Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban [607517]
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
I
FONDUL SOCIAL EUROPEAN
Investește în oameni!
Programul Operațional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013
Proiect POSDRU/107/1.5/S/76813 – Burse doctorale: investitii in cercetare -inovare -dezvoltare pentru viitor (DocInvest)
UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea Transporturi
Departamentul Telecomenzi și Electronica în Transporturi
Nr. Decizie Senat…… din……………..
TEZĂ DE DOCTORAT
Soluții de optimizare a consumului de energie electrică în transportul
public urban de suprafață
Solutions for the optimization of ground urban public transport energy
consumption
Autor: ing. Ana Mihaela ANDREICA (HĂLĂNGĂU )
Conducător de doctorat: Prof. e merit dr. ing. Corneliu Mihail Alexandrescu
COMISIA DE DOCTORAT
Președinte Prof. dr. ing. mat. Iulian Bădescu de la Universitatea Politehnica din București
Conducător de
doctorat Prof. emerit dr. i ng. Corneliu Mihail
Alexandrescu de la Universitatea Politehnica din București
Referent Prof. dr. ing. Șerban Raicu de la Universitatea Politehnica din București
Referent Prof. dr. ing. Alexandru Șerbănescu de la Academia Tehnică Militară
Referent Prof. dr. ing. Gheorghe Manolea de la Universitatea din Craiova
București
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ II ~
Această pagină a fost lasată intenționat goală.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ III ~
CUPRINS
CUPRINS ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. III
LISTĂ DE FIGURI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… V
LISTĂ DE TABELE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. VII
LISTĂ DE ABREVIERI Ș I ACRONIME ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… IX
CAPITOLUL 1. INTRODU CERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 1
1.1. CONTEXTUL , OPORTUNITATEA ȘI OBI ECTIVELE LUCRĂRII ………………………….. ………………………….. ………………. 1
1.2. STRUCTURA LUCRĂ RII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 3
CAPITOLUL 2. SOLUȚII ȘI DETERMIN ĂRI EXPERIMENTALE PE NTRU SIMULAREA ȘI MO DELAREA DEPLASĂRII
VEHICULELOR ELECTRIC E ÎN TRANSPORTUL PUB LIC URBAN ………………………….. ………………………….. …………. 7
2.1. INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 7
2.2. ASPECTE TEORETICE ȘI CONCEPTUALE PRIVIND SIMULAREA DEPLASĂRII UNUI VEHICUL ELECTRI C ÎN TRANSPORTUL
PUBLIC URBAN ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 8
2.2.1. Ecuația generală a mișcării unui vehicul ………………………….. ………………………….. ………………………… 8
2.2.2. Forța de tracțiune și de aderență ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 10
2.2.3. Rezistențele la înaintare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 11
2.2.4. Forțele de frânare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 14
2.3. MODELAREA REGIMURILO R DE FUNCȚIONARE A UNUI VEHICUL ELECT RIC ………………………….. ……………………. 16
2.3.1. Modificarea poziției unui vehicul electric ………………………….. ………………………….. …………………….. 17
2.3.2. Regimul de mers accelerat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 19
2.3.3. Regimul de mers din inerție ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 20
2.3.4. Regimul de mers frânat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 21
2.4. CONCLUZII ȘI CONTRIB UȚII PERSONALE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 22
CAPITOLUL 3. SISTEMU L DE ALIMENTARE CU E NERGIE ELECTRICĂ A V EHICULELOR DE TRANSP ORT PUBLIC
URBAN ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 23
3.1. INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 23
3.2. SISTEMUL DE TRACȚIUNE ELECTRICĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 24
3.2.1. Concepte generale. Definiții. Aplicații ………………………….. ………………………….. …………………………. 24
3.2.2. Elemente componente ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 25
3.2.3. Sistemul de tracțiune electrică cu alimentare în curent continuu ………………………….. ……………….. 26
3.3. SUBSTAȚII DE TRACȚIUN E ELECTRICĂ DE CUREN T CONTINUU ………………………….. ………………………….. ……….. 28
3.3.1. Definiții. Caracteristici ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 28
3.3.2. Scheme bloc și structurale ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 29
3.3.2. Circuitul echivalent al grupului de conversie cu diode ………………………….. ………………………….. ….. 31
3.3. LINIA DE CONTACT ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 32
3.4. CALEA DE RULARE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 34
3.5. CALCULUL PARAMETRILOR ELECTRICI AI SISTEMULUI DE A LIMENTARE CU ENERGIE ELECTRICĂ ……………….. 37
3.5.1. Rezistența electrică a circuitului de alimentare și retur ………………………….. ………………………….. …. 38
3.5.2. Căderea de tensiune pe linia de contact ………………………….. ………………………….. ……………………… 40
3.5.3. Puterea și energia electrică ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 43
3.6. CONCLUZII ȘI CONTRIB UȚII PERSONALE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 45
CAPITOLUL 4. SOLUȚII DE OPTIMIZARE A CONS UMULUI DE ENERGIE EL ECTRICĂ ÎN TRANSPORT UL PUBLIC
URBAN ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 47
4.1. INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 47
4.2. FACTORI CE INFLUENȚE AZĂ CONSUMUL DE ENER GIE ELECTRICĂ ÎN TRA NSPORTUL PUBLIC URBA N …………………. 48
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ IV ~
4.3. ÎMBUNĂTĂȚIREA CARACTERISTICILOR VEHICULELOR ȘI A CĂII DE RULARE ÎN VEDEREA MINI MIZĂRII
CONSUMULUI DE ENERGIE ELECTRICĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 51
4.3.1. Reducerea greutății vehiculului electric ………………………….. ………………………….. ………………………. 51
4.3.2. Forma aerodinamică și fricțiunea ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 53
4.3.3. Rezistența la înaintar e datorată declivităților și curbelor ………………………….. ………………………….. . 56
4.3.4. Stațiile de debarcare/îmbarcare pasageri și interstațiile ………………………….. ………………………….. .. 61
4.3.5. Intersecțiile semaforizate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 63
4.3.6. Limitările de viteză ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 66
4.3.7. Poziționarea depourilor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 66
4.3.8. Eficientizarea energiei consumate pentru servicii auxiliare ………………………….. ………………………… 67
4.4. SOLUȚII PENTRU MODERNIZAREA SISTEMULUI DE ALIM ENTARE CU ENERGIE ELECTRICĂ …………………… 69
4.4.1. Frânarea recuperativă și dispozitivele de stocare a energiei electrice ………………………….. ………….. 69
4.4.2. Substații de tracțiune reversibile ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 73
4.4.3. Li nii de contact și cabluri de curent continuu ………………………….. ………………………….. ……………….. 74
4.5. TEHNICI DE MANAGEMENT AL SISTEMULUI DE TRANSPORT ȘI DE CONDUCERE A VEHICULULUI ………….. 75
4.5.1. Tehnici de conducere eficientă a vehiculelor electrice ………………………….. ………………………….. ….. 75
4.5.2. Sisteme de management al traficului și transportului public ………………………….. ………………………. 77
4.6. CONCLUZII ȘI CONTRIBU ȚII PERSONALE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 79
CAPITOLUL 5. SISTEM DE INFORMARE ASUPRA VITEZEI D E CIRCULAȚIE A VEHIC ULELOR DE TRANSPORT
PUBLIC ÎN VEDEREA OP TIMIZĂRII CONSUMULUI DE ENERGIE ELECTRICĂ ………………………….. ………………….. 83
5.1. INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 83
5.2. NEVOILE UTILIZATORILO R. CARACTERISTICILE SIS TEMULUI ………………………….. ………………………….. ………….. 84
5.3. ARHITECTURA FUNCȚIONA LĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 86
5.3.1. Diagrama contextuală ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 86
5.3.2. Domeniile funcționale. Funcțiile sistemului. Fluxuri de date ………………………….. ………………………. 88
5.3.3. Schema de principiu ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 95
5.3. ARHITECTURA FIZICĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 97
5.4. SOFTWARE -UL SISTEMULUI ISOTEC ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 100
5.4.1. Modelarea matematică a profilului de viteză al unui vehicul electric ………………………….. …………. 101
5.4.2. Programarea dinamică ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 102
5.5. CONCLUZII ȘI CONTRIB UȚII PERSONALE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 103
CAPITOLUL 6. STUDIU DE CAZ PENTRU OPTIMI ZAREA CONSUMURILOR D E ENERGIE ELECTRICĂ …………….. 105
6.1. INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 105
6.2. TRASEUL LINIEI DE TR AMVAI ȘI VEHICULUL E LECTRIC ………………………….. ………………………….. ………………… 106
6.2.1. Linia de tramvai ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 106
6.2.2. Vehiculul electric ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 110
6.3. SISTEMUL DE ALIMENTAR E CU ENERGIE ELECTRI CĂ ………………………….. ………………………….. ………………….. 113
6.4. SITUAȚIA ACTUALĂ PRIV IND CONSUMUL DE ENER GIE ………………………….. ………………………….. ………………. 117
6.4.1. Stația Apaca – Stația Pod Grozăvești ………………………….. ………………………….. …………………………. 117
6.4.2. Linia de tramvai nr. 35 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 121
6.5. PREZENTAREA ȘI INTERP RETAREA SOLUȚIILOR O BȚINUTE CU SISTEMUL ISOTEC ………………………….. ………… 125
6.5.1. Stația Apaca – Stația Pod Grozăvești ………………………….. ………………………….. …………………………. 125
6.5.2. Linia de tramvai nr. 35 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 129
6.6. CONCLUZII ȘI CONTRIBU ȚII PERSONALE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 131
CAPITOLUL 7. CONCLUZ II ȘI CONTRIBUȚII PE RSONALE ………………………….. ………………………….. …………….. 133
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 137
ANEXE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 143
ANEXA NR . 1: SCHEMA CIRCUITELOR PR IMARE ALE UNEI SUBST AȚII DE TRACȚIUNE EL ECTRICĂ DE CURENT CO NTINUU …………… 143
ANEXA NR . 2: SECȚIUNEA TRANSVERSAL Ă A LINIEI DE TRAMVA I ÎNGLOBATĂ ÎN CAROSABIL ………………………….. ……………… 145
ANEXA NR . 3: VITEZA MAXIM Ă PERMISĂ ÎN CURBE PEN TRU UN VEHICUL ELECTRIC (TRAMVAI ) ………………………….. ………… 147
ANEXA NR . 4: SCHEMA LOGICĂ A SOFTW ARE-ULUI SISTEMULUI ISOTEC ………………………….. ………………………….. …….. 151
ANEXA NR . 5: SCHEMA LOGICĂ A SOFTW ARE-ULUI SISTEMULUI ISOTEC ………………………….. ………………………….. …….. 165
ANEXA NR . 6: MĂRIMILE CARACTERISTI CE SPECIFICE TRAMVAI ULUI SIEMENS COMBINO ………………………….. ……………….. 201
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ V ~
LISTĂ DE FIGURI
Figura nr. 1. 1: Împărțirea pe componente a consumului de energie electrică din transportul public urban de
suprafață ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 2
Figura nr. 2. 1: Forțele care acționează asupra unui mișcării unui vehicul ………………………….. ……………………….. 8
Figura nr. 2. 2: Forța de tracțiune a unui troleibuz ………………………….. ………………………….. …………………………. 11
Figura nr. 2. 3: Rezistența la înaintare în declivitate ………………………….. ………………………….. ……………………….. 13
Figura nr. 2. 4: Regimurile de funcționare ale unui vehi cul electric ………………………….. ………………………….. …… 16
Figura nr. 2. 5: Deplasarea vehiculului între două puncte ………………………….. ………………………….. ……………….. 17
Figura nr. 2. 6: Graficul viteză – distanță pentru regimul de mers accelerat și cu viteză constantă ………………… 19
Figura nr. 2. 7: Regimul de mers fără accelerare ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 20
Figura nr. 2. 8: Graficul viteză – distanță pentru regimul de mers frânat ………………………….. ……………………….. 21
Figura nr. 3. 1: Compunerea generală a unui sistem de tracțiune electrică cu VE fără autonomie ………………… 26
Figura nr. 3. 2: Schema de principiu a sistemului de tracțiune în c.c. ………………………….. ………………………….. … 27
Figura nr. 3. 3: Circuitul echivalent al grupului de conversie cu diode ………………………….. ………………………….. . 32
Figura nr. 3. 4: Fir de contact utilizat în sistemul de tra nsport urban ………………………….. ………………………….. … 34
Figura nr. 3. 5: Zig -zagul firului de contact – plan longitudinal ………………………….. ………………………….. …………. 34
Figura nr. 3. 6: Șină tip Vignole 49E1 (UIC S49) ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 36
Figura nr. 3. 7: Șină cu canal ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 36
Figura nr. 3. 8: Schema electrică simplifi cată a sistemului de alimentare cu energie electrică a unui vehicul
electric ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 37
Figura nr. 3. 9: Căderea de tensiune pe linia de contact ………………………….. ………………………….. ………………….. 40
Figura nr. 3. 10: Schema de alimentare a unui vehicul dintr -un singur punct de injecție ………………………….. …. 41
Figura nr. 3. 11: Alimentarea bilaterală cu sarcină concentrată ………………………….. ………………………….. ……….. 42
Figura nr. 4. 1: Factorii ce influențează consumul de energie electrică în transportul public urban ……………….. 49
Figura nr. 4. 2: Distribuția greuțății proprii a unui vehicul electric ………………………….. ………………………….. ……. 51
Figura nr. 4. 3: Energia consumată funcție de greutatea vehiculului electric (tramvai) ………………………….. ……. 53
Figura nr. 4. 4: Influența maselor de aer asupra vehiculelor electrice ………………………….. ………………………….. . 54
Figura nr. 4. 5: Ponderea diferitelor părți ale unui vehicul electric în valoarea rezistenței la înaintare datorate
aerului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 54
Figura nr. 4. 6: Rezistențele la înaintare în aliniament ale tramvaiului Tatra T4R ………………………….. ……………. 56
Figura nr. 4. 7: Graficul viteză – distanță și viteză – timp pentru parcurgerea unui traseu fără oprire sau cu 1 -3
opriri ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 62
Figura nr. 4. 8: Etapele acordării priorității în intersecții vehiculelor de t ransport public ………………………….. …. 64
Figura nr. 4. 9: Profilul de viteză a unui vehicul electric între două stații cu oprire la intersecție semaforizată
timp de 60s ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 65
Figura nr. 4. 10: Profilul de viteză a unui vehicul electric între două stații cu prioritate la intersecție ……………. 65
Figura nr. 4. 11: Consumul de energie electrică pentru parc urgerea distanței de la depou la linia de transport 67
Figura nr. 4. 12: Proporția consumului de energie electrică a serviciilor auxiliare ………………………….. …………… 68
Figura nr. 4. 13: Transferul energiei electrice recuperate în cadrul aceleiași secțiuni ………………………….. ………. 70
Figura nr. 4. 14: Transferul energiei electrice recuperate prin intermediul substației de tracțiune ……………….. 70
Figura nr. 4. 15: Amplasare dispozitivelor de stocare a energiei recuperate la bordul vehiculului …………………. 71
Figura nr. 4. 16: Fluxul de energie pentru un dispozitiv de stocare a energiei recuperate, amplasat în apropierea
căii de rulare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 71
Figura nr. 4. 17: Ciclu de funcționare a unui dispozitiv de stocare a e nergiei ………………………….. …………………. 72
Figura nr. 4. 18: Schema de principiu a unei substații de tracțiune reversibilă ………………………….. ……………….. 73
Figura nr. 4. 19: Graficul vitezei în funcție de distanța și timp fără sistem de asistare a conducătorului
vehiculului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 76
Figura nr. 4. 20: Graficul vitezei în funcție de distanța și timp folosind sistem de asistare a conducăt orului
vehiculului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 77
Figura nr. 5. 1: Digrama contextuala a sistemului ISOTEC ………………………….. ………………………….. ……………….. 88
Figura nr. 5. 2: Entitățile cu care comunică sistemul ISOTEC ………………………….. ………………………….. ……………. 91
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ VI ~
Figura nr. 5. 3: Afișajul sistemului ISOTEC în condiții de circulație normale ………………………….. ……………………. 94
Figura nr. 5. 4: Mesaje de avertizare pe afișajul sistemului ISOTEC ………………………….. ………………………….. …… 95
Figura nr. 5. 5: Arhitectura funcțională a sistemului ISOTEC ………………………….. ………………………….. ……………. 96
Figura nr. 5. 6: Arhitectura fizică a sistemului ISOTEC – schema simplificată ………………………….. ………………….. 97
Figura nr. 5. 7: Principalele subrutine ale software -ului ISOTEC ………………………….. ………………………….. ……… 103
Figura nr. 6. 1: Linia de tramvai de pe pasajul suprateran Basarab ………………………….. ………………………….. …. 106
Figura nr. 6. 2: Linia de tramvai de sub podul în arc de la Șos. Grozăvești ………………………….. ……………………. 106
Figura nr. 6. 3: Traseul linie de tramvai din arealul substatiei de tractiune Basarab ………………………….. ………. 107
Figura nr. 6. 4: Traseu liniei de tramvai nr. 35 din arealul substatiei Basarab ………………………….. ……………….. 108
Figura nr. 6. 5: Schema electrică a tramvaiului Siemens Combino ………………………….. ………………………….. ….. 111
Figura nr. 6. 6: Schema de principiu a sistemului de alimentare cu energie electrică a unui tramvai ……………. 113
Figura nr. 6. 7: Schema electrică monofilară a substației de tracțiune Basarab ………………………….. …………….. 114
Figura nr. 6. 8: Fir de contact pentru tramvai ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 115
Figura nr. 6. 9: Șina cu canal 62R2 ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 115
Figura nr. 6. 10: Schemă monofilară de alimentare linie de contact aferentă substației Basarab ………………… 116
Figura nr. 6. 11: Profilul de viteză maximă în funcție de distanță și timp, între stațiile Apaca și Pod Grozăvești, cu
oprire la semafor 50s ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 118
Figura n r. 6. 12: Curentul absorbit și tensiunea pe pantograful tramvaiului pentru traseul dintre stațiile Apaca și
Pod Grozăvești, cu oprire la semafor 50s ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 119
Figura nr. 6. 13: Puterea consumată din rețea în funcție de timp pentru traseul dintre stațiile Apaca – Pod
Grozăvești, cu oprire la semafor 50s ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 119
Figura nr. 6. 14: Profilul de viteză maximă pentru traseul dintre stațiile Apaca ș i Pod Grozăvești, fără oprire la
semafor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 120
Figura nr. 6. 15: Curentul absorbit, tensiunea pe pantograf în funcție de timp pentru traseul dintre stațiile
Apaca și Pod Grozăvești, fără oprire la semafor ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 120
Figura nr. 6. 16: Curentul absorbit, tensiunea pe pantograf și puterea în funcție de timp pentru traseul dintre
stațiile Apaca și Pod Grozăvești, fără oprire la semafor ………………………….. ………………………….. …………………. 121
Figura nr. 6. 17: Profilul de viteză maximă în funcție de distanță și timp ce descrie deplasarea tramvaiului pe
linia nr. 35, cu oprire la toate semafoarele ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 122
Figura nr. 6. 18: Curentul absorbit, tensiunea pe pantograf și puterea în funcție de timp pentru linia nr. 35,
aferentă arealului substației Basarab, cu oprire la toate semafoarele ………………………….. …………………………. 123
Figura nr. 6. 19: Profilul de viteză al tramvaiului pe linia nr. 35, cu undă verde la toate semafoarele de pe traseu
………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 124
Figura nr. 6. 20: Curentul absorbit din rețea și tensiunea pe pantograf pentru linia nr. 35, cursă fără oprire la
semafoare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 124
Figura nr. 6. 21: Puterea electrică pentru linia nr. 35, cursă fără oprire la semafoare ………………………….. ……. 125
Figura nr. 6. 22: Graficul vitezei în funcție de distanță și timp pentru traseul dintre stațiile Apaca și Pod
Grozăvești, cu modelarea vitezei pentru a evita oprirea la semafor pentru 10s ………………………….. ……………. 126
Figura nr. 6. 23: Curentul absorbit din rețea, tensiunea pe pantograf și puterea electrică consumată pentru
parcurgerea traseului dintre stațiile Apaca și Pod Grozăvești, cu modelarea vitezei pentru a evita oprire a la
semafor 10s ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 126
Figura nr. 6. 24: Distanța și timpul în funcție de viteză pentru traseul între stațiile Apaca și Pod Grozăvești, cu
modelarea vitezei pentru a evita oprirea la semafor 50s ………………………….. ………………………….. ………………. 127
Figura nr. 6. 25: Curentul consumat, tensiunea pe pantograf și puterea electrică consumată pentru parcurgerea
traseului între stațiile Apaca și Pod Grozăvești, cu modelarea vitezei pentru a evita oprirea la semafor 50s … 128
Figura nr. 6. 26: Profilul de viteză al tramvaiului pe linia nr. 35 ………………………….. ………………………….. ………. 129
Figura nr. 6. 27: Cu rentul absorbit din rețea, tensiunea pe pantograf și puterea electrică pentru linia nr. 35,
cursă fără oprire la semafoare, modelare ISOTEC ………………………….. ………………………….. ………………………… 130
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ VII ~
LISTĂ DE TABELE
Tabelul nr. 2. 1: Valoarea factorului de masă a diferitelor vehicule electrice ………………………….. …………………… 9
Tabelul nr. 2. 2: Regimuri de funcționare a unui vehicul electric ………………………….. ………………………….. ……… 16
Tabelul nr. 3. 1: Nivelurile de tensiune uti lizate în transportul public urban, inter -urban sau feroviar …………… 27
Tabelul nr. 3. 2: Valorile rezistențelor electrice ale principalelor conductoare utilizate la realizarea liniilor de
contact ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 39
Tabe lul nr. 3. 3: Proprietățile celor mai folosite șine în orașele din România ………………………….. …………………. 40
Tabelul nr. 4. 1: Importanța parametrilor în stabilirea consumului de energie electrică în transportul public
urban ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 50
Tabelul nr. 4. 2: Greutatea proprie a celor mai cunoscute tramvaie din Europa ………………………….. ……………… 52
Tabelul nr. 4. 3: Greutatea proprie a tramvaielor din București ………………………….. ………………………….. ……….. 52
Tabelul nr. 4. 4: R ezistența la mers în curbe circulare și consumul de energie electrică aferent ……………………. 57
Tabelul nr. 4. 5: Variația razei în curbe progresive și consumul de energie electrică aferent ………………………… 59
Tabelul nr. 4. 6: Rezistența la mers în declivitate și consumul de energie electrică aferent ………………………….. 60
Tabelul nr. 4. 7: Variația consumului de energie electrică și a timpului de călătorie în funcție de numărul de
opriri ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 62
Tabelul nr. 4. 8: Variația consumului de energie electrică în funcție de poziției intersecției semaforizate dintre
două stații ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 63
Tabelul nr. 4. 9: Limitările de viteză și efectul lor asupra consumului de energie electrică ………………………….. . 66
Tabelul nr. 4. 10: Dispozitive de stocare a energiei electrice în transportul public urban ………………………….. …. 71
Tabelul nr. 5. 1: Repartizarea funcțiilor sistemului ISOTEC pe unităti fizice ………………………….. ……………………. 99
Tabelul nr. 5. 2: Regimuri de conducere al VE -ului ………………………….. ………………………….. ……………………….. 102
Tabelul nr. 6. 1: Poziția stațiilor și semafoarele de pe traseul liniei de tramvai nr. 35 ………………………….. ……. 109
Tabelul nr. 6. 2: Profilul orizontal al liniei de tramvai nr. 35 ………………………….. ………………………….. …………… 109
Tabelul nr. 6. 3: Profilul vertical al liniei de tramvai nr. 35 ………………………….. ………………………….. …………….. 110
Tabelul nr. 6. 4: Caracteristicile pri ncipale ale tramvaiului Siemens Combino ………………………….. ………………. 111
Tabelul nr. 6. 5: Centrele și secțiunile alimentate din substația de tracțiune Basarab ………………………….. ……. 116
Tabelul nr. 6. 6: Pozitionare puncte de alimentare și izolatori de sectiune (IS) pe traseul liniei de tramvai nr. 35
………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 117
Tabelul nr. 6. 7: Profilul orizontal pentru zona dintre Stația Apaca – Stația Pod Grozăvești ………………………… 117
Tabelul nr. 6. 8: Profilul vertical pentru zona dintre Stația Apaca – Stația Pod Grozăvești ………………………….. 118
Tabelul nr. 6. 9: Principalii parametri ce descriu deplasarea tramvaiului între stațiile Apaca și Pod Grozăvești, cu
timpi diferiți de oprire la semaforul de la str. Econom Cezărescu ………………………….. ………………………….. …… 121
Tabelul nr. 6. 10: Princip alii parametri ce descriu deplasarea tramvaiului cu și fără modelarea vitezei între
stațiile Apaca și Pod Grozăvești, timp de oprire la semafor 10s ………………………….. ………………………….. ……… 127
Tabelul nr. 6. 11: Principalii parametri ce descriu deplasarea tramvaiului cu și fără modelarea vitezei între
stațiile Apaca și Pod Grozăvești, cu timp de oprire la semafor 50s ………………………….. ………………………….. …. 128
Tabelul nr. 6. 12: Tabel centralizator pentru valorile vitezei si ale consumului de energie electrica pentru o cursa
cu evitarea opririi la semafor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 129
Tabelul nr. 6. 13: Principalii parametri ce descriu deplasarea tramvaiului pe linia nr. 35, cu și fără modelarea
vitezei, pentru timpi de staționare la semafoare aleși aleator ………………………….. ………………………….. ……….. 131
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ VIII ~
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ IX ~
Această pagină a fost lasată intenționat goală.
LISTĂ DE ABREVIERI Ș I ACRONIME
ATMS – Sistem avansat de management al traficului ( Advanced Traffic Management System )
AVCS – Sistem avansat de control al vehiculului (Advanced Vehicle Control System )
AVL – Localizare Automată a Vehiculului ( Automatic Vehicle Location )
c.a. – Curent alternativ
c.c. – Curent continuu
CA – Cabluri de alimentare
CE – Centrală electrică
CÎ – Cabluri de întoarcere
CR – Cale de rulare
DAS – Sistem de Averizare a Conducatorului Vehiculului (Driving Advisory System)
DSRC – Comunicații dedicate pentru distanțe scurte ( Dedicated Short Range
Communications )
EDGE – Enhanced Data Rates for GSM Evolution
GIS – Sistem geografic de informații ( Geographic Information System )
GPRS – General Packet Radio Service
GSM – Sistem Global pentru comunicatii mobile ( Global System for Mobile Communication)
GTO – Tiristor cu inchidere pe poartă (Gate Turn – Off Tiristor)
IGBT – Transistor bipolar cu poartă izolată (Insulated Gate Bipolar Transistor )
ISOTEC – Sistem de informare pentru optimizarea consumului de energie a
tramvaielor/troleibuzelor (Information System for Optimizing Tram/Trolley Energy
Consumption);
LC – Linia de contact
LEA – Linii electrice aeriene
LED – Diodă emițătoare de lumină (Light -Emitting Diode)
LES – Linii electrice subterane
LRV – Light Rail Vehicle
MALTESE – Management and Assesment of Light Trains for Energy Savings and Efficiency
PTMS – Sistem de M anag ement a l Transportului Public ( Public Transport Management
Systems )
RAT – Autorități din domeniul transportului public
RATB – Regia Autonomă de Transport București
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ X ~
SEN – Sistem Energetic National
SMES – Sisteme magnetice de stocare a energiei electric e
STE – Substații de tracțiune electrică
STR – Stații de transformare ridicătoare de tensiune
UE – Uniunea Europeană
URLV – Ultra Light Rail Vehicle
v – Viteza
VE – Vehicul electric
WiMax – World Wide Interoperablity for Microwave Access
Notă: S-au păstrat acronimele cuvintelor în limba engleză deoarece sunt prezentate astfel în
aproximativ întreaga literatură de specialitate parcursă și pentru că, pentru unii termeni,
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ XI ~
traducerea ar fi fost improprie, iar în anumite cazuri aproape imposibilă. Unde există
echivalent sau o traducere corespunzătoare în limba română, aceasta a fost oferită în text .
MULȚUMIRI
În special, domnului prof. emerit dr. ing. Corneliu Mihail Alexandrescu, pentru
încrederea cu care m -a onorat acceptând u-ma ca doctorand și pentru sprijinul deosebit pe care
mi l-a acordat în tot acest timp.
