Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Về một giải pháp điều khiển quá trình trao đổi năng lượng hãm của tàu điện đường sắt đô thị Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:163

Thêm vào BST

Báo xấu

42
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn thiết kế điều khiển quá trình nạp-xả thiết bị tích trữ năng lượng kho điện thu hồi năng lượng hãm tái sinh, giảm dao động điện áp trên Bus DC; áp dụng lý thuyết tối ưu xác định profile tốc độ chạy tàu nhằm tối ưu năng lượng chạy tàu khi nguồn cấp cho tàu điện gồm cả nguồn lưới và nguồn siêu tụ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Về một giải pháp điều khiển quá trình trao đổi năng lượng hãm của tàu điện đường sắt đô thị Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI –––––––––––––o0o––––––––––––– AN THỊ HOÀI THU ANH VỀ MỘT GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG HÃM CỦA TÀU ĐIỆN ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI –––––––––––––o0o––––––––––––– AN THỊ HOÀI THU ANH VỀ MỘT GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG HÃM CỦA TÀU ĐIỆN ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ VIỆT NAM NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA MÃ SỐ: 9520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. NGUYỄN THANH HẢI 2. PGS.TS. NGUYỄN VĂN LIỄN HÀ NỘI – 2019
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng các kết quả khoa học được trình bày trong luận án này là thành quả nghiên cứu của tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh và chưa từng xuất hiện trong công bố của các tác giả khác. Các kết quả đạt được là chính xác và trung thực. Tác giả luận án An Thị Hoài Thu Anh
ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Văn Liễn, PGS.TS. Nguyễn Thanh Hải – hai người Thầy hướng dẫn khoa học của luận án đã chỉ bảo tận tình, tạo mọi điều kiện thuận lợi, hỗ trợ và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Cảm ơn Các Thầy, Cô Bộ môn Điều khiển học, Phòng Đào tạo Sau đại học Trường Đại học Giao thông Vận tải - cơ sở đào tạo NCS đã giúp đỡ tận tình và góp ý để tác giả có thể hoàn thành luận án. Cảm ơn Ban Chủ nhiệm Khoa Điện - Điện tử, cùng các bạn đồng nghiệp Bộ môn Kỹ thuật điện – Trường ĐH Giao thông Vận tải với những sự hỗ trợ về công việc tại cơ quan công tác trong quá trình tác giả thực hiện luận án. Cảm ơn Ban Lãnh đạo cùng toàn thể cán bộ Viện Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Trường ĐH Bách khoa Hà Nội, Các Thầy Cô bộ môn Tự động hóa Công nghiệp Trường ĐHBK Hà Nội đã cho phép tác giả được sinh hoạt chuyên môn tại Viện và Bộ môn. Cảm ơn TS. Vũ Hoàng Phương (Bộ môn Tự động hóa công nghiệp – Trường ĐH Bách khoa Hà Nội), ThS. Nguyễn Văn Quyền (Bộ môn Cơ học ứng dụng – Trường ĐH Bách khoa Hà Nội) đã hỗ trợ, trao đổi chuyên môn trong quá trình nghiên cứu, và triển khai thí nghiệm. Tôi dành những lời biết ơn chân thành nhất gửi đến gia đình. Sự động viên, chia sẻ và giúp đỡ của gia đình là động lực mạnh mẽ giúp tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành luận án này.
