Modern Transportation Systems and TechnologiesModern Transportation Systems and Technologies2782-3733Eco-Vector11155410.17816/transsyst20228474-90Research ArticleSimulation models and application options of electric power storage systems in traction power supplyNezevakVladislav L.<p>Candidate of Technical Sciences, Associate Professor</p>nezevakwl@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1205-1994DmitrievAleksandr D.<p>Aspirant</p>alexandrorado@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3593-0737Omsk State Transport University2412202284749004102022Copyright © 2022, Nezevak V.L., Dmitriev A.D.2022<p><strong>Background: </strong>the determination of the energy indicators of the traction power supply system based on the train schedule in the conditions of operation of storage devices is based on the solution of a number of instantaneous schemes, each of which corresponds to the established operating mode. These methods require adaptation to account for non-linear characteristics or indicators, the value of which is associated with the retrospective of the change. In this regard, it is necessary to use calculation methods based on the solution of differential equations to solve problems related to the assessment of performance in transient or emergency modes, taking into account dynamic characteristics. Modeling the operation of storage devices in the traction power supply system allows you to evaluate the change in indicators depending on the parameters of the devices, traction load and circuit solutions for various topologies.</p>
<p><strong>Aim: </strong>to determine the structure of models of electric power storage devices in DC and AC traction power supply systems, to consider the results of calculating the main energy indicators, to determine ways to improve circuit solutions based on the identified features, to determine the technical requirements for electric power storage devices in traction power supply.</p>
<p><strong>Materials and Methods: </strong>to obtain the results, methods for solving differential equations corresponding to various variants of the topology of storage devices in traction power supply, implemented in the Matlab software package, are used.</p>
<p><strong>Results</strong><strong>: </strong>the results obtained allow us to determine the structure of storage devices for traction power supply, evaluate models of devices for traction power supply of direct and alternating current, outline the prospects for further research in the field of circuit solutions and required device parameters.</p>
<p><strong>Conclusion: </strong>the results of the study allow models of electricity storage devices and technical solutions for their implementation aimed at introducing DC and AC traction power supply into the system.</p>traction power supply systemelectric power generation devicemathematical modelactive and passive topologyconvertertransformercontrol systemсистема тягового электроснабженияустройство наколпения электроэнергииматематическая модельактивная и пассивная топологияпреобразовательтрансформаторсистема регулирования[Зырянов В.М., Кирьянова Н.Г., Коротков И.Ю. и др. Системы накопления энергии: российский и зарубежный опыт // Энергетическая политика. – 2020. – № 6(148). – С. 76–87. [Zyryanov VM, Kiryanova NG, Korotkov IY, et al. Energy storage systems: russian and international experience. Energy Policy. 2020;6(148):76-87. (In Russ.)]. doi: 10.46920/2409-5516_2020_6148_76][Воропай Н.И., Уколова Е.В., Герасимов Д.О. и др. Исследование мультиэнергетического объекта методами имитационного моделирования // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2018. – Т. 22. – № 12(143). – С. 157–168. [Voropaj NI, Ukolova EV, Gerasimov DO, et al. Issledovanie mul'tienergeticheskogo ob"ekta metodami imitacionnogo modelirovaniya. iPolytech Journal. 2018;22.12(143):157-168. (In Russ.)]. doi: 10.21285/1814-3520-2018-12-157-168][Сердюкова Е.