Domnului președinte, prof. dr. ing. mat. Iulian Bădescu și domnilor referenți, prof. dr.
ing. Șerban Raicu, prof. dr. ing. Alexandru Șerbănescu și prof. dr. ing. Gheo rghe Manolea,
pentru onoarea ce mi -au făcut -o acceptând să facă parte din comisia de doctorat.
Calde mulțumiri și adâncă recunoștiință domnului prof. Adam Szelag de la Facultatea
de Inginerie Electrică, Universitatea Tehnică din Varșovia, Polonia, care mi -a permis să îmi
extind cunoștințele privind tracțiunea electrică în cadrul colectivului dânsului de cercetare.
(Warm thanks and deep appreciation to professor Adam Szelag from the Electrical
engineering Faculty, Technical University of Warsaw, Poland for h elping me to extend my
knowledge about electric traction in his research department.)
Doresc sa îmi exprim gratitudinea față de domnul ing. Ion Dedu, pentru răbdarea de
care a dat dovadă, călăuzindu -mi primii pași în cariera de inginer și deschizându -mi no i
orizonturi spre domeniul transport ului public urban .
Pentru exemplul de perseverență și pentru numeroasele discuții tehnice, mulțumesc
domnului ing. Adrian Augustin Drăghici și colectivului din cadrul firmei Urban Proiect Grup.
Mulțumesc în mod deosebit lui Vlad Zamfir, pentru încurajările, încrederea și ajutorul
acordat.
Dedic această teză familiei mele, în semn de recunoștiință pentru înțelegerea și
sprijinul de care m -am bucurat pe toată perioadă realizării acestui material, în special soțului
meu. Mulțumesc că m -ai împins să merg mai departe de fiecare dată când credeam că este
imposibil.
Îi mulțumesc mamei mele care de acolo, de sus, sunt sigură că mi -a ghidat pașii și
tatălui meu fiindcă a reușit să suplinească atâta timp lipsa ei, făcând reale efor turi de a mă
îndruma spre o carieră academică și o mentalitate de învingător.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ XII ~
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ XIII ~
Această pagină a fost lasată intenționat goală.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
1
CAPITOLUL 1 . INTRODUCERE
1.1. CONTEXTUL, OPOR TUNITATEA ȘI OBIECTIVELE LUCRĂRII
Este o certitudine că lumea este într -o continuă schimbare, fapt ce se reflect ă și în
sistemul de transport public urban , rezultând o creștere progresivă a cererii de transport și a
traficului. În majoritatea orașelor din Europa se în curajează utilizarea transportului public în
detrimentul celui privat. Pentru atragerea populației către transportul public, autoritățile
trebuie să ofere servicii de calitate: capacitate crescută de transport, frecvență și conexiuni
bune, călătorii rapide și confortabile (încălzire, ventilație, aer condiționat), sisteme de
informare a p asagerilor etc. Prin urmare, vehiculele de transport public urban (VE) sunt mai
lungi, mai late și mai grele ca în urmă cu douăzeci de ani, proprietățile lor dinamice au
evoluat, viteza comercială și frecvența de circulație au crescut.
De la sfarșitul secolului al XIXlea, atunci când au fost construite primele tramvaie
electrice și până în zilele noastre, rețelel e de transport electric, atât de curent continuu cât și
de cure nt alternativ , s-au dezvoltat continuu. Tehnologia surselor de alimentare a evoluat și ea
de la mașini rotative la substații cu redresarea tensiunii alternative cu diode , de la linii de
contact rigide și fixe, la linii elastice și compensate. Caracteristic ile electromecanice ale
vehiculelor electrice de transport public au fost îmbunătățite , iar confortul și eficiența sporite .
Din nefericire, consumul de energie a urmat aceeași variație crescătoare.
Eficiența energetică și economia de energie electrică reprezintă două cuvinte cheie
care descriu ultimele tendințe în materie de cercetar e științifică. Uniunea Europeană (UE)
încurajează Autoritățile de Transport (RAT) să ia măsuri le necesare pentru conservarea
resurselor primare și protejarea mediului înconjurăt or prin reducerea poluării și a consumului
de energie.
Transportul pu blic urban de suprafață este un consumator important de energie
electrică. Regia Autonomă de Transport București (RATB) a raportat în anul 2010 un consum
de 104.879 MWh pentru instalații le de tracțiune electrică, în co ndițiile în care avea în
exploatare 809 vehicule electrice (tramvaie și troleibuze) pe 219 km de traseu (cale dublă) [1].
Rețea ua de transport electric de suprafață din București este comparabilă cu cea din Berlin
(190 km de traseu parcurși de 600 de tramvaie) sau din Viena (227,3 km pentru 772 de
tramvaie) [2, 3].
În figura nr. 1.1. sunt evidențiate principalele componente ale sistemului de transport
public urban de suprafață și consumul lor de energie în procente , conform s tudiului
MALTESE (Management and Assessment of Light Trains for Energy Savings and
Efficiency) [4].
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 2 ~
Acestea sunt:
– Vehiculele – folosesc energia electrică pentru tracțiune și servicii auxiliare ;
– Infrastructura – necesită alimentare pentru realizarea funcți ilor conexe activității
de transport ;
– Pierderile datorate transmisie i prin cabluri și fire ;
Figura nr. 1. 1: Împărțirea pe componente a consumului de energie electrică din transportul
public urban de suprafață
Numeroși cercetători au dezvoltat metode de estimare și optimizare a consumului de
energie electrică al vehiculelor din transportul public urban de suprafață, cu sau fără să ia în
considerare caracteristicile vehicu lelor, traseului sau perturbațiile din oraș [5, 6, 7].
Autoritățile de transport (RAT) au implementa t mai multe dintre măsurile recomandate :
utilizarea energiei regenerate, rezultată din procesul de frânare electrică [8], împreună cu
dispozitive de stocare a energiei [9 ], reducerea rezistențelor la înain tare și a pierderilor de
procesare [10 ], managementul traficului și conducerea eficientă, utilizarea regimurilor de
mers din inerție, prioritizarea în intersecții ș.a. [11, 12, 13 ]. Așa -numitul program “Undă
Verde” este utilizat în orașe mari pentru a acor da prioritate vehiculelor de transport public la
trecerea prin intersecții semaforizate . Însă, în cazul liniilor aglomerate, cu frecvență mare de
trecere, la orele de vârf, se creează ambuteiaje pe direcțiile perpendiculare de mers .
Din punct de vedere al eficienței energetice, cursa perfectă este cea la viteză mică și
fără opriri in utile. La elaborarea orarelor de circulație, RAT ia în considerare caracteristicile
fluxului de pasageri și aplică metode de eficientizare a costurilor, fără a ține cont de cri terii de
eficientizare energetică . Pentru calculul timpilor necesari străbaterii traseelor s e folosește
viteza de circulație maximă , luându -se rar în considerare mersul din inerție , ca mijloc de a
reduce consumul de energie . Având în vedere ca , pe un trase u dat, numărul de opriri, rata de
accelerare și viteza de circulație se modifică în mod continuu, profilul de viteză real și
consumul de e nergie sunt dificil de calculat .
În contextul aderării la principiile europene de conservare a resurselor primare și pe
fondul înmulțirii măsurilor adoptate de autorități în vederea protejării mediului și reducerii
consumului de energie electrică, scopul prezentei teze de doctorat este găsirea unor soluții
pentru eficientizarea și dim inuarea consumului de energie electri că în transportul public urban
de suprafață. Tematica de cercetare științifică se realizează preponderent interdisciplinar,
însumând cunoștiințe din domeniul transporturilor, electrotehnicii și energeticii. Cercetarea se
desfășoară pe două axe: studierea i mplementării unor măsuri fie de natură tehnologică, fie de
natură organizațională, cu predilecție pe cea din urmă.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 3 ~
Direcțiile strategice și obiectivele de bază ale prezentei teze de doctorat vizează:
– Determinarea aspectelor teoretice pentru calculul pro filurilor de viteză și a
consumurilor de energie electrică aferente circulației vehiculelor de transportul
public urban de suprafață ;
– Identificarea parametrilor care influențează consumul de energie electrică și
analiza acestora ;
– Studiul soluțiilor existen te, descrise de literatura de specialitate și determinarea
efectelor acestora în vederea analizei ulterioare cost-beneficiu ;
– Îmbunătățirea procedurilor și standardelor referitoare la planificarea, proiectarea,
implementarea și operarea unor sisteme de tra nsport public urban electric;
– Propunerea unor măsuri și sisteme inteligente de transport care să modeleze
profilul de viteză, cu consecințe benefice asupra consumului de energie electrică;
– Evaluarea soluțiilor propuse prin simularea implementării lor .
Aplicațiile acestei cercetări se vor folosi de către autoritățile de transport, pentru
reducerea cheltuielilor generate de consumul de energie electrică dar și pentru eficientizarea
utilizării flotei de vehicule. Prezenta cercetare se consideră a fi un punct d e pornire pentru alte
inițiative legate de eficientizarea, promovarea și operarea sistemelor de transport public urban
electric.
1.2. STRUCTURA LUCRĂ RII
Lucrarea este structurată în șapte capitole, conține 74 de figuri, 20 de tabele , 6 anexe și
110 referi nțe bibliografice . Fiecare capitol se încheie cu o parte de concluzii și un sumar al
contribuțiilor personale, pentru a sublinia importanța și utilitatea noțiunilor prezentate în
cadrul tematicii abordate.
În primul capitol sunt prezentate contextul, oportunitatea, scopul, obiectivele și
structura lucrării.
Capitolul doi trece în revistă aspectele teoretice și conceptuale privind simularea
deplasării vehicul ului electric în transport ul public urban de suprafață . Se prezintă ecuația
generală a deplasării un ui vehicul și se descriu elementele specifice tracțiunii electrice. Sunt
definite regimurile de funcționare ale ve hiculului împreună cu expresia matematică și grafică
a fiecăruia . Ecuația mișcării unui vehicul este rezolvată alegând ca variabilă de integra re
timpul, distanța sau viteza.
Capitolul trei prezintă noțiunile teoretice de bază referitoare la sistemul de alimentare
cu energi e electrică a vehiculelor de transport public. Sunt definite și descrise componentele
sistemului de tracțiune electrică: subs tațiile de tracțiune, circuitul de alimentare și retur
(cablurile) , liniile de contact și calea de rulare. Se determină parametrii electrici ce
caracterizează aceste elemente și e ste dezvoltat m odelul matematic al circuitulu i format din
diferite combinări ale acestor a.
Capitolul patru este un studiu al soluțiilor existente , descrise de literatura de
specialitate, pentru îmbunătățirea eficienței energetice și reducerea consumului de energie. Se
definesc factorii ce influențează consumul și importanța lor. Se urmăresc trei axe principale:
– Îmbunătățirea caracteristicilor vehiculelor și a le traseului
– Soluții pentru modernizarea sistemului de alimentare cu energie electrică
– Tehnici de management al sistemului de transport și de conducere eficientă a
vehiculului
Progresul tehnologic poate îmbunătăți eficiența energetică a fiecărei ramuri studiate.
Vehiculele electrice pot fi alese cu o greutate redusă , cunoscându -se faptul că energia
consumată este proporțională cu masa. Rezistența datorată frecării cu suprafețele laterale
poate fi diminuată prin acoperirea sau vopsirea acestora cu un material neted, lucios, prop ice
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 4 ~
din punct de vedere aerodinamic. Diferențele de consum cuprinse între 10 și 25% fac ca
folosirea curbelor progresive în locul celor circulare să devină obligatorie în faza de proiectare
a liniilor de tramvai. Utilizarea energiei recupe rate din procesul de frânare pentru alimentarea
serviciilor auxiliare sau pentru o parte din necesarul procesului de tracțiune, poate reduce
substațial consumul de energie.
Însă implementarea tehnologiilor noi și modificarea structurii existente implică costur i
mari. De accea, în partea a trei a a acestui capitol atenția se îndreaptă spre evaluarea unor
măsuri de natură organizațională: aplicarea unor tehnici de conducere efi cientă și
managementul traficului și transportului public. Școlarizarea personalului implică investiții
minime cu beneficii mari. Se mai pot lua în considerare sistemele de asistare a conducătorul ui
cu acțion are în timp real care și -au dovedit utilitatea î n cadrul sistemului de transport feroviar.
Sistemele de management al traficului și transportului public îmbunătățesc fluiditatea, cresc
siguranța exploatării și eficientizeză utilizarea flotei de vehicule.
Soluțiile studiate au fost evaluate folosind prog ramul de simul are descris în capitolul
cinci . S-au determinat efectele acestora în vederea unei analize cost -beneficiu ulterioare.
Capitolul cinci prezintă un nou sistem inteligent de transport ISOTEC (Information
System for Optimizing Tram/Trolley Energy Consumption – Sistem de informare pentru
optimizarea consumului de energie a tramvaielor/troleibuzelor) , o unealtă pentru modelarea în
timp real a vitezei și reducerea consumului de energie prin eliminarea opririlor inutile la
semafoare, înaintea intersecț iilor și în apropierea stațiilor, atu nci când platforma de
debarcare/îmbarcare este ocupată . Sistemul indică șoferului viteza maximă recomandată între
două stații și punctul de la care trebuie să înceapă regimul de mers din inerție și cel de frânare,
pentr u a minimiza consumul de energie însă fără a afecta eficiența sistemului de transport.
Modelul propus folosește informații despre culoarea semafoarelor și prezența altor
vehicule pe aceeași secțiune de rețea, primite de la echipamentele de pe marginea dru mului,
automatele de trafic, Sistemul de Management al Traficului ( TMS ) sau de la Sistemul de
Management al Transportului Public ( PTMS). Pe baza acestor informații , sistemul ISOTEC
calculează profilul de viteză astfel încât acesta să fie constant și contin uu, fără opriri inutile
între două stații de pasageri . Daca două sau ma i multe vehicule circulă pe acee ași secțiune,
modelarea în timp real a vitezei fiecăruia îmbunătățește fluiditatea traficului , uniformizează
distribuția vehiculelor pe traseu, corecteaz ă frecvența de circulație și poate facilita utilizarea
energiei recuperate prin frânare. De asemenea, limitează căderile de tensiune de pe linia de
contact.
Software -ul sistemului ISOTEC a fost proiectat p entru modelarea vitezei si esti marea
consumului de energie a vehiculelor din transportul public urban.
În capitolul șase este prezentat un studiu de caz pentru demonstrarea beneficiilor aduse
de implementarea sistemului ISOTEC. Folosind software -ul sistemului s -au realizat diverse
simulări care să evidenț ieze obiectivele propuse al e prezentei teze . S-au expus rezultatele
experimentale obținute pentru traseul dintre două stații de tramvai , între care există un
semafor. Au fost alese stațiile Apaca și Pod Grozăvești, distanța între ele fiind de 995m. Între
cele două stații, la kilometrul 0+835, este poziționat semaforul de la intersecția cu str.
Econom Cezărescu. Pentru o mai bună exemplificare a metodelor de simulare și modelare, s -a
ales pentru reprezentare și o parte din linia de tramvai nr. 35, aferentă a realului substației
Basarab. Lungimea totală a traseului este de 2822 m. S-a studiat atât situația existentă cât și
cea obținută cu ajutorul sistemului.
În capitolul șapte sunt prezentate concluziile generale, contribuțiile personale aduse în
lucrare, pre cum și posibilitățile de dezvoltare ulterioare.
În Anexa nr. 1 este figurată s chema circuitelor primare ale unei substații de tracțiune
electrică de curent continuu.
Anexa 2 prezintă secțiunea transversală a liniei de tramvai înglobată în carosabil.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 5 ~
În anexa nr. 3 sunt prezentate vitezele maxime permise de deplasare în curbe cu
limitarea coeficientului de șoc la 0,5 m/s3, pentru menținerea confortul ui călătoriei și evitarea
deraierii vehiculului de pe șine.
Anexele nr. 4 și 5 prezintă schema logică și co dul programului ISOTEC iar în anexa
nr. 6 sunt prezentate graficele mărimilor caracteristice specifice tramvaiului Siemens
Combino, utilizat e în studiul de caz din capitolul șase.
ACKNOWLEDGMENT
Rezultatele prezentate în această teză de doctorat au fo st obținute cu sprijinul financiar
al Ministerului Muncii, Familiei și Protecției Sociale prin Fondul Social European, Programul
Operațional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 -2013, Contract nr.
POSDRU/107/1.5/S/76813.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 6 ~
Această pagină a fost lasată intenționat goală.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 7 ~
CAPITOLUL 2 . SOLUȚII ȘI DETERMINĂRI EXPERIMENTALE
PENTRU SIMULAREA ȘI MODELAREA DEPLASĂRII
VEHICULELOR ELECTRIC E ÎN TRANSPORTUL PUBLI C URBAN
2.1. INTRODUCER E
Optimizarea profilului de viteză a unui vehicul electric poate reduce semnificativ
consumul de energie electrică necesar deplasării. Această problemă a fost studiată de
numeroși cercetători, folosind diferite metode. Principală sarcină, cea a r ezolvării ecuației
fundamentale a mișcării unui VE a fost abordată atât analitic [14, 15] cât și cu ajutorul
tehnicii de calcul [16, 17, 18] . Pe toată durata călătoriei între două stații, VE -urile alternează
regimul de accelerare cu cel de mers constant sa u din inerție și frânare. Profilul de viteză este
complex și influențat de mulți factori. Rezolvarea analitică, utilizând ecuații diferențiale, este
una greoaie datorită multitudinii de recurențe ce apar între elementele principale ale ecuației
(viteza, di stanța, timpul, accelerația, forța de tracțiune, forța de frânare, rezistențele la
înaintare). Deoarece această metodă este una laborioasă și consumatoare de timp, odată cu
dezvoltarea limbajelor de programare (Fortran, C, C++), s -au dezvoltat algoritmi și programe
de simulare pentru studiul aplicării diverselor strategii de operare [19], evaluarea timpului de
circulație ținând cont de sistemul de semnalizare și limitările de viteză [20], modelarea
profilului de viteză pentru obținerea unui timp redus și a unui consum minim [21].
Capitolul doi trece în revistă aspectele teoretice și conceptuale privind simularea și
modelarea deplasării vehicul electric în transport public urban de suprafață. Se prezintă
ecuația generală a deplasării unui vehicul și se descr iu elementele specifice tracțiunii
electrice: for ța de tracțiune și de aderență , rezistențele la înaintare și forțele de frânare. Sunt
definite regimurile de funcționare ale vehiculului, împreună cu expresia matematică și grafică
a fiecăruia :
– regimul de t racțiune: acceler are sau mers cu viteza constantă ;
– regimul de mers fără accelerare , din inerție
– regimul de frânare: frânare mecanica, frânare electric ă sau frânare mecanică și
electrică;
Ecuația mișcării unui vehicul este rezolvată alegând ca variabilă de integrare timpul,
distanța sau viteza .
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 8 ~
2.2. ASPECTE TEORETICE ȘI CONCEPTUALE PRIVIND SIMULAREA
DEPLASĂRII UNUI VEHI CUL ELECTRIC ÎN TRANSPORTUL PUBLIC UR BAN
2.2.1. Ecuația generală a mișcării unui vehicul
Deplasarea unui vehicul este posibilă daca asu pra sa acționeaza o forță exterioară,
orientată în sensul mișcării, și care să aibă o valoare suficient de mare pentru a învinge
rezistențele la înaintare și pentru a imprima vehiculului accelerația necesară.
Deplasarea poate fi descrisă cu ajutorul ecuați ei de mișcare, aceasta fiind expresia
matematică ce stabilește legătura între forțele care acționează asupra vehiculului aflat în
mișcare. Cunoasterea ecuației de mișcare permite rezolvarea problemelor specifice legate de
deplasarea vehiculului, cum ar fi: determinarea vitezelor și a timpilor de mers, alegerea tipului
de acționare, stabilirea s arcinii (a masei transportate), precum ș i determinarea forțelor de
frânare.
În sistemul de tracțiune electrică, energia este în primul rând utilizată pentru
deplasare a masei vehiculului, învingând forțele de frecare și pierderile de putere electrică și
mecanică. Consumul de energie al unui vehicul electric motor depinde de viteza și accelerația
pe care acesta o are la fiecare moment de timp, de forța de tracțiune proie ctat să o dezvolte,
masa totală, distanța parcursă și numărul de porniri /opriri (în intersecții și stații) pe întreg
traseul.
Figura nr. 2. 1: Forțele care acționează asupra unui mișcării unui vehicul
Forțele care au in fluență directă asupra miș cării unui vehicul , așa cum sunt prezentate
în figura nr. 2.1, sunt :
– Forța de tracțiune Ft, forță activă , motoare , controlabilă ce acționează pe direcția și
în sensul mișcării utile;
– Rezistențe le la înaintare R, forțe pasive , necontrolabile care acționează pe direcția
mișcării dar în sens contrar ei;
– Forța de frânare F f, forța activă , controlabilă care acționează pe direcția mișcării
dar în sens opus vectorului viteză ;
– Forța de aderență F A, for ța de reac ție a mediului înconjurator care permite
dezvoltarea for ței de trac țiune;
A doua lege a lui Newton descrie ecuația fundamentală a mișcării și interacțiunea
dintre aceste forțe:
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 9 ~
R FFdtdvm f t e
(2.1)
unde,
me – masa efect ivă a vehiculului electric , incluzând efectul inerțial al tuturor corpurilo r aflate
în mișcarea de rotație
v – viteza de deplasare a vehiculului
Ft – forța de tracțiune
Ff – forța de frânare
R – suma rezistențelor care se opun deplasării vehiculului electric
Prin intermediul factorului de masă se poate face abstracție de prezența părților
rotitoare ale vehiculului ( roți, osii , punți și organe de transmisie a cuplului motor solidare cu
acestea ), înlocuind masa reală a vehiculului cu masa efectivă, aflată în mișcare de translație cu
vitez a vehiculului considerat [22].
Formula de calcul a masei efective este:
γ)1(*m me
(2.2)
unde,
m – masa reală a vehiculului, cuprinde masa proprie și sarcina transportată (pasagerii) ;
γ – factorul de masă sau coeficientul global de ine rție;
Factorul de masă este constant și depinde de tipul vehiculului, de ponderea părților
rotitoare în stuctura acestuia și de proporția numărului de boghiuri motoare față de nu mărul
total de boghiuri . Valorile acestuia pentru principalele categorii de v ehicule electrice sunt
prezentate în tabelul nr. 2.1 [23].
Tabelul nr. 2. 1: Valoarea factorului de masă a diferitelor vehicule electrice
Tipul vehiculului 1+γ
Locomotiva 1,20…1,40
Troleibuze 1,15…1,20
Tramvaie 1,09…1 ,20
Metrouri 1,08…1,12
Electromobile 1,10…1,30
VE pe perna de aer sau
magnetica 1,00
Forțele de tracțiune și de frânare nu acționează niciodată simultan, acțiunea uneia
asupra unui vehicul excluzând -o pe cealaltă. Însă, rezistențele la înaintare sunt prezente pe
toată durata mișcării , chiar și în absența forțelor active (regim de mers din inerție).
Integrând ecuația (2.1) obținem :
td)RfF2t
1ttF(
em1v (2.3)
Înlocuind viteza cu formula sa scalară, vom obține formula distanței și a timpului :
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 10 ~
dv)2v
1v RfFtFv( emd (2.4)
)dv2v
1vRfFtF1(emt
(2.5)
Datorită dependenței paramet rilor F t, Ff și R de viteza v, rezolvarea integralelor (2.3.),
(2.4) și (2.5.) pe cale analitică este dificilă. Pot fi calcul ate soluții aproximative folosind
metode numerice , prin înlocuirea integralelor cu sume și diferențialelor cu incremente finite.
Se consideră că forțelor ce acționează asupra vehiculelor electrice în tr-un interval , suficient de
mic ales, sunt constante. Se folosesc iterații bazate pe increme nte de viteză, distanță sau timp
[24, 25, 26].
2.2.2. Forța de tracțiune și de aderență
Toate vehiculele cu roți (pneumatice sau metalice) se deplasează pe baza forțelor de
tracțiune dezvoltate de roțile motoare în prezența feno menului de aderență. Valorile forței de
tracțiune sunt determinate de caracteristicile constructive și de funcționare ale motoarelor
electrice și de condițiile de aderență [22].
2Mtηi
RD2
RrRM
tF
(2.6)
unde,
Ft – forța de tracțiune
MR – cuplul m otor transmis roților motoare
rR – raza de rulare
DR – diametru roții
ηt – randamentul angrenajului reductor
i – raportul de transmisie al angrenajului reductor
M2 – cuplul arborelui rotoric al motorului electric de tracțiune
Viteza mișcării de translație pe calea de rulare a vehiculului [22]:
imnD
60πv
(2.7)
unde,
nm – turația mecanică a rotorului motorului de tracțiune
Uzual, pentru toate vehiculele motoare cu roți, cuplul M 2 al motoarelor electrice de
tracțiune ( transmis roților motoare) este convertit în forțe tangențiale de tracțiune, în zonele de
contact ale roților cu calea de rulare. Cantitativ, dacă cuplul M R transmis unei roți motoare
este prea mare, numai o parte din acesta se va transforma în forță tangen țială de tracțiune iar
restul cuplului va servi la accelerarea mișcării de rotație a roții motoare considerate. În acest
context, a re loc patinarea, respectiv alunecarea roților pe calea de rulare. Drept urmare, forța
tangențială maximă F tA transmisibilă l a obada roților motoare (ale oricărui VE) este li mitată
de fenomenul de aderență [22].
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 11 ~
În figura nr. 2.2. este prezentată forma grafică a forței de tracțiune a unui vehicul
electric de transport public urban (troleibuz) [27].
Figura nr. 2. 2: Forța de tracțiune a unui troleibuz
Pentru un vehicul cu tracțiune electrică, cu N osii motoare, trebuie făcută distincția
între masa totală m și masa aderentă m ad. În acest scop, se definește masa aderentă m ad ca
fiind parte a din masa totală G a vehiculului care se sprijină pe calea de rulare prin roțile
motoare [22].
Prin urmare, orice roată motoare beneficiază de aderență numai dacă forța tangențială
satisface condiția:
adFadGφmaxtF
(2.8)
Ftmax – forța de tracțiune maximă
φ – coeficientul de aderență al roții
Gad – greutatea aderentă
Fad – forța de aderență
Condiția de aderență trebuie satisfăcută și în faza de frânare când prin suprafața de
contact se transmite forța tangențială de frânare F f. Dacă F f>Fad roata fr ânată tinde să se
blocheze și să patineze.
Fenomenul de patinare (alunecare) nu permite accelerarea vehiculului și cauzează
consum inutil de energie electrică. Coeficientul de aderență φ reprezintă o mărime
adimensională, cu valori medii subunitare determ inate experimental, de 0,1 ÷0,3, în cazul VE
cu ro ți metalice pe cale de rulare cu șine de o țel, respectiv de 0,1÷0,75 în cazul VE cu ro ți
pneumatice pe cale de rulare neghidat ă [23].
2.2.3. Rezistențele la înaintare
Asupra unui vehicul acționează pe direcț ia deplasă rii sale, pe de o parte, forța de
tracțiune dezvoltată de motoar ele de tracțiune, iar pe de altă parte suma forțelor rezistente care
se opun mersului, la car e se adaugă în timpul frână rii și forțele de frânare. Rezistențele la
înaintare sunt forț e care trebuie învinse de catre forța de tracțiune, pentru a se asigura
deplasarea vehiculului pe calea de rulare prin cheltuirea unei energii în acest scop.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 12 ~
Determinarea acestor rezistențe are o importanță deosebită atât pentru calculele de
tracțiune și energetice, cât ș i pentru proiectarea v ehicule lor ș i a că ii de rulare. Analiza lor
permite determin area factorilor care le influențează valoarea și găsirea unor mijloace pentru
reducere a lor.