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................ i LỜI CẢM ƠN ............................................................................ ii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................ vi DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................ xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................. xii MỞ ĐẦU .................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP THU HỒI NĂNG LƯỢNG HÃM ............................................................... 8 1.1. Các loại hình giao thông điện ........................................... 8 1.1.1. Giao thông điện đường sắt Quốc gia .................................. 9 1.1.2. Giao thông điện đô thị..................................................... 10 1.2. Cấu trúc chung hệ thống cung cấp điện giao thông điện đô thị ..................................................................................... 10 1.3. Tiêu chuẩn cấp điện ....................................................... 12 1.3.1. Điện cung cấp cho sức kéo EN 50163 và IEC 60850 ........ 12 1.3.2. Điện hạ áp ....................................................................... 13 1.4. Năng lượng sử dụng trong hệ thống đường sắt đô thị.... 14 1.4.1. Phân loại năng lượng sử dụng cho đoàn tàu .................... 14 1.4.2. Các tổn thất năng lượng của đoàn tàu............................. 14 1.5. Tình hình nghiên cứu các giải pháp thu hồi năng lượng hãm hiệu quả năng lượng cấp cho tàu điện đô thị ................ 15 1.5.1. Các nghiên cứu trong nước .............................................. 15 1.5.2. Các nghiên cứu trên thế giới ........................................... 15 1.5.2.1. Các nhóm nghiên cứu về thu hồi năng lượng hãm tái sinh ........19 1.5.2.2. Các nhóm nghiên cứu về lái tàu hiệu quả năng lượng ...............25 1.6. Lựa chọn hướng nghiên cứu và những nhiệm vụ cần giải quyết của luận án .................................................................. 29 Kết luận chương 1 ................................................................. 31
iv CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH HÓA ĐOÀN TÀU VÀ THIẾT BỊ TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG SIÊU TỤ ................................... 33 2.1. Mô hình hóa đoàn tàu .................................................... 34 2.1.1. Phân loại các hệ truyền động sức kéo .............................. 34 2.1.2. Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ....................... 36 2.1.3. Đồ thị chạy tàu ............................................................... 37 2.1.4. Mô hình hóa đoàn tàu ..................................................... 40 2.1.4.1. Các lực tác động lên đoàn tàu ....................................................41 2.1.4.2. Phương trình chuyển động của đoàn tàu ...................................48 2.1.4.3. Phương trình chuyển động của động cơ .....................................49 2.2 Mô hình hóa thiết bị tích trữ năng lượng siêu tụ............ 51 2.2.1. Giới thiệu một số thiết bị tích trữ năng lượng ............... 51 2.2.2. Cấu trúc thiết bị tích trữ năng lượng siêu tụ .................. 54 2.2.3 Tính toán dung lượng siêu tụ ........................................... 55 2.2.4. Mô hình hóa kho điện siêu tụ .......................................... 57 2.2.5. Mô hình hóa bộ biến đổi hai chiều DC-DC Interleave .... 59 2.2.5.1. Cấu trúc mạch lực bộ biến đổi DC-DC Interleave ba nhánh van ..........................................................................................................60 2.2.5.2. Mô hình hóa bộ biến đổi DC-DC hai chiều một nhánh van.......62 Kết luận chương 2 ................................................................. 66 CHƯƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NĂNG LƯỢNG VẬN HÀNH ĐOÀN TÀU CÓ SIÊU TỤ .......................................... 67 3.1. Điều khiển bộ biến đổi DC-DC Interleave ..................... 68 3.1.1. Thiết kế mạch vòng điều khiển dòng điện ....................... 69 3.1.2. Thiết kế mạch vòng điều khiển điện áp - điều khiển điện áp DC-link ................................................................................ 74 3.1.3. Kiểm chứng thiết kế bộ biến đổi DC-DC Interleave........ 76 3.2. Tổng quát điều khiển tối ưu hệ liên tục ......................... 78 3.2.1. Đối tượng điều khiển ....................................................... 79 3.2.2. Trạng thái đầu và cuối của điều khiển ............................ 79 3.2.3. Tiêu chuẩn tối ưu ............................................................ 80 3.2.4. Lớp điều khiển cho phép.................................................. 80