В. Принципы преобразования в интегрированной энергетической системе при применении концепции энергетического хаба // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. – 2021. – Т. 24. – № 3. – С. 88–96. [Serdyukova EV. Principy preobrazovaniya v integrirovannoj energeticheskoj sisteme pri primenenii koncepcii energeticheskogo haba. Vestnik IzhGTU imeni M.T. Kalashnikova. 2021;24.3:88-96. (In Russ.)]. doi: 10.22213/2413-1172-2021-3-88-96][Соснина Е.Н., Шалухо А.В., Веселов Л.Е. Исследование режимов работы системы электроснабжения с ТОТЭ на биогазе // Кибернетика энергетических систем: Сборник материалов ХL сессии научного семинара по тематике «Диагностика энергооборудования», Новочеркасск, 25–26 сентября 2018 года. – Новочеркасск: Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, 2018. – С. 29–33. [Sosnina EN, Shaluho AV, Veselov LE. Issledovanie rezhimov raboty sistemy elektrosnabzheniya s TOTE na biogaze. Kibernetika energeticheskih sistem: Sbornik materialov ХL sessii nauchnogo seminara po tematike "Diagnostika energooborudovaniya", Novocherkassk, 25–26 sentyabrya 2018 goda. Novocherkassk: YUzhno-Rossijskij gosudarstvennyj politekhnicheskij universitet (NPI) imeni M.I. Platova, 2018:29-33. (In Russ.)]. Ссылка активна на: 02.10.2022. Доступно по: https://www.npi-tu.ru/science/activities/konferentsii/conf_archive/assets/Kibernetika_2018.pdf][Шалухо А.В., Липужин И.А., Шароватов Р.А. Разработка алгоритма управления и Simulink-модели автономной системы электроснабжения с ТОТЭ на биогазе // Электроэнергетика глазами молодежи: Материалы ХII Международной научно-технической конференции, Нижний Новгород, 16–19 мая 2022 года. – Нижний Новгород: Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, 2022. – С. 94–97. [Shaluho AV, Lipuzhin IA, Sharovatov RA. Razrabotka algoritma upravleniya i Simulink-modeli avtonomnoj sistemy elektrosnabzheniya s TOTE na biogaze. Elektroenergetika glazami molodezhi: Materialy ХII Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii, Nizhnij Novgorod, 16–19 maya 2022 goda. Nizhnij Novgorod: Nizhegorodskij gosudarstvennyj tekhnicheskij universitet im. R.E. Alekseeva, 2022:94-97. (In Russ.)].][Ян Ю., Соломин Е.В., Сюе Ж. и др. Исследование MPPT-управления горизонтально-осевой ветроэнергетической установкой // Электропитание. – 2020. – № 1. – С. 48–61. [An Yu, Solomin EV, Syue ZH, et al. Horizontal axis wind turbine MPPT-control research. Power supply. 2020;1:48-61. (In Russ.)]. Ссылка активна на: 02.10.2022. Доступно по: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43871879][Лукутин Б.В., Муравьев Д.И. Имитационная модель фотодизельной системы электроснабжения с интеллектуальным управлением в matlab/simulink // Омский научный вестник. – 2021. – № 4(178). – С. 52-62. [Lukutin BV, Murav'ev DI. Imitacionnaya model' fotodizel'noj sistemy elektrosnabzheniya s intellektual'nym upravleniem v matlab/Simulink. Omskij nauchnyj vestnik. 2021;4(178):52-62. (In Russ.)]. doi: 10.25206/1813-8225-2021-178-52-62][Lukutin BV, Murav'ev DI. Optimization of operational control of autonomous photo-diesel power supply system with DC bus. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2022;333.4:224-235. doi: 10.18799/24131830/2022/4/3619][Илюшин П.В., Шавловский С.В. Использование сегментированной статической характеристики по частоте для поддержания уровня заряда системы накопления электроэнергии // Электроэнергия. Передача и распределение. – 2021. – № 5(68). – С. 44–53. [Ilyushin PV, SHavlovskij SV. Ispol'zovanie segmentirovannoj staticheskoj harakteristiki po chastote dlya podderzhaniya urovnya zaryada sistemy nakopleniya elektroenergii. Elektroenergiya. Peredacha i raspredelenie. 2021;5(68):44-53. (In Russ.)]. Ссылка активна на: 02.10.2022. Доступно по: https://www.eriras.ru/files/_ilyushin_5_68_2021_eepir_verstka_final.pdf][Илюшин П.В., Шавловский С.