Dupa importanța pe care o au asupra deplasării vehiculelor, rez istențele la înaintare se
compun din:
– rezistențe principale, care intervin pe toata durata deplasării în aliniament și
palier , în condiții obișnuite de deplasare ;
– rezistențe suplimentare, care intervin pe parcursul unui traseu numai în anumite
împrejurări ;
Rezistențele principale la înaintare Rpr depind de tipul constructiv al vehiculului și de
viteza de circulație și cuprinde următoarele componente [22, 23]:
– rezisten ța datorată frecărilor din lagărele osiilor (frec ări mai mari la lag ărele cu
cuzine ți dec ât la cele cu rulmen ți);
– rezistența datorată alunecărilor dintre roată și calea de rulare (mai mare în cazul
roților metalice pe șine);
– rezistența datorată rostogolirii roților (mai mare în cazul ro ților pneumatice );
– rezistența aerodinamică;
– rezistența dator ată pierderilor mecanice (din motoarele electrice de tracțiune și din
transmisiile mecanice ale osiilor motoare ) în regimurile de mers din inerție și de
frânare neelectrică;
– rezistența datorată frecărilor dintre captatorul de curent (patină, pantograf) și linia
de contact
Rezisten ță principal ă la înaintare Rpr depinde de numero și factori, ceea ce face dificil
calculul prin metode teoretice. În scopul evaluării acesteia au fost propuse relații empirice
care să dea mărimea acesteia în funcție de viteză pentru diverse tipuri de vehicule . Aceste
expresii au forma:
m)2vCvBA(prR
(2.9)
unde
A, B și C – constante, v aloril e acestora găsindu -se în tabele și depinzând în mare parte de
soluția constructivă a căii de rulare și de caracteristicile tehnice ale materialului rulant ;
v – viteza de circulație a vehiculului electric
m – masa vehiculului
Primii doi termeni corespund rezistenței de rulare iar ultimul celei aerodinamice.
Pentru transportul public urban, literatura de specialitare ne indică c ă termenul al doilea poate
fi nul, neavând o valoare semn ificativă. Astfel, ecuația (2.10 ) se poate rescrie:
2vCAprR
(2.10 )
Rezistența suplimentară la înaintare a VE cuprinde:
– rezistența datorată declivităților;
– rezistența datorată mersului în curbă;
– rezistența datorată mersului în tuneluri;
– rezistența la înțepenire;
– rezistența la ger;
– rezistența datorată vântului;
– rezistența datorată accelerației;
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 13 ~
Dintre cele enumerate mai sus, valori importante au primele două, pentru care
prezent ăm formula de calcul în cele ce urmează.
gmipR
(2.11)
unde,
Rp – rezistența la înaintare datorată declivității ;
i – declivitatea exprimată în [%0];
m – masa vehiculului;
g – accelerația gravitațională;
Uzual, înclinarea axei c ăii de cir culație, așa c um este arătat în figura nr. 2.3 , se
caracterizeaz ă prin declivitatea i, definit ă ca diferen ța de nivel h între dou ă puncte ale axei
căii de circula ție aflate la o distan ță l în plan orizontal de 1000 m și exprimat ă în promile. În
calcule, declvitatea se consideră cu semnul „+” pentru deplasarea în rampă și cu semnul „ -”
pentru pantă.
Figura nr. 2. 3: Rezistența la înaintare în declivitate
La deplasarea în curbe, cele două roți me talice ale fiecărei osii parcurg distanțe diferite
datorită razelor diferite ale celor două fire ale căii . Cum osiile sunt rigide, roțile efectuează o
mișcare de rostogolire simultan cu târârea uneia dintre roți , ceea ce determină apariția
rezistenței supl imentare la mers în curbe. În plus, roțile au tendința de a merge pe direcția
tangentei la curbă și astfel, buza bandajului primei osii apasă puternic partea laterală a capului
șinei, producând o frecare suplimentară . Valoarea rezistenței la mers în curbe Rc depinde de
raza curbei, de ecartament și ampatament , de viteza de mers, de tipul boghiului și uzura
acestuia și a căii de rulare .
Pentru evaluarea acesteia, s -au propus mai multe relații . Ecuația nr. (2.12 ) reprezintă
formula UCFE [28]:
mrdbea
cR
(2.12 )
unde
e – ecartamentul căii de rulare, exprimat în m
d – ampatamentul vehiculului electric, exprimat în m
r – raza de curbură, exprimată în m
a, b – coeficienți i experimentali , ale căror valori depind de c ondițiile climatic e:
vara: a =158,4, b=103,4;
iarna: a=118,8, b=77,5;
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 14 ~
Uzual, se mai folosesc formulele lui Rockl , valabile pentru ecartamentul c ăii de rulare
egal cu 1,435m [29]:
– dacă r>350m :
m55r650
cR
(2.13 )
– daca 250< r < 350:
m35r530
cR
(2.14)
– daca r<250m
m30r500
cR
(2.15 )
Forța de rezisten ță datora tă curbelor nu apare, practic, la vehicule cu roți pneumatice
pe carosabil, întruc ât este asigurat ă independen ța de mi șcare a ro ților st ânga-dreapta din
puntea motoare a acesto ra.
2.2.4. Forțele de frânare
Forțele de frânare sunt forțe exterioare care acționează asupra vehiculului electric în
sens invers sensului de deplasare, cu scopul de a încetini sau de a opri mișcarea de translație a
acestuia. Acestea sunt forțe total contr olabile din interiorul vehicul ului în orice moment de
timp și s e ob țin cu instala ții de frânare mecanice sau electrice care permit transformarea
energiei cinetice și poten țiale a le vehiculului în alte tipuri de energie (termică, cinetică de
rotație, electr ică).
Frânarea oricărui vehicul se obține cu ajutorul metodelor directe , la care forța de
frânare se dezvoltă între vehicul și calea de rulare (frânarea cu patine sau saboți de cale ) și
metode indirecte, prin realizarea unor forțe de frâna re interne obțin ute pe baza aderenței dintre
roți și calea de rulare ( frânarea cu discuri, saboți sau electrică)
Vehiculele electrice moderne ce circulă pe șine metalice au în componență patru
sisteme de frânare independente:
– frâna electrică , recuperativă și/sau reostati că – folosită în mod curent
– frâna electrohidraulică activă (di sc/etrier) pe osiile motoare și roțile nemotoare –
folosită la viteze foarte mici atunci când /dacă frâna electrică nu mai este
disponibilă
– frâna electrohidraulică pasivă (disc/etrier, cu resort ) pe osiile motoa re – folosită la
viteze foarte mici atunci când frâna electrică nu mai este disponibilă
– frâna electromagnetică cu patină la șină – frână de urgență
Frânarea mecanică se obține prin frecarea unor saboți pe suprafețele de rulare ale
roților sau ale unor discuri unitare cu osia. Comanda frânei se face cu ajutorul unei instalații
pneumatice sau , în lipsa acesteia, prin circuite electrice auxiliare cu acționarea efectivă cu
ajutorul servomotoarelor electrice sau electrohidraulice. Forța de frâna re mecanică în cazul
frânei cu saboți se calculeaz ă cu ajutorul ecuației nr. (2.16 ) iar pentru frâna cu di scuri folosind
ecuația nr. (2.17 ) [22]:
)nηi S (ρ )P ( FCF CF CF s s f μμ
(2.16 )
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 15 ~
unde,
Ff – forța de frânare
μs – coeficientul de frecare dintre sabot și roa tă
P – forța de apăsare a sabotului asupra suprafeței de rulare
ρCF – presiunea relativă a aerului din cilindrul de frână
SCF – aria suprafeței active a pistonului cilindrului de frână
i – raportul de amplificare a timoneriei
nCF – numărul total ai cilindr ilor de frână ai vehiculului
)nηi S (ρrr)Prr( FD CF CF D
RDD
RDf μ μ (2.17 )
unde,
rD – raza medie de frecare a placheților pe disc
rR – raza roții vehiculului
μD – coeficientul de frecare dintre plachet și disc
nD – numărul total de discur i de frânare ale vehiculului
Frânare a electrică se bazează pe principiul funcționă rii inverse a motorului de
tracțiune , ca generator electic . Astfel, motoarele electrice vor primi la arbore energie
mecanică pe care o transformă la borne în energie electric ă. Când conductoarele rotorului sunt
străbătute de curenți , la arborele fiecărui motor de tracțiune va exista un cuplu
electromagnetic ce se opune mișcării, numit cuplu de frânare. Această metodă se poate folosi
doar pentru roțile motoare ale vehiculului.
Frânarea electrică este de două tipuri:
– reostatică, atunci când la bornele motorului electric se conectează rezistențe de
frânare și variația de energie cinetică este transformată în căldură ;
– cu recuperare de energie , atunci când se tra nsferă energia elect rică produsă de
motorul de tracțiune ce funcționează în regim de generator , altor vehicule electrice
prin intermediul liniei de contact ;
Avantajele frânării cu recuperare de energie sunt:
– scăderea consumului de energie electrică, având în vedere că există posibilitatea
stocării energiei recuperate în acumulatoare și utilizarea ei pentru alimentarea
serviciilor auxiliare din cadrul aceluiași vehiculului electric sau transferarea
acesteia alt or vehicule care circulă în acee ași secțiune de rețea și o pot consu ma
pentr u deplasarea pe calea de rulare ;
– reducerea uzurii bandajelor roților sau a saboților de frânare precum și re ducerea
încălzirii ex cesive a acestora , datorită utilizării limitate a instalațiilor de frânare
mecanică ;
– diminuarea cantității de praf meta lic generat de frânarea meca nică ;
– anulează necesitatea frânarii mecanice, prin frecare, la viteze mari
– aduce beneficii important la coborârea pantelor cu declivitate mare
Mărimea forței de frânare electrică se poate aproxima folosind relația [22]:
R ma F e f fe
(2.18 )
unde,
Ffe – forța de frânare electrică
af – decelerația de frânare
me – masa efectivă, calculată cu ecuația (2.2)
R – suma rezistențelor la înaintare determinate în subcapitolul 2.2.3
În cazul motoarelor de curent continuu, ex istă însă dificultăți pentru frânarea la viteze
mici, existând chiar imposibilitatea utilizării acesteia până la oprirea vehiculului.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 16 ~
2.3. MODELAREA REGIM URILOR DE FUNCȚIONARE A UNUI VEHICUL
ELECTRIC
Energia electrică consumată de un vehicul electric în v ederea deplasării depinde de
regimul de mers utilizat. Alegerea regimurilor de mers și combinarea diferită a acestora de -a
lungul aceluiași traseu generează consumuri de enegie diferite pentru același vehicul.
Din punct de vedere al regimului de funcționa re, deplasarea unui vehicul este
caracterizată de:
– regimul de tracțiune: acceler are sau mers cu viteza constantă ;
– regimul de mers fără accelerare , din inerție
– regimul de frânare: frânare mecanică , frânare electric ă sau frânare mecanică și
electrică;
Forma grafică a vitezei în funcție de distanță caracteristică acestor regimuri este
prezentată în figura nr. 2.4.
Figura nr. 2. 4: Regimurile de funcționare ale unui vehicul electric
Ecuația de miscare este particularizată pe ntru fiecare regim de deplasare , după
modelul matematic arătat în tabelul nr. 2.2. Caracterul mișcării depinde atât de mărimea cât ș i
de sensul forței rezultante care acționeaz ă asupra vehiculului .
Tabelul nr. 2. 2: Regimu ri de funcționare a unui vehicul electric
Mod de conducere Model matematic Viteză
Accelerare Ft – R > 0 v→ v max
Mers cu viteză constantă Ft = R v = v max
Mers din inerție Ft = 0 v ≤ v max
Frânare Ft – R < 0 v→0
În cele ce urmează, sunt explicitate modelele matematice și principiile care se pot
adopta în vederea simulării și modelării deplasării unui vehicul electric de transport public.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 17 ~
2.3.1. Modificarea poziției unui vehicul electric
Deplasarea vehiculului din punctul A în punctul B, respectiv din starea curentă (dA, tA,
vA), cunoscută, în starea viitoarea (dB, tB, vB), necunoscută, se face datorită forței de tracțiune
dezvoltată de motoarele electrice ale vehiculului, ținând cont de caracteristicile traseului
(rezistențele la înaintare) .
Figura nr. 2. 5: Deplasarea vehiculului între două puncte
Figura nr. 2.5 arată deplasarea unui v ehicul electric între două puncte , în spațiul
tridimensional. Datorită accelerației pozitive în perioada Δt , viteza crește de la v A la vB și
distanța parcursă de la d A la d B. Accelerația poate fi privită ca o constantă [30, 33]:
– pe un interval de timp Δ T, rezultând modelarea în timp
– pe un interval de distanță Δ D, rezultând modelarea distanței
– pe un interval de viteză Δ V, rezultând modela rea vitezei
Modelarea în timp presupune rezolvarea ecuației mișcării generale a unui vehicul
ținând cont că variabila de integrare este timpul.
ii i0 TΔii i0 TΔ
tΔv lim dtv dtΔa lim dta v
ii (2.19)
Accelerația este privită ca o constantă pentru o iterație , pe un interval de timp ΔT,
suficient de mic ales , iar coordonarele stării în punctul 2 pot fi determinate folosind relațiile:
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 18 ~
a2v vd dTΔa v vmRFat tTΔ
2
A2
BA BA BetA B
(2.20)
Modelarea distanței presupune integrarea după variabila distanță iar rezolvarea va fi
conform ecuați ilor nr. 2.21:
i ii i
0 DΔi ii
0 DΔ
vdΔalim ddvadvdΔlim ddv1t
ii
(2.21)
Dacă incrementul de distanță este suficient de mic ales, accelerația a poate fi
considerată constantă. Astfel, se pot scrie ecuațiile nr. 2.22:
DΔa2 vv vDΔa2v vvDΔt tmRFad dDΔ
2
A
A BA BAA BetA B
(2.22 )
Dacă variabila după care se face integr area este viteza, ecuația mișcării unui vehicul se
poate exprima astfel:
i ii i
0 VΔi ii
0 VΔ
avΔvlim dvavdavΔlim dva1t
ii (2.23 )
În mod asemănător, dacă ΔV este suficient de mic, atunci:
TΔv daVΔvd daVΔt tmRFav vVΔ
A AAA BA BetA B
(2.24 )
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 19 ~
2.3.2. Regimul de mers accelerat
Regimul de m ers accelerat este caracterizat de o creștere a vitezei vehiculului electric
de la v 1 la v 2, cu v 1<v2. Forța de frânare este nulă, forța de tracțiune și accelerația au valori
pozitive și se calculează folosind form ulele:
ete t
mRF
dtdvadtdvmR F
(2.25)
unde,
Ft – forța de tracțiune
R – suma rezistențelor la înaintare
me – masa efectivă a vehiculului
a – accelerația mișcării
Forța rezultantă F t-R se numește forță acceleratoare.
Cea mai mare valoare a ac celerației este la punerea în mișcare a vehiculului, când forța
de tracțiune are valoare maximă iar rezistența la înaintare este minimă. Accelerația va fi
limitată superior doar de condiția de aderență:
ead
mGaφ (2.26)
unde,
φ – coeficientul de aderență al roții
Gad – greutatea aderentă
În figura nr. 2 .6 este afișat graficul viteză – distanță pentru regimul de mers accelerat.
De regulă, acesta este succedat d e regimul de mers constant.
Figura nr. 2. 6: Graficul viteză – distanță pentru regimul de mers accelerat și cu viteză constantă
Pe durata regimului d e mers cu viteză constantă se impune menținerea vitezei de
regim v r, ceea ce determină anularea accelerației. Aceste regim este caracterizat de
următoarea ecuație:
0RFt
(2.27)
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 20 ~
Dacă R <0, pentru a men ține v r constantă, este necesară introducerea unei forțe de
frânare. Valoarea vi tezei de regim este aleasă în funcție de importanța care se acordă timpului
de călătorie versus eficienței energetice. Dacă se dorește un timp de călătorie cât mai scurt,
atunci viteza de regim va fi egală cu viteza maximă permisă. În cazul în care se urmă rește
economisirea consumului de energie, viteza de regim va fi egală cu viteza maximă doar în
cazul în care aceasta va fi menținută o bună parte din traseu. Creșterea până la viteza maximă
urmată apoi de decelerare în vederea opririi determină un consum i nutil de energie electrică
așa că viteza de regim va fi aleasă corespunzător.
2.3.3. Regimul de mers din inerție
Regimul de mers fără accelerare, din inerție, se folosește în vederea economisirii
energiei elec trice și pentru diminuarea uzurii bandajelor ro ților și a instalațiilor de frânare
(saboți, patine). Forța de tracțiune și forța de frânare sunt nule , motoare le de tracțiune fiind
decuplate de la rețea. Mișcarea utilă a vehiculului continuă în virtutea inerției, a supra
vehiculului electric acționând doar rezistența la înain tare care determină o ușoară încetinire a
mișcării de translație.
Figura nr. 2. 7: Regimul de mers fără accelerare
Acest regim este caracterizat de următoarele ecuații:
eft
mRa0 F
(2.28)
În figura nr. 2.7 este prezentat graficul viteză – distanță pentru regimul de mers fără
accelerare ce urmează imediat după terminarea secvenței de mers cu viteză constantă. În
cadrul aceleiași interstații, se poate folosi una sau mai m ulte secvențe de mers fără accelerare,
în funcție de caracteristicile traseului, lungimea interstației și a ptitudinile
șoferului/vatmanului. Alegerea punctului de începere al regimului este subiectul mai multor
lucrări de cercetare [31, 32 ] și are o import anță deosebită asupra timpului total de călătorie și
a consumului de energie electrică
Folosirea regimului de mers fără accelerare diminuează recuperarea de energie
electrică generată în procesul de frânare.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 21 ~
2.3.4. R egimul de mers frânat
Regimul de mers frânat determină scăderea vitezei de circulație până la o a numită
valoare în cazul limitărilor de viteză sau până la 0 km/h, în cazul opririi vehiculului. Asupra
vehiculului acționează o forță de frânare F f în sensul opus mișcării , a cărei valoare variază în
funcție de metodele utilizate pentru frânare (expuse în subpunctul 2.2.4 ).
Decelerația af în cadrul regimului de mers frânat poate fi calculată după formula :
effmR Fa
(2.29)
În figura nr. 2.8 , este arătat graficul viteză – distanță pentru regimul de mers frânat.
Calculul distanței de frânare se bazează pe o parcurgere inversă , virtuală , a traseului [33, 34 ].
Se proiectează o traiectorie inversă , începând de la următorul punct de oprire sau de la punct ul
unde există o limitare de viteză . Accelerarea până la viteza actuală este realizată utilizând
forța de frânare în locul celei de tracțiune și va avea formă vectorială. De celerarea va fi egală
cu acceler area dar parcursă în sens invers .
Regimul de mers frânat este ini țializat când vehiculul atinge distanta de frânare față de
următorul punct de oprire sau următoarea limită de viteză .
Figura nr. 2. 8: Graficul viteză – distanță pentru regimul de mers frânat
În cazul în care timpul est e variabil a utilizată pentru modelare , atunci af are o valoare
constantă în timp, iar mișcarea utilă devine uniform încetinită [22, 30].
Distanța de oprire și timpul necesar fânării se calculează cu formulele:
f2
f2
c
fff cf
a*2v vdav vt
(2.30)
unde,
tf – timpul necesar frânării de la viteza curentă vc până la viteza finală v f
df – distanța necesară pentru frânarea în condiții depline de siguranță de la viteza curentă v c
până la viteza finală v f
La fel ca accelerația, deccelerația este limitată de condiția de aderență. Aceasta poate
fi depășită dacă la frânarea mecanică și electrică se adaugă frânarea electromagnetică cu
patină.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 22 ~
2.4. CONCLUZII ȘI CO NTRIBUȚII PERSONALE
Deplasarea unui vehicul este descrisă cu ajutorul ecuației de mișca re, aceasta fiind
expresia matematică ce stabilește legătura între forțele care acționează asu pra vehiculului .
Cunoasterea ecuației de mișcare permite rezolvarea unor problemelor specifice, cum ar fi:
determinarea vitezelor și a timpilor de mers, alegerea modului de funcționare , stabilirea
sarcinii (a masei transportate) și a forțelor de frânare. Consumul de energie al unui vehicul
electric depinde de viteza și accelerația pe care acesta o are la fiecare moment de timp, de
forța de tracțiune proiectat să o dezvolte, masa totală, distanța parcursă și numărul de
opriri/porniri (în intersecț ii și stații) pe întreg traseul. Pentru reducerea consumului de energie
este indicată optimizarea profilului de viteză, singura variabilă a cărei modificare nu
generează inv estiții mari.
Astfel, pentru simularea și modelarea profilului de viteză și a accelerației unui vehicul
electric în transportul public urban, este necesară cunoașterea sau determinarea următorilor
factori:
– Performanțele dinamice ale echipamentului de tra cțiune: ale motoarelor și ale
dispozitivelor de comandă și control. Este necesară cunoașterea graficelor forței
de tracțiune și de frânare în funcție de viteză ;
– Caracteristicile generale ale vehiculului: greutate proprie, capacitate de transport,
lungime, lațime, numărul de boghiuri motoare și purtătoare, rezistența la înaintare
la mersul în ali niament, randamentul transmisie etc.;
– Caracteristicile traseulu i: declivități, curbe, poziții stații, poziționare depouri etc.;
– Date cu privire la controlul operațio nal: limitări le de viteză, accelerație și
coeficient de șoc în vederea asigurării siguranței circulației și confortului
călătoriei .
În acest capitol a fost descrisă influența fiecărui factor asupra profilului de viteză al
vehiculului. S -a detaliat modul de calcul pentru cateva elemente reprezentative pe baza
datelor primite de la fabricantul de vehicul sau culese din traseu.
Au fost prezentate modelele matematice ce de scriu regimurile de funcționare (mers
accelerat, cu viteză constantă, din inerție sau frân at) și modul cum pot fi ele îmbinate pentru a
rezulta un proces de transport continuu.
Contribu țiile personale aduse în cadrul acestui capitol cuprind:
– Prezentarea aspectelor teoretice și conceptuale privind simularea deplasării
unui vehicul în transportul public urban , așa cum sunt ele descrise de literatura
de specialitate ;
– Detalierea formulelor de calcul pentru: forța de tracțiune și de aderență,
rezistențele la înaintare principale și suplimentare, forțele de frânare;
– Descrierea regimurilor de funcționa re a unui vehicul electric și modelul
matemat ic aferent fiecăruia , în vederea implementării ulterioare a unui sistem
de optimizare a profilului de viteză .
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 23 ~
CAPITOLUL 3 . SISTEMUL DE ALIMENTARE CU ENERGI E
ELECTRICĂ A VEHICULELOR DE TRANSPORT PUBLIC URBAN
3.1. INTRODUCERE
Un vehicul electric, fără autonomie, are nevoie de instalații, fixe sau mobile, care să
transforme energia electrică furnizată de Sistemul Energetic Național (SEN) în energie
corespunzătoare acționării motorului electric de tracțiun e. Aceste instalații formează sistemul
de alimentare cu energie electrică a vehiculelor.
În transportul public urban, din motive de compatibilitate electromagnetică , se
utilizează sistemul de tracțiune electrică alimentat în curent continuu. Folosit și în transportul
feroviar, acest sistem este cel mai răspândit pe glob, având în vedere că până în anii 1960 a
fost singurul ce a permis construirea de rame electrice cu motoare de tracțiune. Pentr u
transportul urban de suprafață , sunt standardizate tensiunile de alimentare de 600V sau 750V
c.c.
Capitolul trei prezintă noțiunile teoretice de bază referitoare la sistemul de alimentare
cu energie electrică a vehiculelor de transport public. Sunt definite și descrise componentele
sistemului de tracțiune electrică: substațiile de tracțiune, circuitul de alimentare și retur
(cablurile), liniile de contact și calea de rulare. Se determină parametrii electrici ce
caracterizează aceste elemente, s e desenează circuitele electrice caracteristice și se dezvoltă
modelul mat ematic ce rezolvă aceste circuite.
În literatura de specialitate [35, 36, 37] , problema determinării consumului de energie
a unui vehicul într -un sistem electrificat de transport a fost divizată în două părți . Prima parte
se ocu pă de modelarea și simularea deplasării vehiculului, rezultând caracteristicile dinamice
ale mișcării, forțele ce acționează asupra vehiculului și puterea mecanică necesară pentru a
dezvolta o anumită viteză, în poziția și momentul de timp studiat. Partea aIIa rezolvă circuitul
elect ric ce caracterizează sistemul de alimentare, determinând tensiunea, curentul și puterea
electrică necesară funcționării vehiculului la parametrii ceruți. Astfel, c unoscându -se variația
puterii (produsul între curent și tensiune) în unitate a de timp, se po ate determina consumul de
energie electrică.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 24 ~
3.2. SISTEMUL DE TRA CȚIUNE ELECTRICĂ
3.2.1. Concepte generale. Definiții. Aplicații
Numeroși cercetători [22, 23, 38, 39, 40, 41 ] au formulat definiții privind tracțiunea
electrică și sistemele sale compo nente , unele dintre acestea fiind prezentate în cele ce
urmează .
Tracțiunea reprezintă exercitarea de către un organ de propulsie a unei forțe asupra
unui vehicul în scopul deplasării acestuia pe o cale de rulare. În cazul tracțiunii electrice,
organul de propulsie cuprinde motoare electrice rotative sau liniare, iar forța de tracțiune
aplicată vehiculului se dezvoltă ca urmare a unor acțiuni ponderomotoare în câmp
electromagnetic [23].
Ansamblul de echipamente și sisteme electrice utilizate la transportul terestru (pe șine
și pe carosabil), o parte din ele fixe și o altă parte mobile, îmbarcate pe vehicule prevăzute cu
motoare electrice și care absorb energia necesară de la o linie electrică de contact (dispusă
corespunzător în lungul căii de circulație) s unt denumite generic sisteme de tracțiune electrică
[22]. Dacă aceste sisteme funcționează în arealul unui oraș și servesc transportului de
pasageri, atunci acestea se numesc sisteme de tracțiune electrică pentru transportul public
urban. Altă definiție , prezentată în [ 38], spune că prin tracțiune electrică se înțelege ansamblul
instalațiilor care trans formă, transmit și consumă energia electrică cu scopul realizării
transportului terestru de masă, de marfă și de călători, atât public cât și privat .
Princip alele domenii de utilizare a tracțiunii electrice sunt:
– în transportul public urban și suburban (cu vehicule de tip tramvai, troleibuz și
metrou)
– în transportul feroviar interurban și de mare distanță
– în transportul industrial intern
– în transportul stradal (cu electromobile, furgoane electrice)
În funcție de modul de propulsie, vehiculele electrice sunt de două feluri: active și
pasive. În cazul celor active, obținerea forței de tracțiune se face cu ajutorul instalațiilor aflate
la bordul vehiculelor pe cân d în cazul celor pasive, surse exterioare generează această forță. O
altă categorisire a vehiculelor electrice se face în funcție de modul de alimentare al sistemului
de tracțiune:
– cu autonomie – posedă surse electrice proprii amplasate la bordul vehiculul ui
(locomotive diesel -electrice, electromobile, locomotive de mină)
– fără autonomie – alimentate prin intermediul unei linii de contact (locomotive
electrice, metrou, tramvai, troleibuz, vehicule pe pernă magnetică sau de aer)
Avantajele utilizării sistemel or de tracțiune electrică în detrimentul celorlalte sisteme
de transport sunt [22, 39]:
– randament ridicat în domeniul transportului urban și suburban , caracterizat de
opriri frecvente, accelerații pentru pornire și decel erații pentru frânare dese ;
– prestați i superioare în domeniul transporturilor feroviare, luând în considerare
masa mare a convoaielor remorca te și viteza sporită de mers
– capacitate ridicată de suprasarcină a motoarelor electrice de tracțiune și în
consecință și a VE-urilor ;
– posibilitate de a dezvolta la bordul unui VE puteri unitare mari (de până la 8 -10
MW pe o singură locomotivă)
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 25 ~
– utilizarea cu eficiență spori tă a energiei produse în diferite centrale electrice
(termo, hidro și nucelare -electrice);
– realizarea de economii în exploatare;
– prote jarea mediului înconjurător, acest sistem fiind nepoluant;
– asigură un grad redus de poluare sonoră , aspect foarte important în aglomerările
urbane ;
În cazul transportului feroviar, se utilizează atât sistemele de tracțiune electrică cât și
cele diesel -electrice. Criteriile economice dictează alegerea unuia din cele două sisteme de
transport, având în vedere costul ridicat al instalațiilor de alimentare cu energie electrică.
Astfel, tracțiunea electrică este preferată doar dacă volumul traficului este mare , sunt necesare
mijloace de transport nepoluante sau puteri mari instalate la bordul vehiculului (pante mari,
zone muntoase, tunele lungi).
