Повышение энергоэффективности процессов перевозок на магистральных железных дорогах может быть достигнуто на основе применения элементов интеллектуальных сетей (smart grid) [1], в частности, накопителей энергии (НЭ). Результаты исследований, представленные в работах [2, 3], показывают, что в системах электроснабжения железных дорог (СЭЖД) возможно применение емкостных, инерционных и индуктивных накопителей электроэнергии (ЭЭ), места установки которых в СЭЖД показаны на рис. 1.
Требуемая мощность накопителей энергии в СЭЖД определена в работах [2–3]. Для тяговой подстанции (ТП) переменного тока энергоемкость сверхпроводникового индуктивного накопителя (СПИН) составляет 20 тыс–80 тыс. МДж (5,5–22 МВт∙ч) на подстанцию.
Решение задачи предварительного выбора параметров НЭ может быть осуществлено посредством применения эвристического алгоритма, основанного на имитационном моделировании СЭЖД в фазных координатах [4–7] в следующем порядке:
• для заданного графика движения поездов рассчитывается базовая совокупность режимов, отвечающая ситуации «Хранение энергии»; в этом случае накопители энергии не оказывают влияния на режим СЭЖД;
• на вводах 27,5 кВ тяговых подстанций или на постах секционирования (ПС) задается активная генерация, величина которой подбирается по результатам предыдущего расчета из условия снижения пиков активной мощности; этот расчет отвечает ситуации «Разряд НЭ»;
• в тех же узлах задаются активные нагрузки, отвечающие зарядной мощности НЭ с учетом потерь в преобразовательных устройствах НЭ; этот расчет отвечает ситуации «Заряд НЭ»;
• по результатам моделирования синтезируется график работы накопителей энергии;
• с помощью задания в точках подключения накопителей узлов PU-типа, обеспечивающих поддержание заданного уровня напряжения, возможно моделирование комплексных установок, включающих накопители энергии и управляемые источники реактивной мощности (ИРМ).
В качестве примера рассматривается СЭЖД, оснащенная сверхпроводящими индуктивными накопителями энергии (рис. 2). Моделирование работы системы осуществлялось с помощью программного комплекса Fazonord [4, 5].