Phương pháp tối ưu vị trí và dung lượng bộ nghịch lưu trong hệ thống cung cấp điện kéo đường sắt đô thị

  • Trần Văn Khôi

    Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam
  • An Thị Hoài Thu Anh

    Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam
  • Đặng Việt Phúc

    Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam
Email: tvkhoi.ktd@utc.edu.vn
Từ khóa: Tàu điện đô thị, Tiết kiệm năng lượng, Trạm nghịch lưu, Năng lượng hãm tái sinh, Thuật toán tối ưu.

Tóm tắt

Thu hồi năng lượng dư thừa trên lưới tiếp xúc trả về lưới trung áp là một trong các biện pháp hiệu quả thu hồi năng lượng tái sinh trong quá trình hãm, xuống dốc của các đoàn tàu trong quá trình vận hành. Để đạt được hiệu quả thu hồi lớn nhất, bên cạnh chế độ điều khiển thì vị trí và dung lượng các bộ nghịch lưu đóng vai trò rất quan trọng. Bài báo này trình bày một phương pháp xác định vị trí tối ưu và dung lượng của các bộ nghịch lưu trong hệ thống cung cấp điện kéo cho các tuyến đường sắt đô thị. Mục tiêu là tìm được phương án bố trí nghịch lưu để tối thiểu hóa tổng chi phí tiêu thụ điện năng và chi phí đầu tư các bộ nghịch lưu, từ đó mang lại lợi ích kinh tế lớn nhất. Phương pháp đề xuất được thực hiện trong hai giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất áp dụng thuật toán trào lưu công suất để xác định mức năng lượng tiêu thụ và năng lượng thu hồi tại mỗi trạm điện kéo tương ứng với các trường hợp bố trí nghịch lưu trong các chế độ vận hành. Giai đoạn hai tìm kiếm vị trí và dung lượng các bộ nghịch lưu để tổng chi phí là tối thiểu. Thuật toán đề xuất được kiểm nghiệm trên một mô hình hệ thống cung cấp điện xây dựng theo số liệu tham khảo từ tuyến đường sắt Cát Linh – Hà Đông. Kết quả mô phỏng cho trường hợp vận hành 11 đoàn tàu, thời gian từ 5h đến 22h hàng ngày trong 10 năm thì chi phí khi có trang bị nghịch lưu là 252,98 tỷ so với 340,6 tỷ khi không dùng nghịch lưu. Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống ví dụ được tối ưu hóa và khả năng tiết kiệm năng lượng của nó là đáng chú ý.

Tài liệu tham khảo

[1] H. J. Chuang, Optimization of inverter placement for mass rapid transit systems by immune algorithm, Electric Power Applications (IEE Proc Elec Power Appl), 152 (2005) 61-71. https://doi.org/10.1049/ip-epa:20041143
[2] Y. S. Tzeng, R. N. Wu, N. Chen, Electric Network Solutions of DC Transit Systems with Inverting Substations, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 47 (1998) 1405-1412. https://doi.org/10.1109/25.728537
[3] C. S. Chang, J. S. Low, D. Srinivasan, Application of Tabu Search in Optimal System Design and Operation of MRT Power Supply Systems, IEE Proceedings-Electric Power Applications, 146 (1999) 75-80. https://doi.org/10.1109/25.728537
[4] C. S. Chang et al., Bicriterion Optimisation for Tractions in Rapid Transit Systems Using Genetic Algorithms, IEE Proceedings-Electric Power Applications, 145 (1998) 49-54. https://doi.org/10.1049/ip-epa:19981485
[5] T. Suzuki, DC power-supply system with inverting substations for traction systems using regenerative brakes, IEE Proc. B Electr. Power Appl, 129 (1982) 18-26. https://doi.org/10.1049/ip-b.1982.0002
[6] P. H. Henning et al., A 1.5-MW seven-cell series-stacked converter as an active power filter and regeneration converter for a dc traction substation, IEEE Trans. Power Electron, 23 (2008) 2230–2236. https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.2001882
[7] A. J. Gray, D. Stinton, Designing Reversible Substations using Inverters, in 7th IET Professional Development Course on Railway Electrification Infrastructure and Systems, 2015. https://doi.org/10.1049/ic.2015.0336
[8]. D. R. Dupré et al., Simulation-based assessment of the installation of a Reversible Substation in a railway line, including a realistic model of large traffic perturbations, Electrical Power and Energy Systems, 115 (2020) 1-15. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2019.105476
[9]. M. Khodaparastan et al., Recuperation of Regenerative Braking Energy in Electric Rail Transit Systems, IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 20 (2019) 2831-2847. https://doi.org/10.1109/TITS.2018.2886809
[10]. M. Popescu, A. Bitoleanu, A Review of the Energy Efficiency Improvement in DC Railway Systems, Energy, 12 (2019) 1092-1117. https://doi.org/10.3390/en12061092
[11] H. J. Chuang, Optimization of inverter placement for mass rapid transit systems using genetic algorithm, IEEE/PES Transmission and Distribution Conference & Exhibition, 152 (2005) 61-71. https://doi.org/10.1049/ip-epa:20041143
[12] C. H. Bae, A simulation study of installation locations and capacity of regenerative absorption inverters in DC 1500 V electric railways system, Simulation Modelling Practice and Theory, 17 (2009) 829-838. https://doi.org/10.1016/j.simpat.2009.02.003
[13] C. H. Bae et al., A study of the power capacity of regenerative inverters in a DC electric railway system, WIT Transactions on State of the Art in Science and Engineering, 39 (2010) 35-44. https://doi.org/10.2495/978-1-84564-498-7/04
[14] W. Jefimowski, A. Szelag, The multi-criteria optimization method for implementation of a regenerative inverter in a 3 kV DC traction system, Electric Power Systems Research, 161 (2018) 61-73. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2018.03.023
[15] S. A. HosseiniPour, M. R. Zolghadri, Effectiveness and Optimal Placement of Bidirectional Substations for Regenerative Braking Energy Recovery in Electrical Network of Metro System, International Journal of Railway Research, 6 (2019) 43-52. http://ijrare.iust.ac.ir/article-1-229-en.html
[16] Trần Văn Khôi, Nguyễn Đức Khương, Ước lượng năng lượng thu hồi tại các trạm điện kéo dựa trên mô hình mạng công suất, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, 71 (2020) 196-209. https://doi.org/10.25073/tcsj.71.3.4
[17] Dự án thiết kế xây dựng tuyến đường sắt đô thị Hà Nội - Tuyến Cát Linh Hà Đông, phần 2 Tổng hợp, quyển 2 Quản lý vận hành và khai thác chạy tàu, 2013.

Tải xuống

Chưa có dữ liệu thống kê
Nhận bài
06/01/2021
Nhận bài sửa
07/04/2021
Chấp nhận đăng
23/04/2021
Xuất bản
15/06/2021
Chuyên mục
Công trình khoa học