În exploatare se găsesc următoarele sisteme de tracțiune electrică:
– Sistem de curent monofazat , cu frecvență de
3216 Hz sau 25 Hz
– Sistem de curent continuu
– Sistem de curent monofazat cu frecvență industrială (50Hz)
– Sistem de alimentare cu energie 2x25kV , cu autotransformator
3.2.2. Elemente componente
În cazul unui sistem de tracțiune electrică pentr u transportul public urban, instalațiile
fixe sunt compuse din [22, 23, 39]:
– Instalații de producere, transport și distribuție a energiei electrice: centrale
electrice (CE), stații de transformare ridicătoare de tensiune (STR) și linii electrice
aeriene (L EA) de transport a energiei electrice la distanțe mari . Acestea fac parte
din SEN;
– Substa țiile de tracțiune electrică (STE): ansamblul instalații lor și echipamente lor
fixe necesar e racordă rii și adaptării parametrilor electrici ( tensiune și curent)
furniza ți de SEN la nevoile sistemului de tracțiun e electrică .
– Linia de contact (LC): rețea electrică aeriană sau la sol (de c.c sau de c.a.)
construită și amplasată în lungul căii de circulație și de la care VE se alimentează
prin intermediul unei prize alunecăt oare de curent (numită și captator sau
culegător de curent).
– Calea de rulare (CR): calea de circulație a unui VE , metalică (cu șine) sau din
beton (partea carosabilă). La VE cu aderență și roți metalice pe șine, în afara
rolului de cale de circulație , șine le îndeplinesc și rolul conductorului de întoarcere
al curentului în substația de tracțiune.
– Cablurile de alimentare (CA): cabluri electrice , aeriene sau subterane, de lungime
redusă care transportă energia electrică de la STE la LC .
– Cablurile de întoarce re (CÎ): cablurile electrice , aeriene sau subterane, ce
transportă energia electrică de la șinele metalice a CR (respectiv dintre ramura
negativă a LC bifilare d e c.c.) la STE.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 26 ~
Structura unui sistem de tracțiune electrică este prezentată în figura nr . 3.1.
Figura nr. 3. 1: Compunerea generală a unui sist em de tracțiune electrică cu VE fără autonomie
Instalațiile mobile se găsesc în interiorul vehiculului . Acestea transformă energia
electrică primită de la LC și o distribuie , având parametr ii corespunzători , la bornele
motoarelor electrice.
Un sistem de tracțiune electrică pentru transportul de pasageri urban sau feroviar, cu
VE fără autonom ie, este un consumator de energie electrică de gradul I . Nu sunt permi se
întreruperi în alimentarea cu energie electrică decât în cazuri de forță majoră. Pentru a asigura
redundanța sistemului , în substațiile de tracțiune electrică sunt dublate principalele
echipamente (două racorduri electrice la s istemul electroenergetic , două instalații de conversie
a parametrilor energiei electrice, unul în funcțiune și altul rezervă rece inte grală, doi fideri de
alimentare etc.).
3.2.3. Sistemul de tracțiune electrică cu alimentare în curent continuu
Sistemul de tracțiune electrică alimenta t în curent continuu se utilizează atât în
transportul feroviar cât și în cel urban (tramvai, troleibuz, metrou). Acest sistem este cel mai
răspândit pe glob, având în vedere că până în anii 1960 a fost singurul ce a permis construirea
de rame electrice cu motoare de tracțiune.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 27 ~
Nivelurile de tensiune folosite, precum și limitele inferioare și superioare ale acestora,
conform EN 50163, sunt prezentate în tabelul nr. 3.1. Recomandarea CEI nr. 38
reglementează valorile nominale ale tensiunii continuue în LC l a nivelele 750 -1500 -3000V,
precum și variația admisă între -33% și +20% în raport cu valorile nominale [42].
Tabelul nr. 3. 1: Nivelurile de tensiune utilizate în tr ansportul public urban, inter -urban sau
feroviar
Nivel t ensiune Un
(V) Umin
(V) Umax1
(V) Umax2
(V) Umax3
(V)
600 Vcc 600 400 720 800 –
750 Vcc 750 500 900 1000 1270
1500 Vcc 1500 1000 1800 1950 2540
3000 Vcc 3000 2000 3600 3900 5075
unde,
Un – tensiunea nominală
Umin – tensiunea m inimă acceptată cu caracter permanent
Umax1 – tensiunea maximă acceptată cu caracter permanent
Umax2 – tensiunea acceptată pentru o durată maximă de 5 minute
Umax3 – tensiunea acceptată pentru o durată maximă de 20 milisecunde
Tensiunile de 600 și 750V sunt utilizate pentru transportul urban (tra mvai, trole ibuz și
metrou) iar tensiunile de 1500 și 3000V pentru sistemul feroviar .
Sistemul de tracțiune electrică pentru transportul public urban, alimentat în curent
continuu, este format din: cabluri LEA sau L ES, substație de tracțiune electrică (STE) cu cele
două componente principale ale sale: transformatorul T și redresorul R, cabluri de alimentare
CA, linie de contact (LC), cale de rulare (CR), cabluri de întoarcere (CÎ). Schema simplificată
este prezentată în figura nr. 3.2 .
Figura nr. 3. 2: Schema de principiu a sistemului de tracțiune în c.c.
Alimentarea STE se face din Sistemul Energetic N ațional, în c.a. trifazat (LEA sau
LES de 10, 20 sau 110kV). Substa țiile de tra cțiune electrică au două funcții importante :
asigură reducerea nivelului tensiuni i cu ajutorul transformatorului coborâtor de tensiune și
convertește energie di n c.a. în c.c. cu ajutorul redresorului.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 28 ~
Principalele avantaje ale sistemului de tracțiunie ele ctrică alimentate în c.c. sunt [22,
23, 38, 39 ]:
– posibilitatea racordării directe a STE la rețeaua trifazată de frecvență industrială
fără a provoca dezechibre electrice în aceasta;
– perturbațiile prin inducție electromagentică pot fi limitate pe baza atenu ării și
absorbției armonicilor de curent (prin reducerea conținutului armonic al curentului
din LC utilizând filtre absorbante la ieșirea din SSTE cu redresoare);
Ca principalele dezavantaje, amintim [22, 23, 38, 39, 40 ]:
– STE sunt mai complicate și mai cos tisitoare ;
– în cazul tracțiunii feroviare, nivelul mic al tensiunii în LC conduce la curenți mari
(pentru o putere dată a VE); din această cauză rezultă:
– secțiune totală a conductoarelor liniei de contact destul de mare (de la 200 –
300 mm2 până la 600 -800 mm2);
– îngreunarea instalației de susținere a firului de contact ;
– micșorarea distanței dintre ST E consecutive până la 8 -10km în cazul
ULC = 1500V și până la 20km în cazul U LC=3000V, în cazul trenurilor de
mare viteză cu puteri unitare de 8MW;
– coroziunea electrolitică a conductelor metalice subterane (conducte de apă,
de gaze, de produce petroliere, cab luri electrice, poduri metalice etc.) din
vecinătatea căii de circulație, coroziunea provocată de dispersia curentului
continuu de întoarcere din pământ;
Între substația de tracțiune electrică și vehiculul electric, circuitul de alimentare este
format din:
– linia de contact (catenara) și șinele căii de rulare , pentru locomotive, trenuri și
tramvaie ;
– două fir e de contact izolate între ele în cazul troleibuzelo r;
– din șinele că ii de rulare și o a treia șină de contact sau a treia și a patra șină în
cazul mai speciale pentru metrouri.
3.3. SUBSTAȚII DE TRACȚIUNE ELECTRI CĂ DE CURENT CONTINUU
3.3.1. Definiții. Caracteristici
Substațiile de tracțiune electrică de cur ent continuu reprezintă acele instalații fixe de
tracțiune care primesc energia electrică din sistemul electroenergetic naț ional, reduc nivelul
tensiunii ș i modifică felul curentului, din c.a. în c.c. , iar, în final, distribuie energia electrică
secțiunilo r linie i de contact, în vederea alimentării VE fără autonom ie [22]. Acestea se
folosesc atât în sistemul de tracțiune ce deservește transportul public urban, cât și pentru cel
feroviar.
SSTE de c.c. au următoarele avantaje [22, 38]:
– racordarea directă la S istemul Energetic Național ;
– randament energetic ridicat ;
– automatizare facilă ;
Dezavantaje [22, 38]:
– sunt complicate, costisitoare și au o exploatare anevoiasă ;
– datorită valorilor mari ale curenților de tracțiune se impun distanțe mici între două
substații adiacente ( 2-10km pentru sistemul urban și 14 -40km la sistemul
feroviar );
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 29 ~
– datorită prezenței unor armonici parazite în tensiunea redresată de ieșire pot
apărea perturbații electromagnetice și de zgomote în circuitele cuplate inductiv
sau conductiv cu circuitul electric de tracțiune;
Substațiile de tracțiune electrică de curent continuu sunt instalații de interior,
amplasate în clădiri sau containere. Acestea pot fi acționate local, manual sau automat sau de
la distanță, dintr -un post dispecer prin instalaț ia de telecomandă [43]. M ajoritatea
echipamentelor sunt modulare, aranjate în structură de tip celulă.
3.3.2 . Scheme bloc și structurale
Substațiile de tracțiune în curent continuu sunt formate din circuite primare și circuite
secundare.
Circuitele prima re au următoarele funcții :
– stabilirea, permiterea și î ntreruperea unor curenți în condiții normale ș i de avarie;
– măsurarea tensiunii și curenților care le străbat ;
– protecția circuitului principal în care funcționează ;
– protecț ia personalului de exploatare.
Circuitele secundare sunt echipamente de comandă, semnalizare, măsură, blocare și
protecț ie. Acestea sunt comandate de un automat programabil specializat, ale cărui funcții
sunt:
– autosupraveghere;
– reglare locală a protecț iei;
– comunicarea cu alte automate programabile;
– afișajul tuturor mărimilor de măsură ș i a valorilor de reglaj;
– înregistrarea unui n umăr de evenimente cu posibilități de ș tergere a acestora din
memorie;
– permiterea accesului pe baza unui cod confidenț ial pentru modificarea
parametrilor, cu memorarea modifică rilor și a cod ului celui ce le efectuează ;
– realizarea unor automatiză ri;
– preluarea ș i transmiterea datelor prin intermediul une i rețele locale de date.
Circuitele primare sunt forma te din următoarele subansambluri [22, 23, 39, 40 ]:
– Insta lația de înaltă/medie tensiune;
– Grupuri trafo -redresoare de putere;
– Instalația barei pozitive;
– Instalația barei negative;
– Grup trafo -invertor neautonom de putere (în cazul S TE reversibile).
– Instalația pentru servicii proprii
– Instalația de alarmă incendiu ș i antiefracție
– Tabloul de comandă a separatorilor cu motor din linia aeriană de contact
– Instalația de telecomandă a substației
Schema circuitelor primare ale unei substații de tracțiune electrică de curent continuu
este figurată în Anexa nr. 1 [23].
1. Insta lația de medie tensiune este destinată racordării substației la sistemul trifazat
de tensiune de 6 -20 kV, alimentând grupurile trafo -redresoare ș i serviciile auxiliare
din substaț ie.
Aceasta cuprinde:
– celule de linie, corespunzăto are celor doi fideri de al imentare, principal și de
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 30 ~
rezervă, de medie tensiune; în structura celulei sunt montate: sistem trifazat dublu
de bare colectoare, separatoare tripolare acționate de servomotor și prevăzute cu
interblocaj electromecanic (Q 1,2,9,10 ), întreruptoare debroșabi le (Q 11,16);
– celule trafo, pentru alimentarea grupurilor trafo -redresoare de putere și a grupului
trafo -invertor neautonom de putere; în plus , în structura lor , au două
transformatoare de masură, de tensiune ș i de curent;
– celula de măsurare și de cuplă, cu echipament asemănător celor anterioare și
servind la măsură ri electrice în medie tensiune ș i la trecerea de pe un sistem de
bare trifazate pe celă lalt.
2. Grupurile trafo -redresoare de putere au rolul de a reduce nivelul tensiunii ș i de a
modifi ca natura cur entului. Într -o substație sunt până la 4 grupuri, ce funcționează
după o schemă de automatizare prestabilită . Acestea su nt identice (pentru a permite o
interschimbabilitate totală) și sunt formate din :
– transformator trifazat de putere (T 1, respectiv T 2), coborâtor de tensiune (6 -110
kV/0,4 -3kV) cu răcire naturală în ulei sau în aer; transformatorul are una sau două
înfășurări secundare în funcție de tipul redresorului utilizat (cu 6 sau cu 12
pulsuri); cele două înfășurări secundare sunt defazate între ele cu 30 de grade (una
cu conexiune stea, cealaltă în triunghi, cu numărul de spire în raport de
31 ,
pentru a produce aceleași tensiuni între faze);
– redresor necomandat în punte trifazată (V 1, respectiv V 2), format din diode
montate în pa ralel pe fiecare braț al punții. Schemele utilizate sunt cele cu 6
pulsuri (o singură punte trifazată) și cu 12 pulsuri (co respunzător unei perechi de
punți trifazate, alimentate în c.a. de cele 2 înfășurări secundare ale
transformatorului și montate pe pa rtea de c.c. în serie sau în paralel, de obicei
printr -o bobină de interfază (BIF) c e are rolul de a absoarbe diferența dintre
tensiunile instantanee de ieșire ale celor 2 punți);
3. Instala ția barei pozitive are în componență :
– celule de conexiune redresor -bară pozitivă, cu rol de asigura legarea polilor
pozitivi ai punților redresoare de sistemul dublu de bare pozitive (principală și de
rezervă) al substației; celula est e echipată cu separatoare monopo lare cu
servomotor (Q 17,20 ) și șunturi de măsurare în c.c . (R5N,R7N);
– celule de plecare (spre ramura pozitivă a LC ) de pe sistemul dublu de bare
pozitive, prevăzute cu separatoare monopolare cu servomotor, întreruptoare rapide
de c.c. debroșabile (Q 22) și șunturi de măsurare a c.c..;
– celula de cuplă transversal ă, pe ntru trecerea pe bara de rezervă oricând este cazul,
având o structură asemanătoare cu cele de plecare, mai puțin separatoarele
monopolare cu servomotor;
4. Instalatia barei negative cuprinde:
– celule de conexiune redresor -bara negativ ă, destinată legă turii dintre p olii negativi
ai redresoarelor și bara negativă a STE; este echipată cu separatoare monopolare
și un șunt general pentru î nregistrarea c urentului total pe bara negativă ;
– celule de sosire, corespunză toare ramurii negative a L C bifilare sau ș inei metalice
a căii de rulare și având în componență separatoare monopolare și șunturi de
măsură î n c.c.;
5. Grupul trafo -invertor neautonom de putere
Prezența pe un tronson al LC de c.c. a unui VE care frânează electric recuperativ
necesită, în absența unui alt VE în regim de tracțiune care să preia energia recuperată prin
frânare, transferul acesteia în Sistemul Energetic N ațional. Datorită faptului că S TE de c.c.
echipate numai cu redresoare de putere necomandate nu permit acest lucru, este necesară
introducere a în echipamentul substației a unui grup trafo -invertor neautonom de putere ,
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 31 ~
alimentat printr -o celulă trafo asemănătoare celor care alimentează grupurile trafo -redresoare,
format din:
– transformator trifazat, coborâtor, similar cu cel de la grupul trafo -redresor, cu una
sau două înfășurări secundare defazate cu 30 grade între ele, după cum invertorul
pe care îl deservește este cu 6 sau cu 12 pulsuri; raportul de transformare și
tensiunea de scurtcircuit sunt astfel alese încât energia de frânare să fie tran sferată
din reteaua de c.c. în cea de c.a. trifazat numai când tronsonul de LC de c.c. în
care a fost generată nu este receptiv;
– invertor neautonom de putere, în punte trifazată, montat în cruce cu redresoarele
de putere; uzual, invertorul (V 3) prezintă o schemă în punte trifazată cu 6 sau 12
pulsuri; funcționarea în regim de invertor este asigurată prin unghiul de comandă
a tiristoarelor mai mare de 90 ° și prin curentul de circulație ce se stabilește între
invertorul neautonom V 3 și redresoarele de putere , ca urmare a diferenței dintre
valorile instantanee ale tensiunilor celor două tipuri de convertoare statice, pe
partea de c.c.; întrucât această diferentă este sinusoidală, curentul de circulație
creat de ea este pulsatoriu și trebuie netezit prin introd ucerea unei bobine de
reactanță L pe partea de c.c. a invertorului.
În regimul de tracțiune al VE alimentate de la LC de c.c. redresorul de putere este
parcurs atât de curentul de tracțiune (pentru propulsia VE), cât și de curentul de circulație, în
timp c e prin invertorul neautonom trece numai curentul de circulație, care asigură
funcționarea în regim de conducție neîntreruptă.
În regimul de frânare electrică recuperativă al VE alimentate de la LC de c.c. atât timp
cât LC poate absorbi energia de frânare, tensiunea crescândă în LC determină descărcarea
redresorului necomandat din STE. Din momentul în care tensiunea continuă în LC depășește
valoarea tensiunii de mers în gol a redresorului din STE, acesta se blochează, iar invertorul
neautonom de putere preia curentul de sarcină, transferând energia de frânare din rețeaua de
c.c. în rețeaua de c.a. trifazat. Energia recuperată prin frânare scade cu distanța la care VE se
află față de STE de c.c. în momentul frânării.
3.3.2. Circuitul echivalent al grupului de conversie cu diode
Schema electrică prezentată în figura nr. 3.3 [22] reprezintă schema echivalentă a
grupului de conversie cu diode din cadrul substației de tracțiune de curent continuu. Această
este folosită pentru calculul parametrilor electrici și est e formată din:
– sursa de tensiune constantă, cu U d0’ tensiunea la borne
– rezistența internă R i
– inductanța internă L i
Tensiunea la borne U d0’ va fi egală cu diferența dintre tensiunea redresată ideală
(valoarea medie la funcționarea în gol) U d0 și căderea de tensiune directă u D pe diodele aflate
în conducție. În calculele mai puțin riguroase valoarea u D se poate neglija, aceasta fiind prea
mică pentru a influența valoarea tensiunii redresate.
0D D 0D'
0D U u U U (3.1)
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 32 ~
Figura nr. 3. 3: Circuitul echivalent al grupului de conversie cu diode
Conform circuitului echivalent, tensiunea de ieșire U d se calculează cu formula:
dtdILIR U Ud
i di 0d d (3.2)
Inductanța internă L i permite evaluarea fenomenele tranzitorii pe partea de curent
continuu, la variația curentului I d. Aceasta este foarte mică în raport cu inductanța circuitului
de sarcin ă și poate fi neglijată (L i≈0).
Rezistența internă R i este o mărime fictivă (de calcul). Considerând că aceasta este
parcursă de curentul continuu I d, la bornele sale apare o cădere de tensiune numeric egală cu
căderea de tensiune inductivă ΔU L, produsă de fenomenul de comutație . Fiind o mărime
fictivă , pe această rezistență nu se disipă putere act ivă când este parcursă de un cu rent de
sarcină [22 ].
3.3. LINIA DE CONTACT
Linia de contact este acea parte a instalațiilor fixe de tracțiune electrică care asigu ră
transportul energiei electrice de la substația de tracțiune până la vehiculul electric, unde prin
intermediul pantografului ajunge la bornele motorului de tracțiune.
Linia aeriană de contact trebuie [44]:
– să permită alimentarea vehiculelor cu o tensiune nominală de 600/750/1500/3000
Vc.c. ( -30 / +20%);
– să asigure captarea normală a curentului, independent de condițiile atmosferice, la
viteza maximă de circulație a VE (în cazul transportului urban 5 0 km/h pe traseul
comercial și 30km/h pe liniile de leg ătură);
– să asigure rezistența la solicitările mecanice și electrice, în condițiile de climă
specifice localității considerate, protecție la supratensiuni atmosferice și de
comutație prin de scărcătoare .
Linia de contact este formată din:
– firele de contact;
– sistemul de suspensie (susținere) a firelor de contact;
– izolatoarele și elementele de p rindere și de fixare a acestora.
În cazul tramvaielor, există un singur fir de contact legat la bara pozitivă a substației
de tracțiune electrică, întoarcerea curentului (returul) făcându -se prin șinele metalice ale căii
de rulare. Pentru troleibuze, sunt necesare două fire de contact, unul fiind racordat la bara
pozitivă și celălalt la bara negativă a substației de tracțiune.
Proiectarea și execuția liniei aeriene de con tact are în vedere integrarea ei în m ediul
urban specific. Astfel, elementele componente ale acesteia trebuie să fie ușoare, să nu
constituie obstacole vizibile, ușor demontabile, interșanjabi le, capabile să răspundă
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 33 ~
constrâ ngerilor din exploatare și între ținere (depanarea sau schimbarea elementelor uzate în
maxim 4 ore – durata întreruperii circulației pe timp de noapte). Toate elementele trebuie să
se integreze în aspectul urban (alura străzii, poziția relativă faț ă de anumite puncte de interes:
intrări în clădiri, incinte, curți) și să respecte restricțiile impuse de profilul în lung sau de
infrastructura căii de rulare (gabarit, mărimea fundațiilor st âlpilor, existența rețelelor edil itare)
[44].
Linia de contact pentru sistemul de transport public urban este împărțită în sectoare de
circa 1 -2 km lungime. Sectoarele sunt alimentate cu energie electrică prin cabluri , de la barele
substației, în mod independent un ul față de celălalt . Între secțiuni , sunt aplicate izolatoare de
secțiune care constituie o izo lație electrică (fără însă să împiedice conducerea captatorului d e
curent pe linia de contact). Uzual, în cazul liniilor (sau a căilor) duble, firele de contact cu
aceea și polaritate sunt legate în paralel pe toată lungimea fiecărei secțiuni.
Creșterea vi tezei de circulație a vehiculelor electrice, a determinat apariția mai multor
tipuri de suspensii [45]:
– suspensii de contact simple: acest tip de suspensie se folosește la tramvaie,
troleibuze și în unele triaje sau stații tehnice de cale ferată sau tramva i, unde
vitezele de circulație nu depășesc 30÷50 km/h; acestea se compun dintr -un
conductor suspendat (firul de contact), prins de o consolă sau de un suport montat
pe stîlpi sau pe alte instalații de susținere, de pe care pantograful culege curentul
neces ar;
– suspensii catenare – compuse dintr -un fir de contact, suspendat de cablul purtător;
se folosesc cu preponderență la liniile de cale ferată, dar se pot utiliza și pentru
liniile de tramvai cu zonă proprie.
Capetele conductoarelor longitudinale ale suspe nsiilor care fac parte dintr -o zonă de
ancorare, se pot lega direct la instalațiile de sprijin, în cazul acesta sistemul de ancorare fiind
numit rigid. Câ nd capetele conductoarelor se leagă prin intermediul dispozitivelor de
menținere constantă a efortului de întindere, denumite compensatoare, sistemul de ancorare
este denumit compensat.
În funcție de modul de ancorare a conductoarelor longitudinale, suspensiile se împart
în:
– suspensii necompensate – atât firul de contact cât și cablul purtător sînt ancorat e
rigid;
– suspensii semicompensate – caracterizate prin ancorarea rigidă a cablului purtător
și ancorarea compensată a firului de contact;
– suspensii complet compensate – caracterizate prin acorarea compensată atât a
firului de contact, cât și a cablului pur tător.
Firele de contact se suspendă pe funii de oțel transversale, numite traversee , cu dublă
izolație față de pământ. În linie dreaptă, distanța dintre punctele de suspensie a firului de
contact este de circa 25 -35m. Atât firele de contact, cât și traver seele sunt supuse la o variație
anuală de temperatură de circa 70 șC ( de la -30șC iarna la +40 șC vara) ceea ce va conduce la
apariția de dilatații mecanice. Forțele din traversee sunt transmise la stâlpi, console sau
zidurile de fixare alea acestora.
Firul de contact pentru sistemul de transport public urban es te confecționat din cupru
electrolitic dur și are în secțiune transversală formă circulară, cu sau fără renuri, formă eliptică
cu renuri sau forma cifrei opt . Cea mai des folosită formă a firului de contact este prezentată
în figura nr. 3.4. Numeri c, aria secțiunii transversale a acestuia este cuprinsă între 50 și
150mm2 [46].
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 34 ~
Figura nr. 3. 4: Fir de contact utilizat în sistemul de transport urban
Firul de contact se amplasează în mod normal la o înălțime de circa 5,5 0 m deasupra
nivelului superior al șinei. La treceri pe sub viaducte și depouri, înălțimea firului d e contact
poate fi redusă la 4,30 m.
Urma firului de contact în plan orizontal, pe suprafața pantograful ui trebuie să fie pe
cât posibil o suprafață determinată de deplasări laterale ale firului de contact într -o parte sau
cealaltă față de axa practică a căii. Planul de contact astfel constituit trebuie să fie paralel cu
planul de rulare al liniei de tramvai , situat la distanță constantă față de acesta, fără denivelări
impo rtante pe lungimi mici.
În ac est scop, firul de contact se dezax ează față de axa căii ca în figura nr. 3.5 , în
dreptul fiecărui suport (st âlp, traverse u etc.), în aliniament și în curbe, al ternativ cu max. 300
mm de o parte și cealaltă.
Figura nr. 3. 5: Zig-zagul firului de contact – plan longitudinal
Fixarea în plan orizontal a firului de contact al rețelelor de tramvaie, în aliniament sau
în curbe, se r ealizează cu fixatori care se montează p e traverseu, consolă sau tirant.
Tensiunea lin iei de contact U LC poate avea valori de la câteva sute de volți până la
4000V. Sunt considerate standardizate următoarele valori de tensiune nominală în linia de
contact: ULC = 600V; 750V; 1500V și 3000V. Variațiile de tensiune (în raport cu tensiunea
nominală din linia de contact) admise sunt cuprinse într e -30% și 20%.
3.4. CALEA DE RULARE
În funcție de modul de conducere al vehiculelor în cale, găsim următoarele tipur i de
cale de rulare :
– cale de rulare ghidată convențional, folosită pentru trenuri, tramvaie și metrouri ;
– cale de rulare ghidată neconvențional, utilizată pentru vehicule cu pernă
magnetică sau de aer ;
– cale de rulare neghidat, partea carosabilă a drumurilor , pentru troleibuze și
automobile electrice .
Calea de rulare, prin șinele sale metalice, reprezintă pentru liniile electrificate în c.c.
conductorul de retur al curentului electric de tracțiune, de la VE la bara negativă a S TE de
c.c,. Excepție de la aceas tă regulă fac:
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 35 ~
– linii speciale de metrou cu a treia și a patra șina izolată;
– liniile de troleibuz la care conductorul de retur este al doilea fir de contact izolat al
LC bifilare.
Calea de rulare este alcatuită din infrastructură ( terasamente, lucrări de co nsolidare,
drenuri, subst ratul căii) și suprastructură ( șine, traver se, aparate de cale, material m ărunt de
cale si prisma căii).
Alegerea tipulu i de infrastructură pentru calea de rulare se face în funcție de:
– intensitatea maximă zilnică a circulației ;
– natura terenului de fundație ;
– amplasamentul căii de rulare în profilul transversal al străzii ;
– sistemul rutier adoptat pentru strada respectivă ;
– tipul suprastructurii adoptate pentru calea de rulare .
Terasamentul reprezintă totalitatea lucrărilor de pământ executate cu scopul realizării
infrastructurii căii. Drenul este construcția destinată coborârii nivelului a pelor subterane sau
colectării apelor de pe fața superioară a terasamentelor, sau a apelor care se infiltrează sub
fața superioră a terasamentelor.
Substratul căii reprezintă parte a infrastructurii cuprinsă între fața superioară a
terasamentelor și platforma căii. Aceasta este compusă din:
– patul de pietriș (balastul) din piatră spartă ;
– stratul de presiune realizat ca o masă compactă prin operația de b urare (îndesirea
balastului de sub traverse pe o porțiune lată de 60cm sub fiecare fir de șină ;
– șinele împreună cu materialul marunt de cale pentru prinderea sinelor de traverse ;
– traverse ;
– încrucișă ri, schimbătoare de cale ș i treceri de nivel .
Suprastruct ura este montată pe platforma căii și transmite la infrastructura căii
eforturile provenite din sarcinile mobile; trebuie să constituie un sistem elastic care să
amortizeze solicitările dinamice provocate de materialul rulant în mișcare.