В. Механизмы окупаемости инвестиций в системы накопления электрической энергии при их использовании для снижения пиковых нагрузок и затрат на мощность // Релейная защита и автоматизация. – 2021. – № 1(42). – С. 12–20. [Ilyushin PV, SHavlovskij SV. Mekhanizmy okupaemosti investicij v sistemy nakopleniya elektricheskoj energii pri ih ispol'zovanii dlya snizheniya pikovyh nagruzok i zatrat na moshchnost'. Relejnaya zashchita i avtomatizaciya. 2021;1(42):12-20. (In Russ.)]. Доступно по: https://www.eriras.ru/files/statya_ilyushin_shavlovskiy._mekhanizmy_okupaemosti_snee.pdf Ссылка активна на: 02.10.2022.][Илюшин П.В., Шавловский С.В. Принципы построения систем управления гибридными СНЭЭ на основе детерминированного подхода в изолированных промышленных энергорайонах // Релейная защита и автоматизация. – 2022. – № 3(48). – С. 32–42. [Ilyushin PV, SHavlovskij SV. Principy postroeniya sistem upravleniya gibridnymi SNEE na osnove determinirovannogo podhoda v izolirovannyh promyshlennyh energorajonah. Relejnaya zashchita i avtomatizaciya. 2022;3(48):32-42. (In Russ.)]. Ссылка активна на: 02.10.2022. Доступно по: https://www.eriras.ru/files/_statya_ilyushin_shavlovskiy_final.pdf][Булатов Ю.Н. Крюков А.В., Нгуен В.Х. Применение накопителей энергии и управляемых установок распределенной генерации для снижения провалов напряжения в сетевом энергетическом кластере // Системы. Методы. Технологии. – 2018. – № 2(38). – С. 38–43. [Bulatov YuN. Kryukov AV, Nguen VH. Primenenie nakopitelej energii i upravlyaemyh ustanovok raspredelennoj generacii dlya snizheniya provalov napryazheniya v setevom energeticheskom klastere. Sistemy. Metody. Tekhnologii. 2018;2(38):38-43. (In Russ.)]. doi: 10.18324/2077-5415-2018-2-38-43][Шевлюгин М.В., Голицына А.Е., Стадников А.Н. Опытная эксплуатация накопителей энергии неуправляемого типа на тяговых подстанциях Московского метрополитена // Электропитание. – 2019. – № 4. – С. 51–60. [SHevlyugin MV, Golicyna AE, Stadnikov AN. Opytnaya ekspluataciya nakopitelej energii neupravlyaemogo tipa na tyagovyh podstanciyah Moskovskogo metropolitena. Elektropitanie. 2019;4:51-60. (In Russ.)]. Ссылка активна на: 02.10.2022. Доступно по: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42851490][Валинский О.С., Евстафьев А.М., Никитин В.В. К вопросу определения емкости накопителя энергии для тягового подвижного состава железных дорог // Электроника и электрооборудование транспорта. – 2021. – № 2. – С. 8–11. [Valinskiy OS, Evstafev AM, Nikitin VV. To the question of determining the capacity of the energy storage for traction rolling storage of railways. Electronics and electrical equipment of transport. 2021;2:8-11. (In Russ.)]. Ссылка активна на: 02.10.2022. Доступно по: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47379511][Незевак В.Л., Плотников Ю.В., Шатохин А.П. Моделирование процессов работы гибридного накопителя электроэнергии в системе тягового электроснабжения на физической модели. Часть 1. // Электроника и электрооборудование транспорта. – 2020. – № 1. – С. 33–37. [Nezevak VL, Plotnikov YV, Shatohin AP. Modeling of work processes hybrid drive power on the physical model. Part 1. Electronics and electrical equipment of transport. 2020;1:33-37. (In Russ.)]. Ссылка активна на: 02.10.2022. Доступно по: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42492382][Sauer DU, Wenzl H. BATTERIES. Lifetime Prediction. Encyclopedia of Electrochemical Power Sources. 2009;522-538. doi: 10.1016/b978-044452745-5.00852-2][Keil P, Jossen A. Impact of Dynamic Driving Loads and Regenerative Braking on the Aging of Lithium-Ion Batteries in Electric Vehicles. Journal of the electrochemical society. 2017;164(13):3081-3092. doi: 10.1149/2.0801713jes][Дубицкий М.А., Рыкова А.А. Классификация резервов мощности электроэнергетических cиcтем // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2014. – № 8(91). – С. 141–147. [Dubickij MA, Rykova AA. Klassifikaciya rezervov moshchnosti elektroenergeticheskih cictem. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2014;8(91):141-147. (In Russ.)].]