v 3.2.5. Bài toán điều khiển tối ưu tổng quát ............................... 81 3.3. Nguyên lý cực đại của Pontryagin ................................. 81 3.4. Xây dựng bài toán điều khiển tối ưu chuyển động đoàn tàu theo nguyên lý cực đại của Pontryagin ........................... 85 3.4.1. Tiêu chuẩn tối ưu ............................................................ 85 3.4.2. Điều khiển tối ưu năng lượng chạy tàu theo nguyên lý cực đại của Pontryagin .................................................................... 87 3.4.2.1. Xây dựng phương trình chuyển động và hàm mục tiêu .............88 3.4.2.2. Tối ưu quỹ đạo chuyển động của một đoàn tàu trên cơ sở PMP ........................................................................................................92 3.4.3. Điều kiện chuyển các chế độ vận hành tối ưu và biến đồng trạng thái .................................................................................. 96 3.4.3.1. Đoàn tàu chạy trên tuyến đường bằng, không bị hạn chế bởi tốc độ ............................................................................................................96 3.4.3.2. Đoàn tàu chạy trên tuyến đường có độ dốc thay đổi .................97 Kết luận chương 3 ................................................................. 99 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM .. 100 4.1. Mô phỏng Off-line......................................................... 100 4.1.1. Chương trình mô phỏng hệ thống tàu điện với SCESS trên tuyến Cát Linh - Hà Đông ...................................................... 101 4.1.2. Chương trình mô phỏng profile tốc độ tối ưu chạy tàu trên tuyến Cát Linh -Hà đông áp dụng nguyên lý cực đại của Pontryagin với hệ thống tàu điện có tích hợp SCESS. ............ 110 4.2. Xây dựng mô hình thí nghiệm thiết bị kho điện .......... 122 Kết luận chương 4 ............................................................... 126 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................... 128 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .................................... 130 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................... 132 PHỤ LỤC .............................................................................. 140 Phụ lục 1. Tính toán và lựa chọn bộ tích trữ năng lượng siêu tụ ......................................................................................... 140 Phụ lục 2. Phương trình vi phân chuyển động của đoàn tàu có sử dụng bộ tích trữ năng lượng siêu tụ đặt trên tàu ...... 142
vi DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các chữ viết tắt Chữ viết tắt Ý nghĩa ESS Thiết bị tích trữ năng lượng (Energy Storage System) SCESS Hệ thống tích trữ năng lượng siêu tụ (Super-Capacitor Energy Storage System) DAS Hệ thống hỗ trợ lái tàu (Driving Assistance System) ATO Hệ thống lái tàu tự động (Automated Train Orgnization) PMSM Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (Permanent Magnet Synchronous Motor) HVAC Điều hòa thông gió DC-AC Nghịch lưu nguồn áp ba pha DC-DC Bộ biến đổi DC-DC hai chiều không cách ly PMP Nguyên lý cực đại của Pontryagin (Pontryagin' Maximum Principle) PI Bộ điều khiển tỷ lệ - tích phân FRT Bộ điều khiển có thời gian đáp ứng hữu hạn (Finite Response Time) ĐC KĐB Động cơ không đồng bộ ĐC ĐK Động cơ điện kéo BBĐ Bộ biến đổi IM Động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc (Induction Motor) TĐĐ Truyền động điện U/F Điều khiển vô hướng DTC Điều khiển áp đặt mô men (Direct Torque Control) FOC Điều khiển tựa từ thông rô to (Flux Oriented Control) FP Lực kéo lớn nhất (Full Power) PP Lực kéo một phần (Partial Power) C Chạy đà (Coasting)