Șinele constituie partea esenț ială a structurii căii de rulare deoarece suportă direct
solicitările statice și dinamice imprimate de vehicule, asigură conducer ea în cale și permit
rularea corectă a roților montate pe osii. Suprafața superioară a șinei (suprafața de rulare)
trebuie să îndeplinească o serie de condiții:
– să fie netedă pentru a opune o rezistență cât mai redusă la rostogolirea roților ;
– să fie rugoasă pentru a asigura un coeficient de aderență cât mai mare ;
– să fie rigidă pentru a suporta sarcin ile verticale mari de cca. 10 -20tf, sarcini
transmise de roțile vehiculelor ;
– să fie elastică pentru a nu produce vibații mecanice ;
– să fie dură pentru a rezista în timp la uzură .
– să fie tenace pentru a nu se rupe sub acțiunea roților vehiculelor în mișcare
Tipul șinei reprez intă greutatea unui metru liniar din șina respectivă, masurată în kgf
în sistemul MKfS (sistemul tehnic) sau masa unui metru liniar de șin ă, exprimată în kg, în
sistemul MKS (SI). Tipul șinei reprezintă num eric valoarea rotunjită a greutăț ii sau masei
unui metru liniar. Tipul de șină ales trebuie să fie compatibil cu profilul bandajelor roților
materialului rulant utilizat.
Geometric, forma secțiunii transversale a roților de cale ferată s -a modificat în timp,
ajungându -se în prezent la șina de tip VIGNOL, prezentată în figura nr. 3.6 , la care distingem
3 părți principale:
– capul sau ciuperca șinei
– inima șinei
– talpa șinei
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 36 ~
Figura nr. 3. 6: Șină tip Vignole 49E1 (UIC S49)
Pentru ghidarea roților metalice cu buză ale tramvaie lor, se folosesc șine cu canal.
Secțiunea transversală a unei astfel de șin e este arătată în figura nr. 3.7 .
Figura nr. 3. 7: Șină cu canal
Calea de rulare pentru tramvai este integ rată în partea carosabilă a străzilor astfel încât
să permită circulația și a altor categorii de vehicule (automobile, camioane, autobuze). De
regulă, în zona urbană, calea de rulare este dispusă central, înglobată în carosabil, între cele
două sensuri de circulație iar în zona suburbană este dispusă lateral, în zona proprie. În anexa
nr. 2 este prezentată secțiunea transversală a liniei de tramvai înglobată în carosabil.
Pentru a diminua dispersia curentului de retur (de tracțiune), la calea de rulare pentru
tramvai se practică sudarea șinel or pe toată lungimea liniei.
Din considerente de poluare cât și pentru decongestionarea traficului de la suprafață,
în majoritatea aglomerărilor urbane (metropole), calea de rulare pentru metrou se execută în
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 37 ~
subteran – în tunele. Ca principiu, aceasta es te asemănătoare cu calea de rulare pentru
tramvai, executată pe platforma proprie – cu șine Vignol ș i ecartament normal.
3.5. CALCULUL PARAMETRI LOR ELECTRICI AI SISTEMULUI DE
ALIMENTARE CU ENERGI E ELECTRICĂ
Datorită multitudinii de instalații, echipamente și procese distincte ce alcătuiesc
sistemul de tracțiune electrică, pentru ușurința înțelegerii , acesta se divide în 3 părți:
– alimentarea cu energia electrică de la substație ;
– transportul energiei electrice prin linia de contact și returul prin linie de
contact/cale de rulare ;
– consumul de energie electrică a VE -ului.
Un sistem clasic de tracțiune poate fi descris și modelat cu ajutorul schemei electrice
simplificate [47, 49], din figura nr. 3.8. Substația de tracțiune SST alimentează cu energie
electrică ve hiculul electric VE, energie descrisă de tensiunea U SST și curentul I VE.
Figura nr. 3. 8: Schema electrică simplificată a sistemului de alimentare cu energie electrică a
unui vehicul electric
Energia electrică este transmisă de la substația de tracțiune până la vehicul prin linia
de contact. Aceasta se poate modela matematic folosind principiile liniilor lungi. Rezistența
acesteia împreună cu cea a circuitului de retur RSIST determină căderea de tensiune ΔU SIST și
piedere de putere ΔP. Valoarea puterii electrice ce ajunge la vehiculul electric motor depinde
de regimul de funcționare și caracteristicile accelerație -viteză ale acestuia la momentul de
timp studiat.
Curentul de tracțiune I VE se intoarce în substați e prin circuitul de retur format din șine
și cabluri, în cazul tramvaielor sau fir de contact și cabluri , în cazul troleibuzelor. Curentul
absorbit este variabil, funcție de puterea VE -ului, viteza de croazieră, numărul de VE -uri pe
un tronson, poziția faț ă de punctele de injecție, ș.a. . În cele ce urmează, se vor detalia
metodele de calcul pentru parametri electrici ce caracterizează un sistem de tracțiune electrică. I
Alimentarea cu energie
electrică de la substație II
Transportul energiei
electrice prin linia de contact
și returul prin calea de rulare III
Consumul de energie
electrică a VE -ului
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 38 ~
3.5.1. Rezistența electrică a circuitului de alimentare și retur
Rezistența electrică a circuitului de alimentare și de retur R SIST poate fi măsurată
aplicând o tensiune între nodurile 1 și 2 din figura nr. 3 .8 și scurtcircuitând nodurile 3 și 4.
Valoarea acesteia va fi obținută din raportul tensiunii aplicată (U12) la bornele 1 și 2 si
curent ul rezultat (I12).
1212SISTIUR (3.3)
În cazul unei linii de tramvai, rezistența sistemului va fi compusă din:
CÎ CR LC CA SIST R R R R R
(3.4)
unde,
RCA – rezistența cablul ui de alimentare
RLC – rezistența liniei de contact;
RCR – rezistența șinelor căii de rulare
RCÎ – rezistența cablului de retur.
Pentru o linie de troleibuz, ținând cont că returul curentului de tracțiune se face tot prin
intermediul unui fir de contact, rezistența sistemului va fi egală cu:
CÎ FC CA SIST R R2 R R
(3.5)
unde:
RFC este rezistența unui singur fir de contact .
În cazul liniilor de metrou, alimentarea cu energie electrică a VE se face prin
intermediul cel ei de -a treia șine, numită șină de contact. Rezistența sistemului va fi calculată
cu formula:
CÎ ȘC CR CA SIST R R R R R
(3.6)
unde:
RȘC este rezistența șinei de contact
Rezistența pe unitate de lungime a firelor de contact se calculează cu formula:
]km/[ΩAk1
Aρ
lAlρ
lRRLC
(3.7)
unde,
ρ – rezistivitatea materialului, valoare dată în tabele în funcție de temperatură;
k – conductibilitatea materi alului, inversul rezistivității;
A – secțiunea firului de contact, dată în mm2.
Pentru a ține cont și de uzura medie a firelor de contact, în calcule se consideră o
reducere a secțiunilor cu 10 -15%, prin înlocuirea lui A cu 0,8 5*A sau 0,9*A.. Rezistivitatea ρ
a conductoarelor depinde de temperatura la care sunt expuse în timpul funcționării. Până la
200°C, se aplică următoarea formu lă:
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 39 ~
20)](θα[1ρρ(θ)ρR 20 (3.8)
unde,
θ – temperatura conductorului în grade Celsius
αR – coeficientul de temperatură al rezistenței specific pentru materialul conductor
ρ20 – rezistența conductorului la temperatura de referință, egală cu 20°C în mo d uzual, dar
poate fi și 0°C
În tabelul nr. 2 sunt calculate și prezentate valorile rezistențelor principalelor
conductoare utilizate în execuția liniilor de contact [47].
Tabelul nr. 3. 2: Valorile rezistențelor electric e ale principalelor conductoare utilizate la
realizarea liniilor de contact
Tip conductor A
[mm2] RLC la 20°C [m Ω/km] RLC la 40°C [m Ω/km]
Conductor
nou Conductor
20% uzat Conductor
nou Conductor
20% uzat
Fir contact
Cu Ac -80 80 223 278 240 300
Fir contact
Cu Ac -100 100 179 223 193 240
Fir contact
Cu Ac -120 120 149 186 160 200
Cablu alimentare
Fl 243 -AL1 240 118 – 126 –
Cablu alimentare
Fl 625 -AL1 625 45 – 48 –
Cablu otel inox 50 3880 – 4230 –
În cazul liniei de tramvai, calea de rulare și implicit circuitul de retur este format din
două șine ident ice, legate în paralel din punct de vedere electric . Rezistența unitară R CR
(pentru L=1km de cale de rulare cu cele două șine în paralel) se determină cu relația:
CRCRCRS2ρR
(3.9)
unde,
ρSCR – rezistivitatea electrică a materialului din care este confecționată șina ;
SCR – aria secțiunii transversale a unei șine.
Continuitatea electrică a șinelor este asigurată prin îmbinările la joante cu eclise sau
prin sudarea șinelor. Eclisarea la joante a șinelor căii, va conduce la majorarea considerabilă a
rezistenței electrice a căii de rulare. Drept consecință, pentru diminuarea acestui efect, pe
liniile electrificate se practică legarea transversală a șinelor vecine (cu conductori de cupru,
conectați direct la suprafețele laterale ale inimii șinelor). Cu astfel de măsuri, rezistența
electrică a fiecărei eclisări la joantă devine echivalentă cu rezistența unui tronson de cale de
rulare de lungime l j ≈ 2
3m [50]. Prin urmare, efectul eclisării la joantele șinelor asupra
rezistenței electrice a căii de rulare se traduce printr -o lungire a șinelor de la valoarea l la
valoarea l+l j.
Sudarea capetelor de șină pe lungimi de mai multe sute de metri adoptată pentru
ameliora rea condițiilor de mers, este favorabilă și din punct de vedere a r educerii rezistenței
electrice R CR. Cu toate acestea, valoarea efectivă a rezistenței circuitului de retur este sensibil
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 40 ~
influențată de mărimea rezistenței de izolație a șinelor față de păm ânt. Din acest motiv, o
parte necunoscută din curentul de retur se dispersează și se întoarce la STE prin pământ.
Tabelul nr. 3. 3: Proprietățile celor mai folosite șine în orașele din România
Tipul șinei m
[kg/m] H
[mm] Lt
[mm] A
[mm2] R'LC la 40°C [m Ω/km]
Conductor
nou Conductor
20% uzat
S49 49.43 149 125 6297 35.7 42
S60 60.3 172 150 7650 28.9 34
UIC 54 54.4 159 140 6934 32 37.6
UIC 60 60.34 172 150 7686 28.9 34
Valoarea rezistenței pe unitatea de lungime a șinei de contact R ȘC utilizată frecvent
pentru alimentarea în subteran a metrourilor la 600 sau 750Vcc, se calculează după principiile
expuse în paragrafele precedente, ținându -se cont de alcătuirea reală a sa [50].
3.5.2. Căderea de tensiune pe linia de contact
Curentul de tracțiune, distanța față de punctul de injecție, rezistența electrică pe
unitatea de lungime și modalitatea de alimentare a liniei de contact sunt factori neces ari
pentru a determina valoarea căderii de tensiune pe linia de contact ULC.
Tensiunea de alimentare a VE -ului UVE variază cu poziția și cu mărimea curentului
absorbit, care depinde la rândul lui de pu terea și de viteza de mers a VE . Pentru asigurarea
unei anumit e fluențe a traficului este necesară limitarea căderii de tensiune medii ΔU LCmed , în
circuitul de alimentare considerat.
Pe de altă parte, funcționarea corectă a echipamentelor și serviciilor instalate la bordul
VE-ului și alimentate tot de la linia de con tact, este condiționată de nivelul minim al tensiunii
de alimentare din linia de contact , prezentat în tabelul nr. 3.1 . Uzual, normele în vigoare
prevăd ca tensiunea să nu scadă, în nici un caz, sub 2/3 din U n.
În cele ce urmează, prezentăm formulele de calcul ale căderii de tensiune pe linia de
contact ΔU LC, considerând că distanța dintre punctul de alimentare și poziția curentă a VE
este egală cu L. Se neglijeză căderea de tensiune internă din STE pentru ca tensiunea la barele
de c.c ale substației să f ie constantă, indiferent de mărimea curentului de sarcină I VE.
Figura nr. 3. 9: Căderea de tensiune pe linia de contact
Căderea de tensiune dintre substația de tracțiune și vehiculul e lectric poziționat la
distanța l față de punctul de injecție al sistemului de alimentare, poate fi calculată folosind
relația:
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 41 ~
LC VE VE SST LC rl I) U U(ΔU (3.10)
Alimentare cu energie electrică a unui tronson de linie de contact dintr -un singur punct
de injecție sau din două punct e, aparținând aceleiași substații sau din substații diferite,
influențează de asemenea valoarea căderii de tensiune ΔU LC.
A. Calculul căderii de tensiune la alimentarea tronsonului de linie de contact dintr -un
singur punct de injecție
Se pres upune un tr onson AB de lungime L (dintr -o linie de contact) alimentat de la o
singură substație de tracțiune electrică cu tensiunea USST la extremitate A, așa cum este
prezentat în figura nr. 3.10. Pe acest tronson se găsește un sigur VE, aflat la distanța l [km] de
punctul de alimentare A, care absoarbe curentul I VE. Se cunoaște rezistența unitară r SIST
[Ω/km] a circuitului de alimentare.
Figura nr. 3. 10: Schema de a limentare a unui vehicul dintr -un singur punct de injecție
Căderea de tensiune între capetele A și poziția curentă a VE -ului (punctul D) rezultă
din formula:
VE SIST Il r)lΔU(
(3.11)
Tensiunea de alimentare în punctul D, UVE, este egală cu:
VE SIST STE STE VE Il r U)lΔU( U U (3.12)
Dacă cure ntul absorbit I ve este considerat constant, atunci căde rea de tensiune ΔU(l )
crește liniar de l a 0, în A, la valoarea maximă Δ Umax , la capătul B, de mărime:
VE SIST max IL r ΔU (3.13)
Valoarea medie a căderii de tensiune, pe parcur sul tronsonului AB se determină cu
formula:
VE SIST max med IL r21ΔU21ΔU (3.14)
Dacă pe tronsonul AB se află mai multe VE -uri, situate la distanțele l 1,l2,l3,…(în raport
cu STE din punctul A) unde l 1<l2<l3<…<l n și care absorb curenții I VE1, IVE2, …I VEn, atunci
căderea totală de tensiune ΔU se poate obține prin metoda suprapunerii efectelor (metoda
superpoziției) utili zând formulele de mai sus.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 42 ~
Căderea de tensiune maximă Δ Umax se va calcula cu formula :
) Il…. Il Il Il( r ΔUnVEn 3VE32VE21VE1 SIST max (3.15)
Judecând invers, tensiunea de alimentare în linia de contact v a fi minimă pe toată
porțiunea L n-B, și va avea mărimea:
max SST min ΔU U U
(3.16)
Substația de tracțiune din capătul A va furniza curentul total I SST:
VEn 3VE 2VE 1VE SST I… I I I I (3.17)
B. Calculul căderii de tensiune la alimentarea liniei de contact din două puncte de
injecție
Presupunem câte o S TE amplasată la fiecare extremitate a unui tronson de lini e AB, de
lungime L, ca în figura nr. 3.11. Cele două S TE pot alimenta bilateral linia de contact AB fie
cu tensiuni egale (U A=U B), fie cu tensiuni diferite (U A≠U B).
Admitem că cele două S TE alimentează tronsonul AB cu tensiuni egale U A = U B =
USST .
Figura nr. 3. 11: Alimentarea unui VE din două puncte distincte
Curenții I A și I B, furnizați de la cele două capete de S TE din A și B și căderile de
tensiune ΔU de pe tronsoanele AD și BD respectă următoarele ecuații:
B SIST A SISTVE B A
I)lL( r Il rI I I
(3.18)
Rezolvând sistem ului de ecuații (4.18 ) obținem :
VE BVE A
ILlIILlLI
(3.19)
Căderea de tensiune de la oricare din capete (A sau B) la punctul D va fi:
VE SIST A SIST I)Ll(1l r Il rΔU(l) (3.20)
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 43 ~
Căderea de tensiune ΔU(l) este maximă când VE se găsește la m ijlocul tronsonului
AB. Pentru l =L/2 se obține ΔU max:
4ILrΔUVE
max (3.21)
Valoarea medie a căderii de tensiune , pe parcursu l tronsonului L, se determină cu
formula:
L
0medVE SISTmed ΔU32
6IL rld)lΔU(L1ΔU (3.22)
În cazul în care cele două STE alimentează tronsonul AB cu tensiuni diferite UA ≠ UB,
sunt valabile următoarele ecuații:
B SIST B DA SIST A DVE B A
I)lL( r U UIl r U UI I I
(3.23)
Soluțiile sistemului de ecuații sunt:
L rU UILlIL rU UILlLI
SISTB AVE BSISTB AVE A
(3.24)
Rezultatele pot fi generalizate pentru cazul în care sunt mai multe vehicule pe
tronsonul AB. P entru fiecare VE se construiește diagrama că derii de tensiune (după stabilirea
curenților I 1 și I2 după care se t rece la suprapunerea efectelor.
3.5.3. Puterea și energia electrică
Pentru determinarea energiei electrice consumată de un vehicul care se deplasează pe
un anumit tronson de linie într-un timp T, trebuie cunoscută variația în timp a puterii
dezvoltate de motoarele de tracțiune P(t), randamentul vehiculului η v și al linie de contact η LC.
Luăm în considerare cazul unui VE în mișcare pe un tronson de lungime L , aflat la distanța l
de punctul de injecție și care absoarbe din LC un curent I VE constant , cu tensiunea furnizată de
SST, USST [47, 48 ].
În schimb, p uterea electrică furnizată de S TE care alimentează tronsonul considerat
este constantă, de mărime:
VE SST SST I U P (3.25)
Puterea electrică absorbită de vehiculul electric în orice punct al traseului este:
VE SST VED VE IΔU] [U IU P (3.26)
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 44 ~
Energia utilă și cea absorbită de VE se determină cu relația:
LC VE21T
02
ηηWW)t(dP W
(3.27)
Randamentul instantaneu al circuitului de alimentare poate fi calculat cu formu la
(3.28) și depinde numai de căderea de tensiune relativă notată cu ε. A tât η cât și ε variază în
funcție de poziția VE -ului pe tronsonul consid erat.
SIST
SST SSTSSt
SSTVESIST ε1UUΔ1UΔU U
PPη (3.28)
Pentru aprecierea globală a sistemului de alimentare se recurge la randamentul mediu
ηmed (pe lungimea L). Acesta precum și puterea medie absorbită din LC se pot calcula cu
formulele:
med
SSTmed
SSTmedmedL
0med SST VE SSTL
0med
ε1UU1PPη)ΔU (UIld I))lΔU( (UL1lPdL1P
(3.29)
Se urmărește limitarea căderii medii de tensiune ΔU med care condiționează fluența
traficului cât și obținerea unui randament acceptabil al liniei electrificate în c.c..
Produsul r SIST*L poa te fi considerat indice le de calitate al instalațiilor de alimentare
din sistemul de tracțiune în curent continuu. Cu cât acesta este mai mic, cu atât prestația
instalațiilor este mai bună. Acest indice poate fi diminuat pe următoarele căi [22, 23]:
– creșt erea secțiunii liniei de contact, în scopul reducerii valorii lui r SIST ;
– micșorarea distanței L dintre două STE consecutive .
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 45 ~
3.6. CONCLUZII ȘI CO NTRIBUȚII PERSONALE
Sistemele de tracțiune electrică, de transport călători, pot rezolv a cu succes problema
traficului din marile metropole ale lumii. Metrourile au capacitatea de a transporta de la
20.000 la 60.000 de călători pe oră în fiecare direcție de mers, cu o viteză comercială ridicată,
eliminând astfel alte sisteme de transport de supraf ață, poluante. Tramvaiele și troleibuzele, de
tipul articulat, pot transporta circa 5000 -6000 de călători pe oră, în fiecare direcție de mers
față de numai 2000 -3000 călători pe oră cât reprezintă capacitatea maximă de transport a unei
linii de autobuz. As tfel, și în orașele mici și mijlocii, sistemele de tracțiune electrică pot fi
utilizate cu succes în vederea protejării mediului și îmbunătățirii calității serviciului de
transport public.
Pentru determinarea energiei electrice consumată de un vehicul care se deplasează pe
un anumit tronson de linie într -o secvență de timp, trebuie cunoscută variația în timp a puterii
dezvoltat e de motoarele de tracțiune, caracteristicile vehiculului și ale circuitului de
alimentare.
Tensiunea de alimentare a vehiculului variază cu poziția și cu mărimea curentului
absorbit, care depinde la rândul lui de pu terea și de viteza de mers a vehiculului . Energia
electrică este transmisă de la substația de tracțiune până la vehicul prin linia de contact.
Rezistența acesteia împreun ă cu cea a circuitului de retur determină o cădere de tensiune și
implicit, o piedere de putere . Funcționarea corectă a echipamentelor și serviciilor instalate la
bordul VE -ului și alimentate de la linia de contact, este condiționată de nivelul minim al
tensiunii de alimentare. Uzual, normele în vigoare prevăd ca tensiunea să nu scadă, în nici un
caz, sub 2/3 din U n. Valoarea puterii electrice ce ajunge la vehiculul electric motor depinde de
regimul de funcționare și caracteristicile accelerație -viteză ale acestuia . Pentru asigurarea unei
anumite fluențe a traficului este necesară lim itarea căderii de tensiune în circuitul de
alimentare considerat.
Simularea sistemului de alimentare poate arată dacă sistemul este suprasolicitat sau
este disponibil pentru cre șterea traficului. O anali ză minuțio asă trebuie facută oricărui sistem
aflat în exploatare. Trebuie analizată starea echipamentelor, dacă sunt au un randament slab și
sunt depășite din punct de vedere tehnologic, vor influența negativ consumul de energie. Este
necesară implementarea unor programe de mentenanță predictivă sau preventivă [54] pentru
evitarea deteriorării echipamentelor și creșterea inutilă a consumului.
Contribuțiile personale aduse în cadrul capitolului trei sunt:
– Descrierea sistemului de al imentare în curent continuu a vehiculelor electrice de
transport public de suprafață și a componentelor sale principale : substații de
tracțiune electrică, linii de contact și cale de rulare ;
– Crearea schemei electrice aferentă sistemului de alimentare ;
– Calculul parametrilor electrici ce descriu sistemul de alimentare : rezistența
electrică, căderea de tensiune, curenți i ce circulă în sistem , puterea și energia
electrică .
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 46 ~
Această pagină a fost lasată i ntenționat goală.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 47 ~
CAPITOLUL 4. SOLU ȚII DE OPTIMIZARE A CONSUMULUI DE
ENERGIE ELECTRICĂ ÎN TRANSPORTUL PUBLIC U RBAN
4.1. INTRODUCERE
Capitolul patru este un studiu al soluțiilor existente , propuse pentru îmbunătățirea
eficienței energetice. Studiul urmăr ește evaluarea măsurilor ce se pot implementa în vederea
reducerii consumului de energie necesar deplasării vehiculului și asigurării confortului
călătoriei. De asemenea, sunt discutate anumite aspecte legate de sistemul de alimentare,
acesta fiind parte c onexă a acestui proces. Consumul infrastructurii (stații, macazuri, tuneluri,
depouri, magazii, clădiri de birouri etc.), nu face obiectul acestei analize fiind un subiect
complex ce ar trebui tratat într -o altă cercetare.
În prima și a dou a parte a capito lului se descriu tehnologii noi [4, 55, 56, 57] ce se pot
aplica, cu rezultate pozitive în ceea ce privește realizarea obiectivul ui acestei teze. Progre sul
tehnologic poate îmbunătăți eficiența energetică a fiecărei ramuri studiate. Vehiculele
electrice po t fi alese cu o greutate redusă, cunoscându -se faptul că energia consumată este
proporțională cu masa. Rezistența datorată frecării cu suprafețele laterale poate fi diminuată
prin acoperirea sau vopsirea acestora cu un material neted, lucios, propice din p unct de vedere
aerodinamic. Diferențele de consum cuprinse între 10 și 25% fac ca folosirea curbelor
progresive în locul celor circulare să devină obligatorie în faza de proiectare a liniilor de
tramvai. Utilizarea energiei recuperate din procesul de frâna re pentru alimentarea serviciilor
auxiliare sau pentru o parte din necesarul procesului de tracțiune, poate reduce substațial
consumul de energie.
Însă implementarea tehnologiilor noi și modificarea structurii existente implică costuri
mari. De accea, în p artea aIIIa a acestui capitol , atenția se îndreaptă spre evaluarea unor
măsuri de natură organizațională [58, 59, 60] : aplicarea unor tehnici de conducere eficientă și
managementul traficului și transportului public. Școlarizarea personalului implică inves tiții
minime cu beneficii mari. Se mai pot lua în considerare sistemele de asistare a conducătorului
cu acționare în timp real care și -au dovedit utilitatea în cadrul sistemului de transport feroviar.
Sistemele de management al traficului și transportului public îmbunătățesc fluiditatea, cresc
siguranța exploatării și eficientizeză utilizarea flotei de vehicule.
Soluțiile studiate sunt evaluate folosind un program de simu lare, proiectat și realizat
de autor și descris în capitolul V. Se determină efectele a cestora în vederea unei analize cost –
beneficiu ulterioare. Se folosesc scenarii de simulare simple, eficiente pentru demonstrarea
beneficiilor aduse de fiecare măsură în parte. Vehiculul utilizat este descris în capitolul VI.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 48 ~
4.2. FACTORI CE INFLUENȚEAZĂ CONSUMUL DE ENERGIE ELECTRICĂ ÎN
TRANSPORTUL PUBLIC URBAN
Consumul de energie electrică în vederea deplasării al vehiculelor electrice (VE) este
influențat de următoarele elemente :
A. Specificațiile tehnice ale VE-ului;
B. Caracteristicile traseului parcurs ;
C. Moduri le de funcționare și operare ale VE -ului pe parcursul traseului ;
D. Condiții le climatice ;
E. Tipurile instalațiilor fixe care concur ă la procesul de deplasare a VE -ului.
Tipul și caracteristicile constructive ale VE-urilor trebuie dinainte cunoscute pentru a
evalua consum de energie necesar deplasării acestora pe o cale de rulare. Dintre aceste
caracteristici, enumerăm: numărul, tipul și puterea motoarelor, energia necesară fiecărui
motor pentru a dezvolta puterea maximă, posibilitatea de frânare recuperativ ă, masa efectivă
și masa totală, capacitatea de transport , viteza și accelerația, numărul de uși și geamuri ce se
pot deschide, consumul de energie al sistemului de încălzire, ventilație și aer condiționat ,
consumul de energie pentru iluminat.
Caracteristi cile traseului sunt elemente cheie, ce au o influență majoră asupra
consumului de energie. Trebuie determinată lungimea acestuia, lungimea și mărimea
declivităților, prezența curbelor și valoarea razelor de curbură și existența pieselor speciale
(macazuri, încrucișări, izolatori de secțiune etc.), numărul de stații, lungimea interstațiilor,
numărul și poziția intersecțiilor, caractersiticile buclelor de întoarcere și a zonelor de
manevră.
În privința modurilor de funcționare și operare, trebuie să cunoaște m curba zilnică de
sarcină, frecvența de trecere și succedare, diferențiate pe zilele săptămânii și orarul zilnic,
localizarea depoului de retragere și numărul de kilometri „morți” pe care VE -ul îi parcurge de
la depou până la intrarea pe traseu, viteza de circulație în funcție de aglomerarea urbană, la
ore de vîrf și în afara acestora, numărul de opriri la cerere, dacă există acestă optiune și timpul
de așteptare în stații. Stilul de condus al conducătorului de vehicul afectează în mod
semnificativ consumu l de energie iar existența unor sisteme ajutătoare de indicare a vitezei
recomandate de mers și de prioritizare a VE -ului în intersecții poate reduce această influență.
Numărul de pasageri și sarcina transportată se adaugă la greutatea vehi culului, fiind n ecesară
o forță de tracțiune mai mare pentru dezvoltarea unei puteri la obada roții și, în consecință,
rezultând un consum mai mare.
În vederea estimării consumului de energie pentru servicii auxiliare la bord ne sunt
necesare date despre condițiile climat ice: temperatura minimă, medie și maximă pentru
fiecare sezon, numărul de zile cu temperaturi sub limita înghețului, umiditatea medie și
volumul precipitațiilor.
Caracteristicile sistemului de alimentare cu energie electrică necesară tracțiunii este un
factor determinant care influenț ează consumul total. Trebuie calculați și optimizați următorii
parametri: secțiunea, diametrul și materialele din care sunt făcute firul de contact și cablurile
de alimentare și retur, rezistența acestora, numărul de substații de tracțiune și distanța la care
sunt situate acestea, tensiunea de alimentare și puterea substațiilor .
