslіdovne z’єdnannja elementіv [Theoretical aspects and methods of identification of parameters of devices of the electric traction system. The method of instant capacity; serial connection elements]. Vіsnik DNUZT – Bulletin of Dnepropetr. NAT. Univ Rail. Tr. Acad. V. Lazaryan - D : DNURT, 2012. - Vol. 41. P. 121 – 126

Kolodyazhny N.V. Vysokoskorostnoe passazhirskoe dvizhenie [High-speed passenger traffic]. - M .: Transport, 1967. - 415 p.


GOST Style Citations