vii Chữ viết tắt Ý nghĩa FB Lực hãm lớn nhất (Full Braking) PB Lực hãm một phần (Partial Braking) DSP Bộ xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processor) IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor NLNA Nghịch lưu nguồn áp NL Nghịch lưu PWM Điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation) SOC Trạng thái nạp của siêu tụ (State of Charge)
viii Các ký hiệu Ký hiệu Ý nghĩa Fm Lực kéo bám mi Hệ số bám tính toán Pm Trọng lực bám của đầu máy W0 Lực cản chuyển động chính của đoàn tàu Fwind Lực cản gió Froll Lực cản ma sát Cd Hệ số cản không khí Af Mặt cắt lớn nhất của đoàn tàu v Tốc độ đoàn tàu vwind Tốc độ gió fr Hệ số cản lăn m Khối lượng đoàn tàu ik Độ dốc của đường g Hệ số quán tính của đoàn tàu Ftr Lực kéo đoàn tàu Fbr Lực hãm đoàn tàu do hãm điện Fmb Lực hãm đoàn tàu do phanh cơ khí Fgrad Lực cản sinh ra do độ dốc của đường utr Biến điều khiển lực kéo ubr Biến điều khiển lực hãm ftr Lực kéo đơn vị fbr Lực hãm điện đơn vị fmb Lực hãm đơn vị bằng phanh cơ e Hệ số chuyển đơn vị
ix Ký hiệu Ý nghĩa Tel Mô men điện từ TL Mô men tải Jm Mô men quán tính của động cơ J eq Mô men quán tính của đoàn tàu được quy về trục động cơ Dwh Đường kính bánh xe N Số lượng động cơ t Tỷ số truyền hmor Hiệu suất của động cơ kéo làm việc ở chế độ động cơ hgen Hiệu suất của động cơ kéo làm việc ở chế độ máy phát hmech Hiệu suất của hộp số wm,v Vận tốc góc của động cơ U SC -max Điện áp làm việc lớn nhất của dàn siêu tụ U SC -min Điện áp làm việc bé nhất của dàn siêu tụ U SC -inM Điện áp dàn siêu tụ ở chế độ sẵn sàng hoạt động ESC -max Năng lượng huy động tối đa từ dàn siêu tụ PSC Công suất siêu tụ hinv Hiệu suất biến tần hSC Hiệu suất siêu tụ N SC Số module siêu tụ Ns, N p Số lượng siêu tụ mắc nối tiếp, song song C Giá trị tụ điện của mạch DC-Link trong SCESS C SC Giá trị điện dung của dàn siêu tụ trong SCESS d Hệ số điều chế của BBĐ DC-DC d Hệ số điều chế tín hiệu nhỏ của BBĐ DC-DC D Giá trị xác lập của hệ số điều chế BBĐ DC-DC
x Ký hiệu Ý nghĩa iL Giá trị tức thời của dòng điện qua cuộn cảm BBĐ DC-DC iL Giá trị tín hiệu nhỏ của dòng điện qua cuộn cảm BBĐ DC-DC iinv Dòng điện phía DC-AC trao đổi với lưới quy đổi về phía một chiều H Hàm Hamilton p1, p2 Biến đồng trạng thái J Hàm mục tiêu l Nhân tử Lagrange L Giá trị điện cảm của mạch DC-DC RL Giá trị điện trở của mạch DC-DC RSC Giá trị điện trở của siêu tụ C SC Giá trị điện dung của siêu tụ
xi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Thông số điện áp cho phép trên cần tiếp xúc theo tiêu chuẩn EN 50163 .........................................................................................12 Bảng 1.2. Đánh giá chung các giải pháp hiệu quả năng lượng trong đường sắt đô thị ...................................................................................16 Bảng 1.3. Các minh chứng thử nghiệm ESS đặt trên tàu .........................20 Bảng 1.4. Các minh chứng ESS đặt nhà ga/dọc tuyến chạy tàu ..............21 Bảng 1.5. So sánh ưu, nhược điểm của các biện pháp thu hồi năng lượng hãm tái sinh ..............................................................................22 Bảng 2.1. So sánh các động cơ điện kéo [40] .............................................35 Bảng 2.2. So sánh các phương pháp điều khiển truyền động sức kéo .......36 Bảng 2.3. Thông số đo lực kéo /01 động cơ ..............................................43 Bảng 2.4. Thông số đo lực hãm/01 động cơ ..............................................43 Bảng 2.5. Tính toán bộ tích trữ năng lượng siêu tụ..................................57 Bảng 4.1. Các thông số của động cơ điện kéo ......................................... 102 Bảng 4.2. Các tham số chính của đoàn tàu ............................................. 102 Bảng 4.3. So sánh năng lượng tiêu thụ vận hành đoàn tàu khi có/không có PMP ........................................................................................ 120 Bảng 4.4. Tham số thí nghiệm thiết bị kho điện SCESS ........................ 123 Bảng PL.1. Thông số của siêu tụ maxwell BMOD0063 P125...................... 140 Bảng PL.2. Thông số của tàu điện tuyến Cát linh - Hà đông ..................... 140
xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. So sánh lượng khí thải C02 của một số phương tiện giao thông [74] .............................................................................................. 1 Hình 1.2. Phân loại giao thông điện [24] .................................................... 9 Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống cung cấp điện cho giao thông điện tại Hà Nội .11 Hình 1.4. Cấu trúc hệ thống cấp điện hai phía [24] ..................................12 Hình 1.5. Tiêu thụ năng lượng trong hệ thống tàu điện đô thị ................14 Hình 1.6. Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong giao thông điện đường sắt [31] .......................................................................................16 Hình 1.7. Các chiến lược quản lý hiệu quả năng lượng vận hành đoàn tàu. ............................................................................................19 Hình 1.8. ESS đặt trên tàu .......................................................................20 Hình 1.9. ESS đặt tại trạm điện kéo hay trên tuyến ................................20 Hình 1.10. Trạm điện kéo có dòng năng lượng chảy hai chiều ...................22 Hình 1.11. Điều độ chạy tàu .......................................................................24 Hình 1.12. Tối ưu hành trình chạy tàu [89] ................................................26 Hình 1.13. Xác định profile tốc độ chạy tàu tối ưu ....................................28 Hình 1.14. Cấu trúc được lựa chọn để nghiên cứu ......................................30 Hình 2.1. Hệ truyền động tàu điện có tích hợp SCESS ............................33 Hình 2.2. Hệ thống tàu điện đô thị sử dụng động cơ điện kéo một chiều.34 Hình 2.3. Hệ TĐĐ lưới cấp một chiều sử dụng ĐCKĐB xoay chiều 3 pha ............................................................................................35 Hình 2.4. Đồ thị chạy tàu trường hợp 1 ...................................................37 Hình 2.5. Đồ thị chạy tàu trường hợp 2 ...................................................38 Hình 2.6. Đồ thị chạy tàu trường hợp 3 ...................................................38 Hình 2.7. Đồ thị chạy tàu trường hợp 4 ...................................................39 Hình 2.8. Sơ đồ điện hệ thống tàu điện đô thị ..........................................40 Hình 2.9. Sơ đồ các loại lực tác động nên đoàn tàu [1] .............................41 Hình 2.10. Sự sản sinh lực kéo vành bánh xe .............................................42 Hình 2.11. Đặc tính lực kéo/01 động cơ .....................................................42 Hình 2.12. Đặc tính lực hãm điện/01 động cơ ............................................42 Hình 2.13. Đường hồi quy lực kéo/01 động cơ ............................................45 Hình 2.14. Đường hồi quy lực hãm điện/01 động cơ ..................................45
xiii Hình 2.15. Đặc tính kéo của đầu máy ........................................................45 Hình 2.16. Các thành phần lực tác dụng lên đoàn tàu ...............................46 Hình 2.17. Cấu hình điển hình của hệ thống tích trữ năng lượng ..............52 Hình 2.18. Đặc tính Ragone của các thiết bị dự trữ năng lượng ................52 Hình 2.19. Đặc tính Ragone phân bố thời gian các thiết bị lưu trữ năng lượng/giải phóng năng lượng .....................................................53 Hình 2.20. Cấu trúc SCESS được tích hợp với hệ truyền động sức kéo thông qua bộ biến đổi DC-DC Interleave ............................................54 Hình 2.21. Quá trình nạp và xả khi hệ truyền động trong chế độ hãm và kéo ..................................................................................................56 Hình 2.22. Mô hình của siêu tụ ..................................................................58 Hình 2.23. Phân loại các bộ biến đổi DC-DC hai chiều [3].........................59 Hình 2.24. Cấu trúc mạch lực của bộ biến đổi DC-DC Interleave .............60 Hình 2.25. Dạng sóng của dòng điện trên các cuộn cảm và điện áp trên bus DC với hệ số điều chế d = 0.75 ................................................61 Hình 2.26. Dạng sóng của dòng điện trên các cuộn cảm và điện áp trên bus DC với hệ số điều chế d = 0.25 ................................................61 Hình 2.27. Cấu trúc mạch lực bộ biến đổi DC-DC một nhánh van ...........62 Hình 2.28. Chế độ dẫn dòng của BBĐ DC-DC một nhánh van trong chế độ nạp (Buck) ................................................................................63 Hình 2.29. Chế độ dẫn dòng của BBĐ DC-DC một nhánh van làm việc trong chế độ xả (Boost) ......................................................................64 Hình 2.30. Mô hình động học trung bình của BBĐ DC-DC hai chiều một nhánh van .................................................................................65 Hình 2.31. Mạch điện tương đương được biểu diễn theo tín hiệu trung bình của BBĐ DC-DC hai chiều một nhánh van ..............................66 Hình 3.1. Cấu trúc điều khiển tổng thể năng lượng vận hành đoàn tàu ..67 Hình 3.2. Sơ đồ khối phương pháp điều khiển dòng điện theo nguyên lý dòng điện trung bình cho bộ biến đổi DC-DC hai chiều ...........68 Hình 3.3. Cấu trúc điều khiển mạch vòng dòng điện ................................69 Hình 3.4. Cấu trúc mạch vòng dòng điện dưới dạng hàm truyền .............71 Hình 3.5. Cấu trúc điều khiển hai mạch vòng ..........................................74 Hình 3.6. Cấu trúc điều khiển hai mạch vòng dưới dạng hàm truyền ......75 Hình 3.7. Giá trị dòng điện iL trong các nhánh và dòng điện tổng ..........76
xiv Hình 3.8. Trạng thái nạp, điện áp, dòng điện của siêu tụ trong một chu trình chạy tàu ...........................................................................77 Hình 3.9. Nạp/xả siêu tụ khi đoàn tàu có tích hợp SCESS ......................77 Hình 3.10. Sơ đồ khối xác định năng lượng tối ưu vận hành đoàn tàu ......88 Hình 3.11. Đặc tính chạy tàu......................................................................92 Hình 3.12. Sơ đồ chuyển các chế độ trên tuyến đường bằng ......................96 Hình 3.13. Các chế độ vận hành và biến đồng trạng thái p của chiến lược PMP ..........................................................................................97 Hình 3.14. Các chế độ vận hành khi đoàn tàu chạy trên tuyến đường có độ dốc thay đổi ..............................................................................98 Hình 3.15. Đặc tính tốc độ và biến liên hợp p với tuyến có độ dốc thay đổi .............................................................................................98 Hình 4.1. Chu trình chạy tàu .................................................................. 101 Hình 4.2. Mô phỏng hai đoàn tàu ........................................................... 103 Hình 4.3. Sơ đồ mạch lực được thiết kế cho 01 đoàn tàu ....................... 103 Hình 4.4. Thiết kế mạch vòng điều khiển cho 01 đoàn tàu .................... 104 Hình 4.5. Đáp ứng điện áp UDC-link khi T1 hãm và T2 kéo..................... 105 Hình 4.6. Đáp ứng năng lượng của tàu T1 khi T1 hãm và T2 kéo......... 105 Hình 4.7. Đáp ứng năng lượng của tàu T2 khi T1 hãm và T2 kéo......... 106 Hình 4.8. Đáp ứng điện áp UDC-link khi T1 và T2 kéo ............................. 106 Hình 4.9. Đáp ứng năng lượng của tàu T1 khi T1 và T2 kéo................. 107 Hình 4.10. Đáp ứng năng lượng của tàu T2 khi T1 và T2 kéo................. 107 Hình 4.11. Đáp ứng điện áp UDC-link khi T1 và T2 kéo, đoàn tàu có tích hợp SCESS ..................................................................................... 108 Hình 4.12. Đáp ứng năng lượng của tàu T1 khi có SCESS ...................... 109 Hình 4.13. Đáp ứng năng lượng của tàu T2 khi có SCESS ...................... 109 Hình 4.14. Đặc tính lực kéo lớn nhất /01 động cơ.................................... 110 Hình 4.15. Đặc tính lực hãm lớn nhất /01 động cơ .................................. 111 Hình 4.16. So sánh profile tốc độ khi có/không sử dụng PMP từ Cát Linh - La Thành................................................................................. 111 Hình 4.17. So sánh thời gian chạy tàu tối ưu/không tối ưu từ Cát Linh - La Thành ...................................................................................... 111