În figura nr. 4.1 sunt reprezenta ți factorii care influențează consumul de energie
electrică în vederea deplasării unui VE și legătura dintre aceștia [55].
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 49 ~
Figura nr. 4. 1: Factorii ce influențează consumul de energie electrică în transportul public
urban
Toate atributele consumatorilor din sistemul de transport electric public urban trebuie
să fie identificate atunci când calculăm consumul de energie electrică. Cunoscând consumul
total anual al unei linii de transport și raportându -l la numărul de călători transportați, putem
estima e ficiența energetică a acesteia.
Structurăm și sintetizăm cele descrise mai sus printr -un tabel în care subliem
importanța fiecărui factor, așa cum este el descris în studiul Maltese (Management and
Assessment of Light Trains for Energy Savings and Efficiency) [4].
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 50 ~
Tabelul nr. 4. 1: Importanța par ametrilor în stabilirea consumului de energie electrică în
transportul public urban
Parametru Importanța parametrilor
Mare Medie Mică Neglijabilă
Rampe
Curbe
Numărul total de stații
Tonomate de bilete/Validatoare
Lungimea interstațiilor
Intersecții
Macazuri
Numărul de manevre
Panouri de semnalizare/iluminat
Echipamente în tuneluri
Stații subterane
Iluminat și ventilație
Scări rulante și lifturi
Iluminat în stații
Frecvența de trecere și succedare
Localizarea depoului
Semafoare
Condiții climatice
Substații de tracțiune electrică
Cabluri de alimentare și retur, linie de
contact și șine
Uși
Iluminat
Ventilație
Geamuri ce se pot deschide
Sistem de încălzire/aer condiționat
Tracțiune/frânare
Masa totală, masa utilă, masa efectivă
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 51 ~
4.3. ÎMBUNĂTĂȚIREA C ARACTERISTIC ILOR VEHICULELOR ȘI A CĂII DE
RULARE ÎN VEDEREA MI NIMIZĂRII CONSUMULUI DE ENERGIE
ELECTRICĂ
4.3.1. Reducerea greutății vehiculului electric
Masa vehiculului este un parametru important în cinematică, regăsindu -se în enunțul
principiului fundamental al dinamicii (ecuația nr. 2.1). Interesul manifestat pentru acest
parametru se datorează faptului că energia consumată de un vehicul pentru a se deplasa este
proporțională cu masa acestuia și încărcarea dată de pasageri (ecuația nr. 2.2). Cu cât masa
vehiculului este mai mare cu atât energia necesară deplasării crește.
Micșorarea greutății proprii a vehiculului permite economisirea energiei electrice
pentru același profil de viteză, determină o scădere a forței de tracțiune necesare deplasării și
în consecință, o scădere a consumului de energie sau permite dezvoltarea un or viteze mai mari
folosind acee ași forță de tracțiune și păstrarea aceluiași consum însă în condiții de călătorie
sporite.
Distribuția greutății proprii a unui vehicul de transport public pe compon ente este
redată în figura nr. 4.2 [55] .
Figura nr. 4. 2: Distribuția greuțății proprii a unui vehicul electric
Greutatea proprie ale tramvaielor clasice sau moderne (numite în literatura de
specialitate metrou ușor) variază între 30 și 50 de tone, depinzând în mare parte de lungimea
acestora și numărul de secțiuni (de la 2 la 7 secțiuni în acest interval de greutate). În tabelul
nr. 4.2. sunt centralizate valorile greutăților proprii, lungimilor și capacitățile de tra nsport
(exprimate în calători/mp de podea), ale celor mai cunoscute tipuri de tramvaie moderne,
folosite în marile orașe ale Europei [61, 62, 63, 64, 65 ]. În scop comparativ, s -au indicat
aceleași caracteristici pentru tramvaiele din București [66, 67 ].
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 52 ~
Tabelul nr. 4. 2: Greutatea proprie a celor mai cunoscute tramvaie din Europa
Tipul de tramvai Greutatea
proprie
[t] Capacitate de
transport (la 4
cal/mp podea) Lungime vehicul
[m]
Bombardier Flexity 40,9 222 32,2
Alstom Citadis 38,4 200 32,4
Skoda ForCity 37,4 270 31,4
Siemens Combino 31,7 175 30,5
City Class Tram Power LTd. 22 200 29
Tabelul nr. 4. 3: Greutatea proprie a tramvaielor din București
Tipul de tramvai Greutatea proprie
[t] Capacitate de transport
(la 5 cal/mp podea) Lungime vehicul
[m]
Tatra T4R 16,5 98 14,0
V2A 25,0 140 19,5
V3A 29,0 194 26,18
V3A93 34,7 200 26,18
Bucur LF 34 160 25,38
Tendința generală este de a micșora cât mai mult greutatea proprie a vehiculului însă
există o limită sub care stabilitatea vehiculului este afectată. Compania Tram Power LTd.
produce cel mai ușor tramvai modern, City Class, a cărui greutate nu de pășește 22 tone, în
condițiile în care poate transporta 200 de pasageri. Acesta a fost testat cu succes în orașul
Blackpool, Lancashire, Anglia.
După cum se observă în figura nr. 4.2., structura vehiculului reprezintă un procent de
21% din valoarea totată a greutății. Numeroase companii producătoare de vehicule de
transport public au renunțat parțial sau total la greoaia caroserie de oțel, înlocuind -o cu cea de
aluminiu sau fibră de sticlă. În cazul celui mai nou tramvai produs la București, Bucur LF,
struc tura acestuia combină oț elul (șasiul) cu aluminiul (acoperișul) și fibra de sticla
ramforsată pentru a pastra o caroserie ușoară, necesară deplasă rilor rapide [67]. Cercetările
recente din industria construcțiilor de caroserii indică spre utilizarea materi alelor din fibră de
carbon sau a celor din industria aeronautic ă, cum sunt structurile sandwich sau materialele
compozite, în vederea obținerii unor structuri ușoare dar cu o bună stabilitate dinamică [4].
Acestea din urmă, pot oferi posibilități în vedere a redimensionării spațiului interior al
vehiculului și reproiectării elementelor componente (scaune, podele și panouri) în vederea
reducerii greutății.
Multe din componentele echipamentului de propulsie sunt mai ușoare decât cele de
acum 20 de ani. Tranzis torii bipolari cu poartă izolată (IGBT) au revoluționat industria
semiconductoarelor dar și a echipamentelor de propulsie, înlocuind tiristoarele cu închidere pe
poartă (GTO) și reducând semnificativ spațiul necesar amplasării acestora.
Nici boghiurile nu au fost ocolite de progresul tehnologic, având în vedere că acestea
cântăresc aproape o treime din totalul greutății vehiculului. Eliminarea vagoanelor separate,
implementarea tramvaielor cu secțiuni multiple și reducerea numărului de osii contribuie la
reducerea greutății.
Toate aceste măsuri au redus masa vehiculului electric cu aproximativ 15%, raportat la
lungimea lui [55]. Acest fapt a permis constructorilor s ă extindă lungimea, de la un vagon de
14 – 18m (de exemplu, tramvaiele Tatra clasice) la vehi cule cu 3 până la 7 secțiuni, cu lungimi
cuprinse între 19m și 43,4m (de exemplu, tramvaiele Pesa) și lățimea, de la 2,2 – 2,3m la
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 53 ~
2,65m. Astfel, capacitatea de transport a crescut de la aproximativ 100 până la 350 de
pasageri.
Figura nr. 4. 3: Energia consumată funcție de greutatea vehiculului electric (tramvai)
În figura nr. 4.3 este prezentată variația energiei consumate în vederea deplasării în
funcție de greutatea totală a vehiculului. Simulările pentru obținerea gr aficului s -au făcut
folosind software -ul sistemului ISOTEC, descris în capitolul V al acestei teze, luând în
considerare un traseu de 500m lungime, în aliniament, fără rampe, pante sau opriri
suplimentare. S -a ales simularea unui traseu simplificat pentru a evidenția efectele creșterii
masei vehiculului asupra consumului de energie, fără ca acesta sa fie influențat de alți factori .
Se observă o creștere cuprinsă între 4% și 10% a energiei consumate la fiecare 3 tone
adăugate la greutatea vehiculului. Un tra mvai cu o greutate proprie de 22t consumă 1,74 kWh,
cu 28% mai puțin decât un tramvai de 34 t și 50% mai puțin decât unul ce cântărește 55t.
Cum nu putem selecta sau diminua încărcătura vehiculului (numărul de pasageri
transportați) după criterii de eficie nță energetică, selectarea unui VE cu o greutate proprie căt
mai mică devine o necesitate în vederea obținerii unui consum cât mai redus.
Din punct de vedere al consumului de energie, este necesară o optimizare a masei
vehiculului în raport cu capacitatea de transport. De cele mai multe ori, Regiile de Transport
optează pentru vehicule cu o capacitate mare de transport însă acestea sunt folosite la întreaga
capacitate doar maxim o treime din timpul de funcționare, la orele de vârf. Studiile făcute pe
aceast ă temă [4, 55 ] propun diferen țierea vehiculelor în funcție de media orară a călătorilor
transportați, respectiv folosirea tramvaielor de lungimi diferite în funcție de perioadele zilei și
de solicitare. Spre exemplu, circulația tramvaielor cu 5 -7 secțiuni în cursul dimineții și serii,
în intervalul orar 7 -9 și 16 –19, iar în restul zilei, tramvaie cu 3 secțiuni. Sau, există varianta
circulației tramvaielor cu 2 -3 secțiuni, cuplate câte două, în orele de vârf și doar unul, în afara
acestora.
4.3.2. Forma aero dinamică și fricțiunea
Forța de tracțiune necesară pentru a deplasa un vehicul este cel puțin egală cu suma
rezistențelor ce se opun mișcării, așa cum se poate observa în figura nr. 2.1 . Al tre ilea termen
al ecuației nr. 2.9 corespunde rezistenței la înain tare datorate aerului. Cu cât rezistența este
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 54 ~
mai mare, cu atât motorul trebuie să dezvolte o forță mai mare, lucru ce determină un consum
de energie mai mare. La viteze mari, pentru vehicule grele dar și în cazul vehiculelor ușoare
de transport urban (LRV și ULRV), cea mai mare cantitate de energie se consumă pentru a
învinge rezistența datorată aerului așa că orice îmbunătățire a formei aerodinamice poate
conduce la economii importante de energie electrică. În figura nr. 4.4 sunt prezentate
influențele ma selor de aer asupra unui vehicul electric tip unitate multipla (tramvai sau tren)
[68].
Figura nr. 4. 4: Influența maselor de aer asupra vehiculelor electrice
Rezistența la înaintare datorată aerului depinde de mărimea , forma și lungimea
vehiculului electric și nu de greutate. Aceast ă rezistență se exercită pe fața vehiculului (capul)
sub formă de presiune, pe fețele laterale sub formă de frecare, iar pe coada acestuia sub formă
de depresiune. Rezistența produsă de pres iunea pe cap si depresiunea de coadă depind e de
forma exterioar ă a vehiculului, iar rezisten ța datorat ă frecării cu suprafe țele laterale depinde
de rugozitatea acestora [68].
În figura nr. 4.5 sunt prezentate ponderile diferitelor componente ale unui vehic ul
electric de lungime mare în valoarea rezistenței la înaintare datorate aerului [ 55].
Figura nr. 4. 5: Ponderea diferitelor părți ale unui vehicul electric în valoarea rezistenței la
înaintare datorate aerului
În caz ul unui tramvai clasic sau a unui metrou ușor cu 2 -3 secțiuni, crește procentul
alocat părții frontale și a cozii [ 69]. În ultimii ani, companiile producătoare de material rulant
pentru transportul public au redus semnificativ influența boghiurilor și a ec hipamentelor de
sub podea prin acoperirea lor cu înveliș exterior și influența echipamentului de pe acoperiș,
micșorând dimensiunile acestuia. Rezistența datorată frecării cu suprafețele laterale este, de
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 55 ~
asemnea, diminuată prin acoperirea sau vopsirea ace stora cu material neted, lucios, pro pice
din punct de vedere aerodinamic.
Rezistența la înaintare datorată aerului poate fi micșorată prin îmbunătățirea formei
aerodinamice a vehiculului și prin minimizarea ariei frontale. Însă, reducerea ariei frontale
înseamnă și micșorarea numărului de pasageri transportați, lucru ce nu este dorit de
Autoritățiile de Transport și nici de companiile producătoare de material rulant care fac toate
demesurile în vederea creșterii acestui parametru. Forma vehiculului electric trebuie să fie una
continuă, fără unghiuri ascuțite în geometria suprafețelor și cu îngustări ale capului și cozii în
vederea eficientizării profilului aerodinamic.
În cazul vehiculelor electrice utilizate în transportul public urban, îndeosebi a
tramvaie lor, la 30 km/h ponderea rezisten ței aerului este de doar 5% din rezisten ța la rulare în
aliniament, la 100 km/h ponderea creste la 35 -45% depăș ind 75% la viteze de peste 200 km/h
[68]. Având în vedere că viteza în oraș este limitată la 50 – 60 km/h, înse mnătatea acestei
rezistențe în proporția totală a rezistențelor la înaintare nu este atât de mare.
Tot legat de partea constructivă a vehiculului, mai există două tipuri de rezistențe ce se
opun înaintării vehiculului, cumulate matematic în ecuația 2.9:
– rezistența datorată alunecării roții pe șină: frecărilor de rostogolire dintre roata și
șină, frecărilor dintre buza bandajului și capul șinei, deformarea în regim elastic a
suprafe ței bandajului și a șinei, frecărilor de alunecare dintre roat a și șină;
– rezistențele datorate șocurilor care se produc între aparatul de rulare și cale;
– rezistențe datorate frecărilor dintre fusurile osiilor și cuzine ți sau datorit ă
frecărilor de rostogolire ale rulmen ților monta ți pe fusurile osiilor;
Se observă că aceste rezis tențe se datorează frecărilor mecanice ce se produc în
agrenajul vehicul – cale de rulare.
Pentru îmbunătățirea contactului roată – șină, se recomandă ungerea căii de rulare
pentru diminuarea frecării laterale și evitarea uzării șinei, în special în curbe . Având în vedere
că frecarea mecanică este proporțională cu greutatea vehiculului, reducerea acesteia determină
implicit și o reducere a rezistențelor [ 55].
Spre exemplificare, s -a ales simularea folosind software -ul ISOTEC a deplasării unui
tramvai Tatra T4R, a căror rezistențe specifice au fost determinate experimental în [68],
conform ecuației nr. (4.1) . Greutatea vehiculului luată în calcul este de 34 tone,
corespunzătoare unui convoi format din 2 vagoane de tramvai.
2
R4T v* 0061,07 r
(4.1.)
În figura nr. 4.6 sunt arătate graficele rezistențelor la înaintare în aliniament. Prima
curbă, Ra 100% reprezintă caracteristica reală, conform ecuației (4.1), a2a și a3a curbă, Ra
90% și Ra 75%, arată caracteristica reală diminuată cu 10%, respectiv 25%, în funcție de
numărul de măsuri ce se întreprind din cele expuse mai sus.
Pe un traseu de 500m în aliniament, fără pante sau rampe, fără opriri necondiționate,
pentru o viteză maximă de 50km/h, în cazul reducerii rez istențelor la înaintare cu 10%,
consumul de energie electrică descrește cu 3%. Pentru o reducere de 25% a rezistențelor,
consumul scade cu 9%. Aceste procente scad odată cu creșterea greutății vehiculului.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 56 ~
Figura nr. 4. 6: Rezistențele la înaintare în aliniament ale tramvaiului Tatra T4R
Având în vedere valorile mici, optimizarea acestor parametri în vederea diminuării
consumului de energie, în cazul vehiculelor de transport public ce nu circulă cu viteze mai
mari de 50km /h, nu a prezentat interes deosebit pentru cercetători sau pentru producătorii de
material rulant.
4.3.3. Rezistența la înaintare datorată declivităților și curbelor
La trecerea prin curbe, vehiculul întâmpină o rezistență suplimentară la înaintare fața
de mersul în aliniament, datorită apariției unei forțe de frecare. Pentru a redu ce consumul de
energie necesar î nvingerii reziste nțelor la înaintare suplimentare se pot lua următoarele
măsuri, încă din faza de proiectare a căii de rulare:
– reducerea numărului curbelor de pe traseu
– mărirea razelor curbelor de pe traseu
– introducerea curbelor de racordare progresivă înaintea curbelor circulare sau chiar
pentru înlocuirea completă a acestora
Rezistența datorată curbelor, descrise matematic prin ecuațiile nr. 2.12, 2.13, 2.14,
2.15, au valori importante și po t fi reduse prin modificări în structura vehiculelor: utilizarea
osiilor auto -orientabile sau cu roți independente sau prin controlul deplasării fără atingerea
buzei roților exterioare de șine .
Existența curbel or de -a lungul traseului determină decelerări de viteza înainte de
începutul acestora și accelerări după terminarea lor, pentru a reveni la viteza dorită de
circulație. Aceste acțiuni se traduc prin creșterea consumului de energie electrică necesar
deplasă rii. În anexa nr. 3 sunt prezentate vitezele maxime permise de deplasare în curbe cu
limitarea coeficientului de șoc la 0,5 m/s3, pentru menținerea confortul ui călătoriei și evitarea
deraierii vehiculului de pe șine.
Folosind software -ul ISOTEC , s-a dete rminat rezistența ce se opune mersului în curbe
circulare cu raze diferite și consumul de energie electrică efectuat. Aceste date sunt prezentate
în tabelul 4.4. S -a considera t deplasarea unui tramvai pe un traseul de 500m lungime, fără
declivități și supr aînălțări. S -a ales o lungime de curbă aleatoare de 80m, vari indu-se raza cu
ajutorul unghiului la centru după ecuația nr. 4.2. Curbele s -au poziționat la mijlocul traseulu i,
începând de la distanța de 210m până la 280m.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 57 ~
180α*r*πLcurbă (4.2.)
unde,
r – raza curbei, măsurată în m
α – unghiul la centru, măsurat în grade
Tabelul nr. 4. 4: Rezistența la mers în curbe ci rculare și consumul de energie electrică aferent
Curbă circulară
Unghiul
la centru
[°] Raza
curbei
[m] Limitare
de viteză
[km/h] Rezistența
la mers în
curbe [kN] Consum
de
energie
[kWh]
183,35 25 6,00 46,70 5,30
152,79 30 7,00 23,35 4,58
114,59 40 9,00 11,67 4,15
91,67 50 10,00 7,78 4,00
76,39 60 11,00 5,84 3,90
65,48 70 12,00 4,67 3,84
57,30 80 13,00 3,89 3,78
50,93 90 14,00 3,34 3,73
45,84 100 15,00 2,92 3,69
30,56 150 19,00 1,80 3,55
22,92 200 24,00 1,30 3,39
18,33 250 28,00 1,02 3,27
15,28 300 32,00 0,83 3,13
13,10 350 34,00 0,71 3,06
11,46 400 37,00 0,61 2,95
10,19 450 39,00 0,54 2,87
9,17 500 41,00 0,49 2,79
7,64 600 45,00 0,40 2,62
6,55 700 49,00 0,34 2,44
6,11 750 50,00 0,32 2,39
0,00 ∞ 50,00 0,00 2,38
Pentru curbele circulare, se observă că în cazul creșterii razei curbei de la 25m la 50m,
consumul de energie scade cu 25% iar pentru o creștere de la 25 m la 100m, se înregistrează
un procent de 30%. Pentru o creștere de la 100m la 50 0m, economia este de 25% iar dacă
este posibilă eliminarea unei curbe cu raza de 100m, se constată o reducere de 35%, procent
deloc de neglijat. Însă, reducerea consumul de energie electrică se datorează în mare parte
datorită creșterilor limitărilor de vi teză (de la 6km/h la 50km/h, maxim legal admis) și nu
neapărat datorită micșorării rezistenței la mers în curbă.
Pentru a înlătura efectul defavorabil al forței centrifuge la mersul în curbă, se
intercalează între alinament și curba circulară, curbe cu raz ă variabilă, numite curbe cu
racordare progresivă (pe scurt, curbe progresive) sau curbe de t ranziție .
Introducerea acestor curbe, mărește viteza de circulație în curbe, așa cum reiese din
tabelul nr. 2, Anexa nr. 3. Datorită variației uniforme a curburii pe lungimea curbei
progresive, de la valoarea 0 (rază ∞) din aliniament la mărimea finită (curbura 1/R – pentru
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 58 ~
raza R), valoarea forței centrifuge crește treptat, sporindu -se astfel siguranța și confortulul
călătoriei . Pentru formarea unei curbe de tras eu se folosesc două curbe progresive: una de
intrare și alta de ieșire, de regulă simetrice.
Legea de variație folosită pentru calculul razei în cazul unei curbei progresive este
[29]:
sL* R)s(Rcurba min
(4.2.)
unde,
R(s) – raza segmentului de curbă progresivă în funcție de lungimea sa s [m]
s – lungimea segmentului de curbă [m]
Rmin – raza curbei circulare care se dorește parcursă sau raza minimă a curbei progresive
Lcurba – lungimea curbei progresive
În tabelul nr. 4.5 sunt prezentate variația razei pe lungimea curbelor progresive (de
intrare și de ieșire), limitele de viteză ce pot fi atinse la parcurgerea acestor curbe și consumul
de energie electrică aferent.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
~ 59 ~
Tabelul nr. 4. 5: Variația razei în curbe progresive și consumul de energie electr ică aferent
Unghiul
la
centru
[°] Raza
finala
curbei
[m] Variația razei pe lungimea curbei progresive
[0-210]
[290-
500] [210-
215]
[285-
290] [215-
220]
[280-
285] [220-
225]
[275-
280] [225-
230]
[270-
275] [230-
235]
[265-
270] [235-240]
[260-265] [240-
245]
[255-
260] [245-250]
[250-255] Limitare
de
viteză
[km/h ] Consum
de
energie
[kWh]
91,67 25 ∞ 200 100 67 50 40 33 29 25 9,00 4,23
76,39 30 ∞ 240 120 80 60 48 40 34 30 11,00 3,99
57,30 40 ∞ 320 160 107 80 64 53 46 40 13,00 3,82
45,84 50 ∞ 400 200 133 100 80 67 57 50 15,00 3,71
38,20 60 ∞ 480 240 160 120 96 80 69 60 17,00 3,63
32,74 70 ∞ 560 280 187 140 112 93 80 70 19,00 3,56
28,65 80 ∞ 640 320 213 160 128 107 91 80 20,00 3,53
25,46 90 ∞ 720 360 240 180 144 120 103 90 22,00 3,46
22,92 100 ∞ 800 400 267 200 160 133 114 100 23,00 3,43
15,28 150 ∞ 1200 600 400 300 240 200 171 150 30,00 3,20
11,46 200 ∞ 1600 800 533 400 320 267 229 200 37,00 2,95
9,17 250 ∞ 2000 1000 667 500 400 333 286 250 44,00 2,67
7,64 300 ∞ 2400 1200 800 600 480 400 343 300 50,00 2,39
6,55 350 ∞ 2800 1400 933 700 560 467 400 350 50,00 2,39
5,73 400 ∞ 3200 1600 1067 800 640 533 457 400 50,00 2,39
5,09 450 ∞ 3600 1800 1200 900 720 600 514 450 50,00 2,39
4,58 500 ∞ 4000 2000 1333 1000 800 667 571 500 50,00 2,39
3,82 600 ∞ 4800 2400 1600 1200 960 800 686 600 50,00 2,39
3,27 700 ∞ 5600 2800 1867 1400 1120 933 800 700 50,00 2,39
3,06 750 ∞ 6000 3000 2000 1500 1200 1000 857 750 50,00 2,39
0 0 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 50,00 2,39
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
60
Comparând valorile obținute pentru consum în cazul deplasării vehiculului pe o curbă
progresivă (tabelul nr. 4.5) față o curbă circulară (tabelul 4.4), se constată că folosirea
acestora ar aduce economii substanțiale de energie electric ă. Diferențele de consum cuprinse
între 10 și 25% fac ca folosirea curbelor progresive în locul celor circulare să devină
obligatorie în faza de proiectare a liniilor de tramvai.
Rezistența la înaintare datorată declivității traseului este cea mai importan tă rezistență
din punct de vedere al consumului de energie electrică. Aceasta depinde doar de traseu și este
valorificată matematic utilizând ecuația nr. 2.11. În calcule, declivitatea este exprimată în
[%0], are semnul „+” pentru deplasarea în ramp a și semnul „ -” pentru deplasarea în pant ă.
Tabelul nr. 4.6 prezintă valorile rezistențelor la mers pentru diferite declivități,
pozitive și negative, ale unui traseu de linie de tramvai de 500m lungime. S -a presupus că
traseul începe și se termină cu o zonă de a liniament de 200m, între cele două fiind poziționată
zona de declivitate de 100m lungime. Pentru o linie de tramvai, declivitatea maxim admisă
este de 6 0%0 iar pentru o linie de troleibuz 12 0%0 [71].
Tabelul nr. 4. 6: Rezi stența la mers în declivitate și consumul de energie electrică aferent
Declivitate
[%0] Kilometraj
început
rampă [m] Kilometraj
sfârșit
rampă [m] Rezistența
la mers
[kN] Consum
de energie
[kWh]
0,00 200 300 0,00 2,38
+1,00 200 300 +0,33 2,39
+5,00 200 300 +1,67 2,44
+10,00 200 300 +3,34 2,49
+20,00 200 300 +6,67 2,60
+30,00 200 300 +10,01 2,71
+40,00 200 300 +13,34 2,82
+50,00 200 300 +16,68 2,93
+60,00 200 300 +20,01 3,04
-60,00 200 300 -20,01 2,24
-50,00 200 300 -16,68 2,24
-40,00 200 300 -13,34 2,24
-30,00 200 300 -10,01 2,24
-20,00 200 300 -6,67 2,24
-12,00 200 300 -4,00 2,25
-10,00 200 300 -3,34 2,27
-5,00 200 300 -1,67 2,33
-1,00 200 300 -0,33 2,37
0,00 200 300 0,00 2,38
Pentru traseul în rampă, se poate observa o creștere a consumului de energie electrică
cu circa 4% pentru fiecare creștere a înălțimii rampei cu 1m (10% 0). Comparând traseul cu
declivitate 10% 0 cu cel de 50% 0 constatăm o creștere a consumului de 22%.
Pentr u traseul în pantă, fără a lua în considerare existența unui sistem de frânare
recuperativă, observăm că nu există nici o diferență între panta de 1 2%0 și cea de 6 0% 0,
deoarece viteza de circulație a vehiculului este limitată la 5 0 km/h iar panta este în z ona de
mers cu viteză constată. În acest caz, forța de tracțiune este 0 și apare o forța de frânare egală
cu valoarea rezistențelor la înaintare principale și suplimentare. În cazul unor pante mai mici
de 12 %0, forțele rezistente sunt mai mici decât forț a de tracțiune care va fi mai mare ca 0.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
61
Acest caz este favorabil consumului de energie electrică, diferența de consum între străbaterea
unei pante de 12% 0 și una de 2.5% 0 fiind de aproximativ 5,5%.
Prezența unui sistem eficient de frânare recuperativă poate reduce considerabil
influența declivităților asupra consumului de energie electrică. Însă, este de preferat reducerea
valorii declivității unui segment de traseu din faza de proiectare, prin lungirea acestuia.
Pentru un consum redus de energie electric ă și o uzură redusă a instalație de frânare, se
va ține cont de amplasarea stațiilor de debarcare/îmbarcare pasageri la începutul sau sfârșitul
segmentului de traseu aflat în declivitate, pentru a evita pornirea în rampă și/sau oprirea în
pantă.
Reducerea rezistenței la mers în declivitate pentru liniile existente este posibilă doar
prin intervențe asupra traseului, în condițiile în care lucrările de modernizare se justifică din
punct de vedere economic în raport cu traficul existent.
4.3.4. Stațiile de deb arcare/îmbarcare pasageri și interstațiile
Poziția și numărul stațiilor de debarcare/îmbarcare pasageri de pe o linie de transport
public sunt alese ținând cont de cerințele și nevoile cetățenilor ce locuiesc sau se deplasează în
arealul stației. Distanțe scurte de mers de la locuință până la stație, apropierea de puncte de
interes (școli, spitale, magazine și piețe, parcuri, teatre, cinema etc.), existența posibilității de
a schimba mijlocul de transport (noduri multimodale) sunt câteva dintre aspectele ce
determină aranjamentul stațiilor. Deși numărul de opriri și implicit porniri influențează major
consumul de energie electrică, acest criteriu este mai puțin important în etapa de planificare a
unei rute de transport.
