Nghiên cứu phương pháp tính toán công suất điện kéo hệ thống cung cấp điện đường sắt đô thị

Bài viết tập trung nghiên cứu về phương pháp tính toán công suất điện cho sức kéo hệ thống cung cấp điện đường sắt đô thị. Chương trình tính toán được xây dựng dựa trên phần mềm Matlab/Simulink. Kết quả tính toán đưa ra công suất để lựa chọn tổ hợp máy biến áp và chỉnh lưu trong trạm điện kéo hệ thống cung cấp điện đường sắt đô thị.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu phương pháp tính toán công suất điện kéo hệ thống cung cấp điện đường sắt đô thị Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT ĐIỆN KÉO HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ Đặng Việt Phúc 1*, Trần Văn Khôi1 1 Trường Đại học Giao thông Vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội * Tác giả liên hệ: Email: dvietphuc1984@utc.edu.vn; Tel: 0966802926 Tóm tắt. Bài báo tập trung nghiên cứu về phương pháp tính toán công suất điện cho sức kéo hệ thống cung cấp điện đường sắt đô thị. Chương trình tính toán được xây dựng dựa trên phần mềm Matlab/Simulink. Kết quả tính toán đưa ra công suất để lựa chọn tổ hợp máy biến áp và chỉnh lưu trong trạm điện kéo hệ thống cung cấp điện đường sắt đô thị. Từ khóa: Hệ thống đường sắt đô thị, hệ thống cung cấp điện kéo, công suất điện dành cho sức kéo, phương pháp tính toán công suất. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, các tuyến đường sắt đô thị (ĐSĐT) đang được xây dựng ở thành phố Hà Nội, cũng như tại thành phố Hồ Chí Minh. Hệ thống cung cấp điện các tuyến ĐSĐT bao gồm phụ tải điện kéo và không điện kéo. Công suất điện kéo là công suất sử dụng của các đoàn tàu. Tính toán công suất điện kéo là một phần quan trọng trong giai đoạn thiết kế các tuyến ĐSĐT mới. Công suất điện kéo được dùng để lựa chọn số lượng và loại các tổ hợp máy biến áp – chỉnh lưu. Ở nước ta, với quy mô xây dựng mới rất nhiều tuyến ĐSĐT, phương pháp xác định công suất điện dành cho sức kéo của đoàn tàu ngày càng được quan tâm. Ở các nước tiên tiến trên thế giới, công nghệ về giao thông ĐSĐT tới nay đã tương đối hoàn thiện, trong khi đó đây lại là vấn đề còn mới ở Việt Nam. Những năm gần đây đã có một số công trình nghiên cứu trong nước liên quan tới kỹ thuật cấp điện kéo cho giao thông đường sắt như nghiên cứu lựa chọn công nghệ điện khí hóa đường sắt và điện giao thông thành phố [1], nghiên cứu công nghệ cung cấp điện cho giao thông đường sắt cao tốc và đô thị [2], ước lượng năng lượng tái sinh có khả năng thu hồi được tại vị trí trạm điện kéo [3], các tài liệu [4,5,6] đã tiến hành mô phỏng hệ thống cung cấp điện kéo đường sắt đô thị, trong đó trạm điện kéo có ứng dụng bộ chỉnh lưu 12-xung. Tuy nhiên các nghiên cứu trên chưa có nội dung về cách xác định công suất điện kéo trong hệ thống cung cấp điện đường sắt đô thị. Từ thực tế nêu trên, bài báo này đi nghiên cứu phương pháp tính toán công suất điện kéo, từ đó làm cơ sở cho việc tính toán công suất trong giai đoạn thiết kế hệ thống cung cấp điện các tuyến ĐSĐT tại Hà Nội, cũng như thành phố Hồ Chí Minh trong tương lai. Bài báo trình bày phương pháp tính toán công suất điện kéo dựa trên các số liệu về đặc điểm của tuyến đường, lưu lượng luân chuyển hành khách, thông số của đoàn tàu. Nhóm tác giả xây dựng chương trình tính toán công suất trên phần mềm -178- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải Matlab. Sau đó dựa vào thuyết minh thiết kế cơ sở và thuyết minh thiết kế tuyến ĐSĐT thí điểm thành phố Hà Nội đoạn Nhổn-Ga Hà Nội để so sánh với kết quả của phương pháp tính toán công suất điện kéo đã được xây dựng. 2. TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT DÀNH CHO SỨC KÉO ĐOÀN TÀU 2.1. Phương pháp tính toán công suất điện kéo tuyến đường sắt đô thị Hệ thống cung cấp điện đường sắt đô thị gồm các loại phụ tải rất đa dạng như phụ tải chiếu sáng, phụ tải động lực, phụ tải hệ thống thông tin tín hiệu, phụ tải điện kéo là các đoàn tàu,… Phụ tải điện là số liệu đầu tiên và quan trọng nhất để tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện đường sắt đô thị. Xác định phụ tải điện quá lớn so với thực tế sẽ dẫn đến lựa chọn các thiết bị điện quá lớn làm tăng vốn đầu tư. Xác định phụ tải điện quá nhỏ dẫn tới chọn thiết bị điện quá nhỏ sẽ bị quá tải gây cháy nổ, hư hại công trình, làm mất điện. Trong các loại phụ tải hệ thống đường sắt đô thị, việc xác định công suất điện kéo để lựa chọn công suất máy biến áp và chỉnh lưu trong trạm điện kéo. Năng lượng điện kéo được cung cấp từ mạch tiếp xúc cho đoàn tàu để thắng được lực cản chuyển động riêng, lực cản do đường cong và độ dốc trắc dọc của tuyến đường. Năng lượng tiêu thụ của đoàn tàu dành cho sức kéo có thể xác định theo đồ thị chuyển động của đoàn tàu hoặc theo phương pháp phân tích tính toán các thành phần riêng biệt. Năng lượng dành cho sức kéo của đoàn tàu Ak trong khoảng thời gian T, có thể xác định theo biểu thức (1) [7,8], phụ thuộc vào điện áp trên cần tiếp điện đoàn tàu Utx, dòng điện tiêu thụ của đoàn tàu It. Điện áp trên cần tiếp điện của đoàn tàu thay đổi trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn quy định, giá trị dao động tương đối nhỏ trong quá trình chuyển động của đoàn tàu. Vì vậy, trong tính toán năng lượng tiêu thụ của đoàn tàu, chúng ta có thể coi giá trị đó là không đổi và bằng giá trị điện áp trung bình trên mạch tiếp xúc. T U tx  I t dt Ak = 0 (1) 3600 Trong việc tính toán năng lượng sức kéo khi đã biết đường cong dòng điện tiêu thụ của đoàn tàu, thời gian T được chia nhỏ thành các khoảng thời gian ∆t mà trong khoảng thời gian đó, giá trị dòng điện tiêu thụ của đoàn tàu thay đổi rất nhỏ. Năng lượng sức kéo của đoàn tàu được xác định theo biểu thức (2) [7,8]. k Ak = U tx  I t .k t (2) 0 Trong quá trình chuyển động, ngoài năng lượng dùng cho sức kéo, đoàn tàu sử dụng năng lượng phụ trợ không phải sức kéo Ap [7,8]. Ap = PpT / 3600 ...