xv Hình 4.18. So sánh profile vận tốc theo thời gian khi có/không sử dụng PMP từ Cát Linh - La Thành .......................................................... 112 Hình 4.19. Tiêu thụ năng lượng chạy tàu khi có/không áp dụng PMP từ Cát Linh - La Thành ...................................................................... 112 Hình 4.20. So sánh profile tốc độ khi có/không sử dụng PMP từ La Thành - Thái Hà ................................................................................. 112 Hình 4.21. So sánh profile thời gian tối ưu/không tối ưu với khoảng cách từ La Thành - Thái Hà ................................................................ 112 Hình 4.22. So sánh đồ thị vận tốc theo thời gian khi có/không sử dụng PMP từ La Thành -Thái Hà ............................................................ 112 Hình 4.23. Tiêu thụ năng lượng chạy tàu khi có/không áp dụng PMP từ La Thành - Thái Hà ..................................................................... 112 Hình 4.24. So sánh profile tốc độ khi có/không sử dụng PMP từ Thái Hà - Láng ........................................................................................ 113 Hình 4.25. So sánh profile thời gian tối ưu/không tối ưu với khoảng cách từ Thái Hà - Láng ........................................................................ 113 Hình 4.26. So sánh đồ thị vận tốc theo thời gian khi có/không sử dụng PMP ga Thái Hà - Láng ................................................................... 113 Hình 4.27. Tiêu thụ năng lượng chạy tàu khi có/không áp dụng PMP từ Thái Hà - Láng ........................................................................ 113 Hình 4.28. So sánh profile tốc độ khi có/không sử dụng PMP từ Láng - ĐH QG........................................................................................... 113 Hình 4.29. So sánh profile thời gian tối ưu/không tối ưu với khoảng cách từ Láng - ĐH QG ........................................................................ 113 Hình 4.30. So sánh đồ thị vận tốc theo thời gian khi có/không sử dụng PMP từ Láng - ĐH QG .................................................................... 114 Hình 4.31. Tiêu thụ năng lượng chạy tàu khi có/không áp dụng PMP từ Láng - ĐH QG ........................................................................ 114 Hình 4.32. So sánh profile tốc độ khi có/không sử dụng PMP từ ĐH QG - Vành Đai 3 .............................................................................. 114 Hình 4.33. So sánh profile thời gian tối ưu/không tối ưu với khoảng cách từ ĐH QG - Vành Đai 3 .............................................................. 114 Hình 4.34. So sánh đồ thị vận tốc theo thời gian khi có/không sử dụng PMP từ ĐH QG - Vành Đai 3 ......................................................... 114
xvi Hình 4.35. Tiêu thụ năng lượng chạy tàu khi có/không áp dụng PMP từ ĐH QG - Vành Đai 3 ..................................................................... 114 Hình 4.36. So sánh profile tốc độ khi có/không sử dụng PMP từ Vành Đai 3 - Thanh Xuân ....................................................................... 115 Hình 4.37. So sánh profile thời gian tối ưu/không tối ưu với khoảng cách từ Vành Đai 3 - Thanh Xuân ...................................................... 115 Hình 4.38. So sánh đồ thị vận tốc theo thời gian khi có/không sử dụng PMP từ Vành Đai 3 - Thanh Xuân.................................................. 115 Hình 4.39. Tiêu thụ năng lượng chạy tàu khi có/không áp dụng PMP từ Vành Đai 3 - Thanh Xuân ...................................................... 115 Hình 4.40. So sánh profile tốc độ khi có/không sử dụng PMP từ Thanh Xuân - BXHĐ ................................................................................... 115 Hình 4.41. So sánh profile thời gian tối ưu/không tối ưu với thời gian từ Thanh Xuân - BXHĐ .............................................................. 115 Hình 4.42. So sánh đồ thị vận tốc theo thời gian khi có/không sử dụng PMP từ Thanh Xuân - BXHĐ ......................................................... 116 Hình 4.43. Tiêu thụ năng lượng chạy tàu khi có/không áp dụng PMP từ Thanh Xuân - BXHĐ .............................................................. 116 Hình 4.44. So sánh profile tốc độ khi có/không sử dụng PMP từ BX Hà Đông - BV Hà Đông ................................................................ 116 Hình 4.45. So sánh profile thời gian tối ưu/không tối ưu với thời gian từ BX Hà Đông - BV Hà Đông .......................................................... 