Distanța între două stații de transp ort public de suprafața (interstația) este cuprinsă
între 400 și 800m. În cazul zonelor caracterizate de o densitate a populației mare sau pentru
centrele orașelor, interstația poate fi mai mica de 400m iar pentru zonele metropolitane, pe
rutile expres, p oate depăși 800m [72 ]. Lungimea intersta țiilor este un factor important în ceea
ce privește consumul de energie electrică dar și pentru atractivitatea călătoriei, de accea o
îmbinarea a acestor două considerente trebuie luată în vedere.
În figura nr. 4.7 sunt reprezentate graficele vitezei în funcție de distanță și timp pentru
un vehicul electric (tramvai) pe o lungime de 1500m, în mai multe scenarii:
– fără nici o oprire;
– cu o oprire la d=750m, timp de staționare=15s;
– cu două opriri, la d 1=500m și d 2=1000m, t imp de staționare=15s;
– cu trei opriri, la d 1=375m, d 2=750m, d 3=1125, timp de staționare=15s;
Figura nr. 4. 7: Graficul viteză – distanță și viteză – timp pentru parcurgerea unui traseu fără
oprire sau cu 1 -3 opriri
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
62
Figura nr. 4. 8: Graficul viteză – distanță și viteză – timp pentru parcurgerea unui traseu fără
oprire sau cu 1 -3 opriri (continuare pagina anterioară)
În tabelul 4.7 se poate observa variația consumului de energie electric ă și a timpului de
călătorie, în funcție de numărul de opriri în condițiile descrise în figura nr. 4.7. Consumul
crește o dată cu creșterea numărului de opriri, ajungând cu 32% mai mare pentru trei opriri
decât pentru una singură sau chiar cu 49% mai mare dacă luăm în considerare parcurgerea
traseului fără opriri.
Tabelul nr. 4. 7: Variația consumului de energie electrică și a timpului de călătorie în funcție de
numărul de opriri
Consum de
energie
[kWh] Timpul de
călătorie
[s]
Fără
oprire 5,80 121
O statie 7,67 149
Doua
statii 9,55 177
Trei statii 11,42 205
Se recomandă optimizarea numărului de stații încă din faza de proiectare a organizării
circulației, luând în considerare studii și analize al e cererii modale precum și o estimare a
dezvoltărilor spațiale ulterioare în zona deservită.
O metodă eficientă pentru a reduce numărul de opriri/porniri ale vehiculului în stații
fără a neglija nevoile pasagerilor este cea a opririi la cerere. Această so luție poate fi una
permanentă, pe toate liniile sau selectivă, doar pe cele mai puțin aglomerate, pe toată durata
zilei sau doar în momentele în care fluxul de pasageri este redus (exclus orele de vârf). Pentru
funcționarea unui astfel de program este necesar un sistem de informare a călătorilor eficient:
panouri de informare dinamice care sa anunțe care sunt stațiile unde se oprește la cerere dar și
semnale acustice, utile atât pentru pasager cât și pentru șofer. Eliminarea opririlor inutile este
un fapt a bsolut necesar într -un sistem de transport public eficient din punct de vedere
energetic și care ar conduce la economii importante de energie electrică.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
63
4.3.5. Intersecțiile semaforizate
În centrele orașelor sau în zonele dens populate, unde traficul ruti er este aglomerat,
opririle la intersecții semaforizare ale vehiculelor de transport public sunt frecvente.
Se recomandă poziționarea stațiilor de debarcare/îmbarcare pasageri înaintea
intersecții lor semaforizate. Astfel, vehiculul poate pleca din stație când semaforul indică o
culoare permisivă și nu va fi necesară o altă oprire. În tabelul nr. 4.8 este prezentată variația
consumului de energie electrică în funcție de poziția unei intersecții între două stații de
debarcare/îmbarcare pasageri. S -a luat în considerare distanța între doua stații de 500m și
timpul de staționare la semafor de 30s.
Tabelul nr. 4. 8: Variația consumului de energie electrică î n funcție de poziția intersecției
semaforizate dintre două stații
Pozit ionare
intersectie fata de
statie de plecare
[m] Consum de
energie electrica
[kWh]
50 3,61
100 4,05
150 4,45
200 5,11
300 5,11
350 4,79
400 4,40
450 3,96
Fara intersectie
între cele două
stații 3,06
Dacă nu este posibilă amplasarea stației în im ediata apropiere a semaforului de intrare
în intersecție, se recomandă ca aceasta să fie la maxim 100m, înainte sau după o intersecție
semaforizată. În cazul în care intersecția este poziționată la jumătatea distanței dintre două
stații, consumul de energi e elecrică crește cu aproximativ 20%.
Prioritizarea vehiculelor de transport public la trecerea prin intersecții semaforizate
folosind sisteme de localizare automată (AVL) si de undă verde garantează reducerea
consumului de energie electrică și a timpului de călătorie. Această acțiune are numeroase
beneficii:
– Regularizarea serviciului – înseamnă respectarea diagramei de circulație și a foii
de parcurs. Un parcurs regulat al vehiculelor de transport public garantează un
nivel ridicat de capacitatea de trans port, care este principalul țel al
managementului transportului. Mai mult, acest fapt ușurează planificarea curselor,
reduce timpul pierdut de pasageri în stații de autobuz sau tramvai, crește nivelul
de satisfacere al clientului și reduce stresul șoferulu i;
– Câștig la viteza comercială – Prioritatea la semafoare contribuie la reducerea
timpului de călătorie, produce o capacitate mai mare de transport și reduce
numărul de vehicule necesare pentru asi gurarea acestui tip de serviciu;
– Reducerea poluării – Un nu măr mai mic de opriri la semafoare și mai puțin timp
petrecut blocat în congestii de trafic au ca efect benefic reducerea poluării ;
– Reducerea consumului de energie electrică ;
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
64
Există două metode de obținere a priorității: pasivă și activă. Pentru metoda pasivă,
timpii la semafor sunt proiectați astfel încât să furnizeze anumite beneficii/priorități fără ca
vehiculele de transport public să fie detectate individual. Acest lucru este făcut în mod off –
line, pentru timpii ficși sau în mod on -line, acolo unde tra ficului îi este alocat un bias pozitiv
în procesul de optimizare al semnalului.
În cazul priorității active, timpii de semaforizare sunt modificați dinamic pentru a
acorda prioritate individuală vehiculelor de transport public aflate în apropiere, în conc ordanță
cu strategia de control. Pentru a avea prioritate activă este necesară existența unor circuite de
detecție ale vehiculelor (bucle inductive îngropate în asfalt, detector cu plăcuță unică de
identificare, care pot identifica vehiculele după lungime sau amprentă magnetică , sistem bazat
pe transponder la bordul vehiculului care să comunice cu echipamentul de la marginea
drumului în apropierea intersecții lor, sistem GPS ) [73].
Prioritatea se face în trei stagii, arătate în figura nr. 4.8:
1. Cererea de pri oritate – vehiculul cere accesul rapid în intersecție de la o anumită
distanță
2. Procesare: după primirea cererii, controlerul de trafic procesează acest lucru și dă
prioritate prin schimbarea timpilor de semaforizare
3. Ieșire: la ieșirea din intersecție, veh iculul transmite un semnal automatului de trafic
pentru a pune capăt cererii de prioritate
Componentele pentru obținerea prioritizării sunt următoarele:
– Un PTV capabil să trimită și să genereze o cerere de prioritate către automatul de
trafic
– Un detector s au un sistem de poziționare cu posibilității de comunicare capabil să
emită si să termine cererea de prioritate
– Programe și funcții adecvate ale automatului de trafic pentru a procesa și obține
prioritatea pentru vehiculele de transport public
Figura nr. 4. 9: Etapele acordării priorității în intersecții vehiculelor de transport public
În figura 4.9 este prezentat profilul de viteză a unui tramvai, în funcție de distanță și
timp, pe un traseu de 500m la mijlocul căruia este poziționată o intersecție semaforizată cu
timpul de roșu egal cu 60s. Dacă vehiculul electric este obligat să staționeze așteptând
culoarea permisivă a semaforului, consumul de energie electrică este egal cu 5,46kWh. Însă,
dacă i se acordă prioritate în această intersecție iar traseul va fi parcurs conform cu profilul de
viteză arătat în figura nr. 4.10, consumul scade cu aproximativ 60%.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
65
Figura nr. 4. 10: Profilul de viteză a unui vehicul electric între două stați i cu oprire la intersecție
semaforizată timp de 60s
Figura nr. 4. 11: Profilul de viteză a unui vehicul electric între două stații cu prioritate la
intersecție
Această metodă este foarte eficientă în vederea sporirii f iabilității serviciului de
transport public, a punctualității vehiculelor, a timpului de călătorie cu efecte asupra
confortului pasagerului și pentru reducerea consumului de energie electrică. Însă, pentru
intersecțiile cu trafic aglomerat, prioritizarea u nui vehicul de transport public ce are o
frecvență de trecere mare provoacă ambuteiaje pe direcțiile perpendiculare traseului. De
aceea, alegerea bine documentată cu ajutorul studiilor de trafic a intersecțiior unde se poate
aplica prioritizarea este oblig atorie.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
66
4.3.6. Limitările de viteză
De-a lungul unei linii de tramvai există porțiuni de traseu cu limitări de viteză,
necesare pentru a asigura siguranța circulației și confortul călătoriei. Acestea sunt:
– curbe le
– piese le speciale (macazuri, încrucișări)
– intersecțiilor nesemaforizate
– zonele unde calea de rulare prezintă denivelări și șerpuiri datorită uzurii
îndelungate (care necesită modernizări)
Necesitatea decelerărilor înaintea străbaterii acestor zone și apoi accelerarea în vederea
atingerii vitezei de croazieră determină creșterea consumului de energie electrică cu un
procent deloc neglijabil. În tabelul nr. 4.9 s -au prezentat rezultatele simulării deplasării unui
vehicul electric pe un traseu de 500m lungime, la mijlocul căruia (zona între 200 și 300m ) s-a
variat limita de viteză. Existența unei limite de viteză de 20km/h, uzual practicată în cazul
traversării unei piese speciale sau la străbaterea unei intersecții nesemaforizate, va crește
consumul de energie cu 32%. Cazul unei linii ce necesită moder nizare a cărui viteză pe
anumite tronsoane este limitată la 10km/h aduce o creștere a consumului de 41%.
Tabelul nr. 4. 9: Limitările de viteză și efectul lor asupra consumului de energie electrică
Limita de
viteza [km/h] Consum de
energie electrica
[kWh]
5 5,37
10 4,90
20 4,48
30 4,09
40 3,63
45 3,36
Fara limita 3,06
Este evidentă concluzia că în vederea obținerii unei sistem eficient din punct de vedere
energetic, limitările de viteză trebuiesc eliminate. Reduce rea numărului de macazuri sau
poziționarea stațiilor de debarcare/îmbarcare în apropierea acestora, circulația în zone proprii,
culoare dedicat e transportului public de călători, modernizarea căiilor de rulare și a
instalațiilor aferente sunt câteva mijloa ce care pot aduce economii substanțiale ale consumului
de energie electrică necesar deplasării vehiculului.
4.3.7. Poziționarea depourilor
Poziția depourilor poate avea o influență importantă asupra consumului de energie
electrică, depinzând în mare parte de distanța de la acesta până la prima stație de
debarcare/îmbarcare călători. De cele mai multe ori, amplasarea depourilor este făcută pe
considerente logistice și spațiale, fără a lua în calcul eficiența energetică.
De regulă, distanța dintre depou și p rima stație est e, în medie, aproximativ 5km [55 ].
Un drum dus -întors însumează 10 km iar energia consumată pentru parcurgerea acestei
distanțe este una “pierdut ă”, fără beneficii economice. Pe liniile unde frecvența vehiculelor nu
este constantă ci variază în funcție de densitatea călătorilor și perioada orară, un vehicul poate
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
67
merge la depou de mai multe ori pe zi, cumulând un consum mare, inutil. O soluție pentru
aceste inconvenient ar fi construirea unor linii adiacente la capetele terminalele (bucle de
întoarcere) unde vehiculele electrice ar putea fi parcate pe durata timpului de staționare.
În figura nr. 4.11 este prezentată variația consumului de energie electrică în funcție de
distanța parcursă de la depou până la prima stație care variază de la 1km la 10km .
Figura nr. 4. 12: Consumul de energie electrică pentru parcurgerea distanței de la depou la linia
de transport
Studiile confirm ă că procentul dintre energia consumată parcurgând “kilometrii mor ți”
versus traseu l util este de 13%. Dacă depoul ar fi în apropierea liniei de transport, consumul
total de energie ar fi identic în condițiile în care s -ar crește frecvența de trecere cu 10% [55].
Se preferă poziționarea depourilor cât mai aproape de linie, de fapt cât m ai aproape de
o stație de debarcare/îmbarcare pasageri . Chiar dacă nu există momentan cerere în vederea
preluării unui număr sporit de călători pe distanța dintre depou și linia de transport (de
exemplu, în cazul depourilor așezate la marginea orașului), p relungirea acesteia până în
imediata apropiere a depoului poate genera o dezvoltare urbană ulterioară. De asemenea,
pentru o astfel de linie de transport se poate aplica metoda de “stație -stop la cerere”, pentru a
evita consumul datorat opririlor inutile î n stații fără călători.
4.3.8. Eficientizarea energiei consumate pentru servicii auxiliare
În afara circuitului principal de tracțiune, la bordul unui VE mai sunt necesare circuite
și instalații auxiliare pentru îndeplinirea anumitor funcții indispensabile călătoriei: iluminatul,
ventilația, încălzirea și aerul condiționat, alimentarea circuitelor de comandă, alimentarea
bateriei de acumulatoare și a frânei electromagnetice, ș.a.
Pentru atragerea unui număr cât mai mare de călători către rețeaua de transpor t public
urban, autoritățile de transport trebuie să ofere atât călătorii rapide cât și confortabile.
Sistemele de încălzire, ventilație și aer condiționat (HVAC) nu mai sunt doar o opțiune ci au
devenit o necesitate. Figura nr. 4.12 arată proporția consu mului de energie pentru funcțiile ce
asigură confortul călătoriei, pentru temperaturi ale mediului exterior foarte mici ( -20 șC) sau
foarte mari (+40 °C). Pentru temperaturii cuprinse între cele două valori, energia necesară
pentru încălzire și aer condiți onat scade proporțional, fiind aproape de zero pentru intervalul
12 – 20 °C [4, 55 ].
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
68
Poziționarea geografică și clima influențează consumul de energie al funcțiilor ce
asigură confortul călătoriei. Costurile de operare ale unui VE sunt mai mici într -un ora ș sudic,
cu o climă temperată și zile lungi decât într -unul nordic.
Mai multe măsuri se pot lua în vederea diminuării acestui consum, cel mai important
fiind implementarea unui sistem automat de reglare a funcționării încălzirii/aerului
condiționat în fun cție de parametrii mediului ambiant. Este necesară ajustarea în timp real a
temperaturii interioare în funcție de oscilațiile temperaturii exterioare și nu pe baza unor
intervale constante, specifice unui anotimp sau a unui moment al zilei. Sistemul trebu ie să
poată regla diferit și independent temperatura în cabina conducătorului de vehicul și în
habitaclul pasagerilor.
Figura nr. 4. 13: Proporția consumului de energie electrică a serviciilor auxiliare
Reîn noirea aeru lui respirat în interiorul cabinei trebuie să se facă pe baza unor date
măsurate în timp real și nu permanent sau după bunul plac al conducătorului de vehicul. Un
sistem automatizat poate , de asemenea , să măsoare parametrii de calitate ai aerului respirat, să
evalueze situația în funcție de numărul de călători transportați și să comande deschiderea sau
închiderea gurii de ventilație. Performanțele instalației de aer condiționat trebuie să fie
definite în funcție de schimbă rile de temperatură datorate re înnoirii aerului și deschiderii
frecvente a ușilor în vederea debarcării/îmbarcării pasagerilor. De asemenea, fluxul de aer
trebuie distribuit în așa măsură astfel încât să nu fie afectat de acestea.
Pentru serviciile de iluminat în interiorul vehiculului , în vederea sporirii eficienței
energetice se recomandă utilizarea becurilor economice sau cu LED (light -emitting diode
însemnând diodă emițătoare de lumină) . Pentru comanda aprinderii/stingerii precum și pentru
reglarea intensității luminoase se folosesc se nzori de lumină.
Pentru reducerea majoră a consumului de energie electrică pentru serviciile auxiliare
este necesară minimizarea timpului de utilizarea a acestora fără a afecta însă calitatea
călătoriei. Opririle la intersecțiile semaforizate cresc inutil consumul de energie atât datorită
efortului depus pentru punerea în mișcare a vehiculului cât și datorită creșterii timpului de
folosire a serviciilor auxiliare. Astfel, sistemele de undă verde, ce acordă prioritate la accesul
în intersecțiile semaforizate au dublu avantaj: reduc timpul de călătorie și consumul de
energie necesară atât tracțiunii cât și serviciilor auxiliare. Însă, d in punct de vedere energetic
este mai eficient să oprești un vehicul de puține ori pentru o perioadă mai lungă de timp decât
de multe ori pentru perioade mai scurte.
Consumul de energie crește proporțional cu timpul de oprire în stațiile de
debarcare/îmbarcare. Pentru diminuarea acestuia, afișarea orarului de călătorie în toate staț iile
și pe internet duce la educarea publicului călător, a cesta având posibilitatea de a -și estima
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
69
timpul necesar pentru a parcurge traseul ales fără să mai creeze aglomerație în staț ii. De
asemenea, utilizarea tramvaielor cu podea coborâtă micșorează timpul necesar
debarcării/îmbarcării pasagerilor. Ce a mai însemnată metodă de eficientizare a consumului de
energie pentru serviciile auxiliare este utilizarea pentru alimentarea acestora a energiei
recuperate din procesul de frânare electrică. Energia poate fi stocată în baterii de
acumulatoare și de acolo redirecționată spre circuitele active.
4.4. SOLUȚII PENTRU MOD ERNIZAREA SISTEMULUI DE ALIMENTARE CU
ENERGIE ELECTRICĂ
4.4.1. Frânarea recuperativă și dispozitivele de stocare a energiei electrice
Așa cum s -a prezentat în subcapitolul 2.2.4, frânare elect rică se bazează pe principiul
funcționării inverse a motorului de tracțiune, ca generator electric. Astfel, motoarele electrice
primesc la arbore energie mecanică pe care o transformă la borne în energie electrică.
Frânarea electrică este de două tipuri:
– reostatică, atunci când la bornele motorului electric se conectează rezistențe de
frânare și variația de energie cinetică este transformată în căldură;
– cu recuperare de energie, atunci când se transferă energia electrică produsă de
motorul de tracțiune ce f uncționează în regim de generator, altor consumatori.
Energia recuperată în procesul de frânare poate fi utilizată:
1. În cadrul vehiculului ce o produce, pentru:
– învingerea rezistențelor la înaintare
– alimentarea serviciilor auxiliare ale vehiculului (HVAC – încălzire, ventilație, aer
condiționat, circuite de control, iluminat etc.)
– compensarea pierderilor de putere din sistemul de transmisie
2. În afara vehiculului care o produce, pentru:
– alimentarea altor vehicule, prin intermediul liniei de contact și în anumi te cazuri
prin substațiile de tracțiune
– întoarcerea energiei în Sistemul Energetic Național, prin intermediul liniei de
contact și a substațiilor de tracțiune reversibile
– alte echipamente electrice și electronice ce servesc sistemului de transport:
macazur i, încălzitoare, ungătoare, separatoare de nămol etc.
Transferul energiei recuperate către alt vehicul este limitat de:
– rezistența liniei de contact dintre VE -ul care frânează și cel ce primește energia
– tensiunea maximă admisibilă pe linia de contact
– tensi unea pe bara substației de tracțiune
Pentru îmbunătățirea acestui transfer, se pot lua următoarele măsuri:
a). Reducerea rezistenței sistemului de alimentare
b). Implementarea sistemului de ali mentare bi direcțional
c). Dotarea substațiilor de tracțiune cu redresoare comandate (cu tiristoare)
Dacă linia de contact este receptivă, adică tensiunea U LC este sub valoarea nominală,
energia recuperată poate fi preluată direct și folosită de VE -uri car e circulă în acee ași secțiune
alimentată (figura nr. 4.13) sau de alte VE -uri, din secțiuni diferite, prin intermediul liniei de
contact, cablurilor de curent continuu (obl igatoriu dotate cu protecție bi direcțională) și
substația de tracțiune, așa cum este prezentat în figura nr. 4.14. Energia recuperată din
procesul de frânare are prioritate față de cea furnizată de substația de tracțiune.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
70
Cazul cel mai simplu și eficient, fără pierderi de conversie și transmisie, este cel expus
în figura nr. 4.13. Însă, în transportul public urban probabilitat ea să existe două VE -uri pe
aceeași secțiune, din care unul să frâneze (să genereze energie) și celălalt să accelereze (să
consume energie) este destul de mică. Recomandată este configurația din figura nr. 4.14 care
face posibilă utilizarea unui procent foarte mare de energie rec uperată, însă cu pierderi
substanțiale datorită căderilor de tensiune în linia de contact și în cablurile de alimentare.
Figura nr. 4. 14: Transferul energiei electrice recuperate în cadrul aceleiași secțiuni
Figura nr. 4. 15: Transferul energiei electrice recuperate prin intermediul substației de tracțiune
Dacă nu există un alt consumator care să preia energie recuperată, aceasta poate fi:
– disipată pe rezistorii de frânare
– transferat ă în Sistemul Energetic Național cu ajutorul substațiilor de tracțiune
reversibile
– stocată pentru uz ulterior în dispozitive speciale, fixe sau mobile
Dispozitivele de stocare a energiei electrice oferă două avantaje majore sistemelor de
transport electrif icate: permit utilizarea ulterioară a energiei, rezultând reducerea energiei
absorbite din SEN și micșorează vârfurile de consum. Din punct de vedere al consumului de
energie electrică, transportul public urban este un consumator neuniform, caracterizat de
vârfuri mari și dese (necesare pentru accelerare). Dispozitivele de stocare diminuează
vârfurile de consum permițând fie mărirea capacității rețelei de transport fără a implementa
alte măsuri sau fie diminuarea dimensiunilor elementelor componente.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
71
În tra nsportul public urban, dispozitivele de stocare a energiei recuperate din frânare
pot fi amplasate:
– la bordul vehiculului ce frânează (figura nr. 4.15)
– în interiorul substației de tracțiune electrică
– în apropierea căii de rulare (figura nr. 4.16)
Figura nr. 4. 16: Amplasare dispozitivelor de stocare a energiei recuperate la bordul vehiculului
Utilizarea dispozitivelor de stocare la bordul vehiculului permit vehiculului să
utilizeze energie recuperată din procesul de frâna re în cadrul procesului de accelerare.
Figura nr. 4. 17: Fluxul de energie pentru un dispozitiv de stocare a energiei recuperate ,
amplasat în apropierea căii de rulare
Dispozitivele de stocare recomandate de cercetător i și utilizate pentru această aplicație
sunt: acumulatoare reîncărcabile cu elemente galvanice, baterii de supercondensatori, volanți
sau sisteme magnetice de stocare a energiei (SMES) [74, 75 , 76]. Economia de energie
realiza tă folosind aceste dispozitiv e depinde de un număr variat de factori: numărul de
accelerări și decelerări și frecvența acestora, caracteristicile traseului (în special declivitatea)
și ale vehiculelor, frecvența de succedare, stilul de condus al vatmanului (conducătorului de
vehicul) etc.
Tabelul nr. 4. 10: Dispozitive de stocare a energiei electrice în transportul public urban
Dispozitiv de stocare Energie
specifică
[Wh/kg] Putere
specifică
[W/kg] Număr de cicluri de
încărcare –
descărcare
Baterii P b 35-50 100-150 500-1000
Baterii Ni -Cd 40-60 80-150 800
Baterii Ni -Mh 70-95 200-350 750-1200
Baterii Ni -Fe 50-60 80-150 1500 -2000
Supercondensatori 1-2,5 200-2000 500000
Volanți 6 300-500 350000
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
72
În tabelul nr. 4.10 este prezentată o comparație între dispozitivelor de stocare a
energiei electrice utilizate până acum în transportul public urban [77].
Pentru a determina care este cea mai potrivită soluție pentru implementarea
dispozitivelor de stocare a energiei recuperate se iau în considerare următori i parametri :
– nivelul și felul tensiunii de alimentare
– caracteristicile sistemului de alimentare: substații de tracțiune, cabluri de
alimentare și linii de contact
– topologia traseului
– caracterisiticile vehiculelor
– posibilitatea implementării unor strategii de conducere economică a
vehiculelor
– costurile de investiții și mentenanță, durata de viață și fiabilitatea
În figura nr. 4.17 sunt prezentate graficele puterilor electrice în cazul unui ciclu de
funcționare a unui tramvai. Acesta accelerează până la 60km/ h, menține această viteză circa
10s și folosește mersul din inerție 18s și apoi frânează pentru oprirea în stație . Se folosește un
dispozitiv de stocare a energiei ele ctrice la bordul vehiculului [ 78].
Figura nr. 4. 18: Ciclu de funcționare a unui dispozitiv de stocare a energiei
Folosind un dispozitiv de stocare a energie la bordul tramvaiului City Class din
Blackpool, Anglia, s -a obținut o reducere a consumului de energie electrică de 0,337kWh/km .
Pe un traseu total d e 280km, s -a realizat o economie de 95kWh [ 78].
Până acum, în transportul public urban, s -au realizat multiple cerc etări pentru
dovedirea eficienței acestor dispozitive și evaluarea aspectelor economice. Predomina nt, se
estimează o reducere cu maxim 30% a consumului de energie și cu maxim 50% a vârfurilor
de consum [79, 80 , 81]. Însă, prețul de investiție ridicat, caracterul neregulat al ciclurilor de
încărcare -descărcare și durata de viață redusă fac ca aceste soluții să nu fie implementate pe
scară largă.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
73
4.4.2. Substații de tracțiune reversibile
Elementele de bază din STE de c.c. sunt grupurile de conversie c.a – c.c.. În decursul
timpului, acestea au evoluat semnificativ în ceea ce privește eficiența, randamentul,
întreținerea, și fiabilitate. De acee a, modernizarea substațiilor vechi aduce o economie
importantă de resurse umane și materiale. O altă metodă de reducere a consumului ar fi
ultilizarea curentului alternativ în loc de continuu și/sau o tensiune mai mare. Însă, în
transportul public urban, r egulile privind securitatea și siguranța sistemului, interferențele și
incompatibilitățile electromagnetice ar fi un impiediment. Pentru rețelele de transport ce
folosesc nivelul de tensiune de 600V se recomandă studierea posibilității implementării unui
sistem de 750V. Ar trebui efectuată o analiză între costurile generate de schimbarea nivelului
de tensiune și economia de energie preconizată.
În prezent, toate STE de c.c. sunt alimentate din SEN și sunt prevăzute cu grupuri
transformatoare – redresoare s tatice cu diode pentru conversia c.a – c.c. la parametrii necesari
tracțiunii. Opțional, se pot realiza și STE reversibile, cu grupuri transformator – invertor
tiristorizat, pentru întoarcerea în SEN a energiei generate de procesul de frânare electrică
recuperativă. În regimul de frânare electrică recuperativă al VE alimentate prin LC de la STE
de c.c., atâta timp cât LC poate absorbi energia de frânare, tensiunea crescândă din LC
determină descărcarea redresorului necomandat din STE. Din momentul în care t ensiunea
continuă din LC depășește valoarea tensiunii de mers în gol a redresorului din STE, acesta se
blochează, iar invertorul tiristorizat preia curentul de sarcină, transferând energia de frânare
din rețeaua de c.c. în cea de c.a. trifazat.
Substații de tracțiune reversibile de tip modular sunt produse de importante companii
din domeniu, precum Siemens, Alstom și ABB și testate în diferite orașe din Europa [82, 83 ,
84].
În figura nr. 4.18 este prezentată schema de principiu a unei substații de tracțiun e
reversibilă și este evidențiat fluxul energiei în procesul de tracțiune (roșu) și frânare elecrică
recuperativă (albastru).