116 Hình 4.46. So sánh đồ thị vận tốc theo thời gian khi có/không sử dụng PMP từ BX Hà Đông - BV Hà Đông ............................................... 116 Hình 4.47. Tiêu thụ năng lượng chạy tàu khi có/không áp dụng PMP từ BX Hà Đông - BV Hà Đông .......................................................... 116 Hình 4.48. So sánh profile tốc độ khi có/không sử dụng PMP từ BV Hà Đông - La Khê......................................................................... 117 Hình 4.49. So sánh profile thời gian tối ưu/không tối ưu từ BV Hà Đông - La Khê..................................................................................... 117 Hình 4.50. So sánh đồ thị vận tốc theo thời gian khi có/không sử dụng PMP từ BV Hà Đông - La Khê ........................................................ 117 Hình 4.51. Tiêu thụ năng lượng chạy tàu khi có/không áp dụng PMP từ BV Hà Đông - La Khê ................................................................... 117
xvii Hình 4.52. So sánh profile tốc độ khi có/không sử dụng PMP từ La Khê - Văn Khê .................................................................................. 117 Hình 4.53. So sánh profile thời gian tối ưu/không tối ưu với khoảng cách từ La Khê - Văn Khê ................................................................... 117 Hình 4.54. So sánh đồ thị vận tốc theo thời gian khi có/không có PMP từ La Khê - Văn Khê ................................................................... 118 Hình 4.55. Tiêu thụ năng lượng chạy tàu khi có/không có PMP từ La Khê - Văn Khê ................................................................................ 118 Hình 4.56. So sánh profile tốc độ khi có/không sử dụng PMP từ Văn Khê - BX HĐ mới ............................................................................. 118 Hình 4.57. So sánh profile thời gian tối ưu/không tối ưu với khoảng cách từ Văn Khê - BX HĐ mới............................................................ 118 Hình 4.58. So sánh đồ thị vận tốc theo thời gian khi có/không sử dụng PMP từ Văn Khê - BX HĐ mới ....................................................... 118 Hình 4.59. Tiêu thụ năng lượng chạy tàu khi có/không có PMP từ Văn Khê - BX HĐ mới ........................................................................... 118 Hình 4.60. So sánh 12 ga khi có/không áp dụng PMP tối ưu quĩ đạo chạy tàu ........................................................................................... 119 Hình 4.61. So sánh thời gian chạy tàu tương ứng trên 12 ga với profile tốc độ tối ưu/ không tối ưu ........................................................... 119 Hình 4.62. Nạp/xả siêu tụ khi đoàn tàu có tích hợp SCESS .................... 121 Hình 4.63. So sánh profile tốc độ khi có/không sử dụng PMP từ Cát Linh - La Thành................................................................................. 121 Hình 4.64. So sánh profile tốc độ tối ưu/không tối ưu với thời gian từ Cát Linh - La Thành ...................................................................... 121 Hình 4.65. Tiêu thụ năng lượng chạy tàu khi có/không áp dụng PMP từ Cát Linh - La Thành ...................................................................... 121 Hình 4.66. Tiêu thụ năng lượng chạy tàu khi không áp dụng PMP và áp dụng PMP với tàu điện có SCESS từ Cát Linh - La Thành... 121 Hình 4.67. Sơ đồ khối hệ thống thí nghiệm .............................................. 123 Hình 4.68. Hệ thống thí nghiệm SCESS ................................................... 124 Hình 4.69. Khối vi điều khiển và mạch đo ............................................... 124 Hình 4.70. Khối mạch lực ......................................................................... 124 Hình 4.71. Xung PWM với d=0.625 ......................................................... 125
xviii Hình 4.72. Đo dạng dòng điện trên ba cuộn cảm với d=0.625 ................. 125 Hình 4.73. Điện áp ra với d=0.625 ........................................................... 125 Hình 4.74. Xung PWM với d= 0.33 ......................................................... 125 Hình 4.75. Dạng dòng điện trên ba cuộn cảm với d=0.33 ........................ 125 Hình 4.76. Điện áp đầu ra với d=0.33 ...................................................... 126