Figura nr. 4. 19: Schema de principiu a unei substații de tracțiune reversibilă
Avatajele ad use de implementarea substațiilor de tracțiune reversibile sunt:
– recuperarea a 99% din energia regenerată de procesul de frânare elecrică
– renunțarea la rezistoarele de frânare de pe vehicul
– reducerea armonicilor și îmbunătățirea factorului de putere pe par tea de curent
alternativ
– adaptarea facilă a echipamentelor nou introduse la configurația existentă, nefiind
necesare modificări ale infrastructurii
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
74
Sistemul Energetic Național trebuie să fie pregătit să accepte energie recuperată atât
din punct de vedere t ehnic cât și din punct de vedere financiar. O convenție este necesară între
cele două părți, care să prevadă caractersiticile minime și maxime ale energiei întoarsă în SEN
dar și a metodelor de compensare a plăților.
4.4.3. Linii de contact și cabluri de curent continuu
Pierderile de energie din cablurile de alimentare, liniile de contact și circuitul de retur
(șine, fir de contact) sunt proporționate cu rezistența electrică specifică a fiecăruia și cu
pătratul curentului ce le parcurge. Calculul acestora a fost detaliat în capitolul 3 al prezentului
document. Chiar dacă aceste pierderi nu influențează într -o mare măsură consumul de energie
total, este important să păstrăm rezistențele mici și, implicit, căderile de tensiune.
Liniile de contact sunt compone nte pasive, ele transferă energia electrică de la
substația de tracțiune la vehicule. Însă, au un rol important pentru asigurarea u nei bune
frecvenței de circulaț ie a VE -urilor și a vitezei maxime, fiind necesară limitarea căderii de
tensiune pe acestea. D e asemenea, funcționarea corectă a echipamentelor și serviciilor
auxiliare (instalate la bordul vehiculului și alimentare de la LC) este condiționată de nivelul
minim al tensiunii de alimentare din linia de contact. Căderea de tensiune pe LC limitează și
distanțele între punctele de injecție și între substații. Rezultă că modernizarea și menținerea
liniilor de contact într -o stare bună tehnică, fără uzuri însemnate reduc pierderile de energie,
reducând astfel consumul de energie . Tensionarea automată a fire lor de contact pentru
compensarea dilatației datorate variați ilor de temperatură îmbunătățește contactul pantograf –
fir de contact și crește calitatea captării curentului.
Pierderile datorate acestui aspect se pot diminuna prin:
– creșterea nivelului tensiu nii la bornele substației ;
– schimbarea tipului curentului din continuu în alternativ ;
– micșorarea rezistenței electrice specifice ;
– utilizarea dispozitivelor de stocare a energiei electrice recuperate din procesul de
frânare la bordul vehiculului ;
– realizare a unui contact pantograf – fir de contact cât mai lin;
– înlocuirea cablurilor vechi cu altele noi, cu conductibilitate crescută (cu miez de
Cu);
În anul 2009, în rețeaua de transport electrică din Cluj, Regia de Transport a redus
pierderi le de energie și a diminuat consumul de energie electrică luând următoarele măsuri
[85]:
– decuplarea tr ansformatoarelor de alimentare în timpul nopț ii (orele 23. 30-orele
04.30);
– reîmpărțirea liniei de contact astfel încât injecția să fie câ t mai aproape de
mijlocul sectorului ;
– montarea uno r fire de contact suplimentare î n zonele foarte solicitate ;
– montarea de legături echipotențiale î ntre liniile de contact de pe cele 2 sensuri de
mers;
– montarea unor noi cabluri de injecție în scopul reducerii pierderilor î n linia de
contact ;
– trecerea tr eptată de la firul de contact cu secț iunea de 80mmp la 100 mmp;
Măsurile luate pentru reducerea consumului de energie electrică au avut rezultate
concrete: în anul 2009, consumul de energie electrica în RATUC a fost cu 8,5% mai mic
decât în 2008 (cu 1325 MWh mai mic), în condițiile în care circulația generală s -a intensificat
(traseele de troleibuze traversează centrul orașului) [85].
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
75
4.5. TEHNICI DE MANA GEMENT AL SISTEMULUI DE TRANSPORT ȘI DE
CONDUCERE A VEHICULU LUI
4.5.1. Tehnici de conducer e eficientă a vehiculelor electrice
Conducerea eficientă din punct de vedere energetic a unui vehicul de transport public
este indubitabil una din cele mai semnificative măsuri ce se poate lua în vederea diminuării
consumului de energie electrică necesar t racțiunii. Fie că este vorba de instruirea
conducătorilor în vederea manevrării corespunzătoare a vehiculelor sau utilizarea unor
sisteme inteligente de transport, de managament al traficului sau de informare în timp real
despre viteza de circulație recoma ndată, aceste măsuri aduc economii evaluate între 10 și 50%
[86, 87 , 88].
Regia Autonomă de Transport din Cluj instruiește conducătorii de vehicule în acest
sens. În cadrul școlii personalului se explică importanț a conducerii preventive și economiile
de en ergie care se po t face prin evitarea opririlor și acceleră rilor dese ș i nejustificate. Alte
prevederi pentru instruirea conducătorului, menționate în [85] sunt:
– folosirea rațională a instalației de încălzire din mijloacele de transport, mari
consumatoare d e energie pe timp de iarna;
– evitarea funcționării în gol a echipamentului auxiliar (de exemplu , a
compresoarelor în timpul staționă rii la cap de linie);
– păstrarea unui interval între vehicule astfel încât să nu se aglomereze anumite
zone și să se suprasol icite linia de contact (în special în zone centrale unde se
intersectează mai multe trasee de vehicule);
– în cazul în care într -o stație sau într -un punct de oprire forțată se află mai multe
vehicule , plecarea din stație se face la un interval de 20 -30s, pentru a nu
suprasolicita linia.
Regia Autonom ă de Transport București, în instrucțiunea 0901 ce descrie atribuțiile și
sarcinile conducătorului de tramvai, definește noțiunea de conducere economică pentru
fiecare tip de vehicul aflat în exploatare . De exemp lu, pentru tramvaiul V3A, se recomandă
respectarea anumitor reguli [66 ]:
– la pornire, să nu se bruscheze maneta controlerului ci se va face trecerea prin toate
contactele de mers;
– să nu treacă de la conec tarea motoarelor în serie la cea în paralel în curbe,
intersecții, piese speciale;
– reducerea vitezei să se facă cu ajutorul frânei reostatice (pe modele unde nu există
posibilitatea recuperării de energie); frânarea electrică să se facă gradat, trecând
prin fiecare contact de f rână, cu o staționare de 1 -2s pe fiecare poziție ;
– evitarea pornirii și opririi în/din pantă
– utilizarea mersului lansat pe distanțe cât mai mari
Din punct de vedere energetic, călătoria cea mai eficientă între două stații este cea
realizată la viteză mică, fără opriri suplimentare. La e laborarea orarelor de circulație,
Autoritățile de Transport iau în considerare caracteristicile fluxului de pasageri și aplică
metode de eficientizare a costurilor, fără a ține cont de criterii de eficientizare energetică .
Însă, pentru asigurarea punctuali tății VE -urilor de transport public, în graficele de circulație se
includ anumite perioade de timp tampon. Acestea se adaugă la timpul minim de circulație
calculat pentru recuperarea întârzierilor neprevăzute de pe traseu și pentru a nu prejudicia
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
76
punctual itatea VE -ului. Studiile relevă faptul că pasagerii acordă o importanță mai mare
punctualității mijlocului de transport decât reducerii timpului de călătorie [81].
Atât timp cât VE -ul nu este în întârziere, în perioada de timp tampon se poate folosi
mersu l lansat, din inerție. Astfel, se produc economii însemnate de energie electrică necesară
tracțiunii. Însă, fără un sistem de ghidare și control a conduitei conducătorului de vehicul,
acesta este suveran pe ruta parcursă, conducerea economică și mersul di n inerție fiind la
latitudinea acestuia.
Soluția este implementarea unor sisteme pentru asistarea conducătorului de vehicul,
informarea lui asupra vitezei recomandate de circulație și asupra condițiilor de trafic. Aceste
sisteme semnalizează posibilitatea mersului din inerție și calculează punctul de unde se poate
iniția acesta. De asemenea, este indicat punctul de unde este necesară începerii frânării
electrice folosind o decelerație medie, pentru a nu crea neplăceri călătorilor
Sistemele inteligente de tr ansport constituie cadrul suport pentru astfel de sisteme,
tehnologia folosită permițând acumularea informațiilor și prelucrarea lor în timp real.
Procesul de optimizare se execută în mod continuu. Localizarea VE -urilor se face cu ajutorul
sistemului GPS, existând implementate deja sisteme de localizare automată AVL (Automatic
Vehicle Location). Comunicația cu diferite entități de la care sunt necesare informații se poate
realiza folosind diferite tehnologii de comunicații fără fir: GSM, GPRS, EDGE, 3G, WiM ax
sau DSRC.
Pentru a vedea beneficiile obținute prin aplicarea unor sisteme de asistare a
conducătorului vehiculului, se prezintă în continuare două simulări realizate cu software -ul
ISOTEC. În figura nr. 4.19 este prezentat graficul vitezei în funcție de timp și distanță pentru
o cursă de 500m în care mersul din inerție nu este aplicat. La fie care 500m se consideră un
timp tampon de 5s. Deoarece vehiculul se înscrie în graficul de circulație, acesta timp trebuie
recuperat prin staționarea suplimentară î n stație. Timpul total de călătorie fără a lua în
considerare timpul de debarcare/îmbarcare pasageri este de 54s (timpul efectiv este de 49s),
iar consumul de energie aferent acestui profil de viteză 3,12kWh.
Figura nr. 4. 20: Graficul vitezei în funcție de distanța și timp fără sistem de asistare a
conducătorului vehiculului
Pentru eficientizarea acestei curse și pentru eliminarea timpului tampon, se recomandă
profilul de viteză din figura nr. 4.20. Viteza maximă recom andată este de 45km/h iar de la
poziția 0+200m se utilizează mersul din inerție. Astfel, timpul efectiv de călătorie este egal cu
cel total adică 54s iar consumul de energie scade cu 24%, fiind de 2,37kWh.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
77
Figura nr. 4. 21: Graficul vitezei în funcție de distanța și timp folosind sistem de asistare a
conducătorului vehiculului
Până în prezent, astfel de soluții au fost implementate și ut ilizate cu succes în sistemul
de transport auto și feroviar [89, 90], aducând contrib uții însemnate la economisirea energiei
electrice sau a consumului de combustibil . În vederea demonstrării eficacității și în transportul
public urban , Autoritatea de transport din orașul Dresda, Germania testează un sistem de
informare instalat la bordul unui tramvai [91, 92].
4.5.2. Sisteme de management al traficului și transportului public
Sistemele avansate de management ale trafi cului (ATMS) și transportului public urban
(PTMS) sunt acum deja prezente în mai multe metropole din lume, prin introducerea acestora
municipalitățile respectivelor orașe reușind realizarea câtorva deziderate [93]:
– Fluidizarea traficului rutier (în proporție de 10 -20%) prin management adaptiv la
cererea de trafic ;
– Reducerea congestiilor și blocajelor ;
– Avertizarea automată a inc identelor;
– Prioritizarea mijloacelor de transport public și vehiculelor de intervenție la
semafoare ;
– Reducerea poluării și a consumurilor de combustibil ;
– Reducerea timpilor de tranzitare a zonelor rețelei st radale controlate de sistem ;
ATMS și PTMS utiliz ează tehnologii GIS pentru localizare și orientare pe hărți
digitale, tehnici multimedia pentru prezentarea directă a condițiilor de trafic și comunicații
wireless pentru monitorizarea traficului [95, 96].
AMTS efectuează următoarele operații :
– Integrează i nformații transmise online de sisteme de achiziții, parametri de trafic
de la camere web și detectori de trafic (senzori PIR) instalați în zona monitorizată;
– Integrează sisteme complementare de informare;
– Consolidează și prelucrează informațiile pe servere de date;
– Oferă prin internet servicii complexe de informare, monitorizare și control;
– Servicii de monitorizare a traficului pentru Poliție și autorități competente în
organizarea, administrarea și optimizarea traficului rutier urban;
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
78
– Servicii de informare online pe harta digitală, destinate participanților la trafic.
Sistemul PTMS oferă:
– Monitorizarea în timp real a poziției mijloacelor de transport, cu ajutorul
sistemului GPS și a comunicațiilor wireless;
– Transmiterea și recepționarea mesajelor text de la dispecerat către mijloacele de
transport;
– Informarea călătorilor în stațiile de autobuz prin predicția orelor de sosire a
vehiculelor în fiecare stație și afișarea lor în panouri de informații;
– Furnizarea unor informații din trafic sau de interes general, cum ar fi anunțuri
explicite de întârzieri, alerte, data/timpul curent sau temperatura ambiantă;
– Monitorizarea fluxului de pasageri
– Monitorizare și analiză, în timp real și istoric, a circulației vehiculelor, cu ajuto rul
hărților vectoriale și a unor grid uri de date;
– Analiza pentru evaluarea încadrării vehiculelor de transport în orarul de circulație
și în ruta prestabilită și evaluarea utilizării re surselor (vehicule, combustibil etc);
– Aplicații utilitare pentru digitizarea traseelor și pentru generarea a utomată a
graficelor de circulație.
Acest sistem folosește serviciile pentru localizarea automată a vehiculelor și datele
referitoare la graficul de deplasare al acestora, pentru a optimiza exploatarea acestora. Datele
referitoare la poziția vehiculelor pe ntru transportul călătorilor sunt furnizate cu precizie de
dispozitivele GPS, montate pe acestea. De asemenea, în computerele de la bordul vehiculelor,
sunt stocate informații referitoare la graficul de deplasare al acestora. Conducătorul
vehiculului are p ermanent la dispoziție informații referitoare la aderența la graficul de
deplasare și schimbă informații în timp real cu dispeceratul prin intermediul unui terminal
mobil , în special atunci când intervin modificări ale condițiilor de trafic.
Regularizarea frecvenței VE -urilor este necesară pentru asigurarea punctualității
serviciului de transport dar și pentru evitarea suprasolicitării sistemului de alimentare datorită
accelerării mai multor vehicule în același timp. Frecvența de circulație, timpul necesar
deplasării de la un punct la altul și confortul călătoriei sunt factori importanti ce definesc
calitatea serviciului de transport public.
În cadrul PTMS se poate poate efectua în timp real o analiză a cererii de transport
pentru a găsi formula optimă a fre cvenței de circulație și a capacității de transport. Pentru a
economosi energie electrică, este necesară eficientizarea procesului de transport și reducerea
timpului de funcționare a VE -urilor la minim, în special în afara orelor de vârf.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
79
4.6. CONCLUZII ȘI CON TRIBUȚII PERSONALE
Consumul total de energie al unui sistem de transport electric are trei componente
(procentele sunt corespunzătoare unor condiții de exploatare normale și sunt preluate din
studiul MALTESE [1]):
– Consum ul vehicululu i, însumând 45, 7% din consumul total,
– Consumul infrastructurii, reprezentând 48, 9% din consumul total,
– Pierderile datorate transmisie prin cabluri și fire care reprezintă numai 5, 4% din
consumul total.
În cadrul acestui capitol s -au descris o parte din soluțiile existente , propus e în cadrul
literaturii de specialitate , pentru îmbunătățirea eficienței energetice și reducerea consumului
de energie necesar deplasării veh iculului. S-au urmărit trei axe de cercetare ce fac referire la
două din cele trei componen te ale consumului total, respectiv consumul vehiculului și
pierderile datorate transmisie prin cabluri și fire. Aceste axe sunt:
1. Îmbunătățirea caracteristicilor vehiculelor și a traseului (calea de rulare) , cu
referire la:
– Reducerea greutății vehiculului e lectric;
– Forma aerodinamică și fricțiunea;
– Rezistența la înaintare datorată declivităților și curbelor
– Stațiile de debarcare/îmbarcare pasageri și interstațiile
– Intersecțiile semaforizate
– Limitările de viteză
– Poziționarea depourilor
– Eficientizarea energiei consumate pentru servicii auxiliare
2. Soluții pentru modernizarea sistemului de alimentare cu energie electrică , prin
menționarea aspectelor legate de:
– Frânarea recuperativă și dispozitivele de stocare a energiei electrice
– Substații de tracțiune reversibile
– Linii de contact și cabluri de curent continuu – pierderile datorate transmisie i
prin cabluri și fire
3. Tehnici de management al sistemului de transport și de conducere eficientă a
vehiculului
S-au propus măsuri pe care reprezentanții RAT sau proiectanții d e sisteme de transport
public le pot lua în scopul reducerii consumului de energie electrică . Cu ajutorul programului
de simulare ISOTEC, realizat de autor și descris în capitolul V, s -a determinat procentul cu
care aplicarea aces tor măsuri ar putea reduce consumul actual.
Din cele expuse în c adrul acestui capitol, subliniez în cele ce urmează cele mai
importante concluzii.
Consumul vehiculului este proporțional cu masa acestuia, care la rândul său este
proporțională cu capacitatea vehiculului. Consumul ve hiculului poate fi micșorat prin
folosirea unor vehicule de capacități diferite și implicit de gabarit diferit, corespunzătoare
cererii de transport la diferite momente de timp ale zilei. Avantajul acestei metode față de cea
a varierii frecvenței vehiculel or este că sporește satisfacția clientului în condițiile unui consum
comparabil al celor două metode.
Rezistența la înaintare datorată aerului depinde de mărimea, forma și lungimea
vehiculului electric și nu de greutate. Aceasta poate fi micșorată prin îmb unătățirea
aerodinamicii a vehiculului și prin minimizarea ariei frontale. Însă, reducerea ariei frontale
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
80
înseamnă și micșorarea numărului de pasageri transportați, lucru ce nu este dorit de
Autoritățiile de Transport și nici de companiile producătoare de material rulant care fac toate
deme rsurile în vederea creșterii acestui parametru. Forma vehiculului electric trebuie să fie
una continuă, fără unghiuri ascuțite în geometria suprafețelor și cu îngustări ale capului și
cozii în vederea eficientizării profi lului aerodinamic . Având în vedere că viteza în oraș este
limitată la 50 – 60 km/h, însemnătatea acestei rezistențe în proporția totală a rezistențelor la
înaintare nu este atât de mare.
Pentru a redu ce consumul de energie necesar î nvingerii reziste nțelor la înaintare
suplimentare se pot lua următoarele măsuri, încă din faza de proiectare a căii de rulare:
reducerea numărului curbelor de pe traseu sau cel puțin, mărirea razelor acestora și
introducerea curbelor de racordare progresivă înaintea curbelor cir culare sau chiar înlocuirea
completă cu acestea. Prezența unui sistem eficient de frânare recuperativă poate reduce
considerabil influența declivităților asupra consumului de energie electrică. Însă, este de
preferat reducerea valorii declivității unui seg ment de traseu din faza de proiectare, prin
lungirea acestuia.
Pentru un consum optim de energie electrică și o uzură redusă a instalație de frânare,
se va ține cont de amplasarea stațiilor de debarcare/îmbarcare pasageri la începutul sau
sfârșitul segmen tului de traseu aflat în declivitate, pentru a evita pornirea în rampă și/sau
oprirea în pantă. Reducerea rezistenței la mers în declivitate pentru liniile existente este
posibilă doar prin intervențe asupra traseului, în condițiile în care lucrările de mo dernizare se
justifică din punct de vedere economic în raport cu traficul existent.
Se recomandă optimizarea numărului de stații încă din faza de proiectare a organizării
circulației, luând în considerare studii și analize ale cererii modale precum și o es timare a
dezvoltărilor spațiale ulterioare în zona deservită. O metodă eficientă pentru a reduce numărul
de opriri/porniri ale vehiculului în stații fără a neglija nevoile pasagerilor este cea a opririi la
cerere. Această soluție poate fi una permanentă, p e toate liniile sau selectivă, doar pe cele mai
puțin aglomerate, pe toată durata zilei sau doar în momentele în care fluxul de pasageri este
redus (exclus pentru orele de vârf). Pentru funcționarea unui astfel de program este necesar un
sistem de inf ormar e a călătorilor eficient: panou ri de informare dinamice care să anunțe care
sunt stațiile unde se oprește la cerere dar și semnale acustice, utile atât pentru pasager cât și
pentru șofer.
Eliminarea opririlor inutile este un fapt absolut necesar într -un sistem de transport
public eficient din punct de vedere energetic și care ar conduce la economii importante de
energie electrică. Prioritizarea vehiculelor de transport public la trecerea prin intersecții
semaforizate folosind sisteme de localizare automată si de undă verde garantează reducerea
consumului de energie electrică. Această metodă este foarte eficientă în vederea sporirii
fiabilității serviciului de transport public, a punctualității vehiculelor și a timpului de călătorie
cu efecte asupra confortu lui pasagerului. Însă, pentru intersecțiile cu trafic aglomerat,
prioritizarea unui vehicul de transport public ce are o frecvență de trecere mare provoacă
ambuteiaje pe direcțiile perpendiculare traseului. De aceea, este obligatoriu ca alegerea
intersecți ior unde se poate aplica prioritizarea să fie bine documentată cu ajutorul studiilor de
trafic .
Se recomandă poziționarea stațiilor de debarcare/îmbarcare pasageri înaintea
intersecții lor semaforizate. Astfel, vehiculul poate pleca din stație când semaforu l indică o
culoare permisivă și nu va fi necesară o altă oprire. Dacă nu este posibilă amplasarea stației în
imediata apropiere a semaforului de intrare în intersecție, se recomandă ca aceasta să fie la
maxim 100m, înainte sau după o intersecție semaforiza tă.
Este evidentă concluzia că în vederea obținerii unei sistem eficient din punct de vedere
energetic, limitările de viteză trebuiesc eliminate. Reducerea numărului de macazuri sau
poziționarea stațiilor de debarcare/îmbarcare în apropierea acestora, circ ulația în zone proprii,
culoare d edicat e transportului public de călători, modernizarea căiilor de rulare și a
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
81
instalațiilor aferente sunt câteva mijloace care pot aduce economii substanțiale ale consumului
de energie electrică necesar deplasării vehiculul ui.
Se preferă poziționarea depourilor cât mai aproape de linie, de fapt cât mai aproape de
o stație de debarcare/îmbarcare pasageri . Chiar dacă nu există momentan cerere în vederea
preluării unui număr sporit de călători pe distanța dintre depou și linia de transport (de
exemplu, în cazul depourilor așezate la margin ea orașului), prelungirea stațiilor până în
imediata apropiere a depoului poate genera o dezvoltare urbană ulterioară. De asemenea,
pentru o astfel de linie de transport se poate aplica metoda de “stație -stop la cerere”, pentru a
evita consumul datorat opririlor inutile în stații fără călători.
Mai multe măsuri se pot lua în vederea diminuării consum de energie necesar
serviciilor auxiliare din vehicul, cel mai important fiind implementarea unui sistem automat
de reglare a funcționării încălzirii/aerului condiționat în funcție de parametrii mediului
ambiant. Este necesară ajustarea în timp real a temperaturii interioare în funcție de oscilațiile
temperaturii exterioare și nu pe baza unor interval e constante, specifice unui anotimp sau a
unui moment al zilei.
Dispozitivele de stocare a energiei electrice recuperate din procesul de frânare
electrică oferă două avantaje majore sistemelor de transport electrificate: permit utilizarea
ulterioară a ener giei, rezultând reducerea energiei absorbite din SEN și micșorează vârfurile
de consum. Prezența acestor dispozitive la bordul v ehiculului permit e utilizarea energie i
recuperate din procesul de frânare în cadrul procesului de accelerare. Economia de energi e
realiza tă folosind aceste dispozitive depinde de un număr variat de factori: numărul de
accelerări și decelerări și frecvența acestora, caracteristicile traseului (în special , declivitatea)
și ale vehiculelor, frecvența de succedare, stilul de condus al vatmanului (conducătorului de
vehicul) etc. Până acum, în transportul public urban, s -au realizat multiple cerc etări pentru
dovedirea eficienței acestor dispozitive și evaluarea aspectelor economice. Se estimează o
reducere cu maxim 30% a consumului de ene rgie și cu m axim 50% a vârfurilor de consum .
Însă, prețul de investiție ridicat, caracterul neregulat al ciclurilor de încărcare -descărcare și
durata de viață redusă fac ca aceste soluții să nu fie implementate pe scară largă.
Avantajele aduse de impleme ntarea substațiilor de tracțiune reversibile sunt:
recuperarea a 99% din energia regenerată de procesul de frânare elec trică, renunțarea la
rezistoarele de frânare de pe vehicul , reducerea armonicelor și îmbunătățirea factorului de
putere pe partea de cure nt alternativ . Acestea se adaptează facil la configurația existentă,
nefiind necesare modificări ale infrastructurii . Însă, Sistemul Energetic Național trebuie să fie
pregătit să accepte energie recuperată atât din punct de vedere tehnic cât și din punct d e
vedere financiar. O convenție este necesară între cele două părți, care să prevadă
caracter isticile minime și maxime ale energiei întoarsă în SEN dar și a metodelor de
compensare a plăților.
Energia pierdută în procesul de transmisie, de-a lungul firelo r și cablurilor de
alimentare și retur, este cea mai nesemnificativă componentă a consumului de energie total .
Ponderea sa în consumul total variază cu rezistența cab lului și cu pătratul curentului ce circulă
în rețea . Pierderile datorate aces tui aspect s e pot diminuna prin:
– creșterea nivelului tensiunii la bornele substației ;
– schimbarea tipului curentului din continuu în alternativ ;
– micșorarea rezistenței electrice specifice ;
– utilizarea dispozitivelor de stocare a energiei electrice recuperată din proces ul de
frânare la bordul vehiculului ;
– realizarea unui contact pantograf – fir de contact cât mai lin;
– înlocuirea cablurilor vechi cu altele noi, cu conductibilitate crescută (cu miez de
Cu);
Conducerea eficientă din punct de vedere energetic a unui vehicul de transport public
este indubitabil una din cele mai semnificative măsuri ce se poate lua în vederea diminuării
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
82
consumului de energie electrică necesar tracțiunii , cu costuri de implementare mici . Fie că
este vorba de instruirea conducătorilor în vederea manevrării corespunzătoare a vehiculelor
sau utilizarea unor sisteme inteligente de transport, de managament al traficului sau de
informare în timp real despre viteza de circulație recomandată, aceste măsuri aduc economii
evaluate între 10 și 50%.
În cadr ul centrelor de management al traficului și transportului public, se poate poate
efectua în timp real o analiză a cererii de transport și a condițiilor de trafic pentru a găsi
formula optimă a frecvenței de circulație și a capacități i de transport. Pentru a economi si
energie electrică, este necesară eficientizarea procesului de transport și reducerea timpului de
funcționare a VE -urilor la minim, în special în afara orelor de vârf.
Îmbunătă țirea sistemului de transport din punct de vedere al eficienței ener getice se
obține cu ori ce măsură luată în acest sens, î nsă performanțele maxime sunt atinse numai prin
aplicarea unei combinații a acestor metode, combinație ce are la baza o analiză pertinentă de
cost și eficiență.
O parte din aceste simulări au fost ver ificate cu ajutorul software -ului “SymPrzej”, în
cadrul Universității Tehnice din Varșovia, Polonia, cu ocazia efectuării unui stagiu de
pregătire. Acest softwar e este folosit de colectivul departamentului de Tracțiune Electrică al
universității poloneze p entru calculul consumului de energie electrică a sisteme lor de
transport urban, de suprafață sau subteran și feroviar.
Contribuții le personale aduse la întocmirea acestui capitol sunt:
– Realizarea unui studiu al principalelor soluțiile existente, propuse î n cadrul
literaturii de specialitate, pentru îmbunătățirea eficienței energetice, reducerea
consumului de energie necesar deplasării veh iculului și reducerea pierderilor de
transmisie prin fire și cabluri;
– Analiza din punct de vedere teoretic a soluțiilor existente și prezentarea
avantajelor și dezavantajelor implementării lor ;
– Simularea unui profilul de viteză simplificat și evaluarea consumului de energie
înainate și după aplicare soluțiilor prezentate .
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
83
CAPITOLUL 5 . SISTEM DE INFOR MARE ASUPRA VITEZEI DE
CIRCULAȚIE A VEHICUL ELOR DE TRANSPORT PU BLIC ÎN
VEDEREA OPTIMIZĂRII CONSUMULUI DE ENERGI E ELECTRICĂ
5.1. INTRODUCERE
Energia electrică este o funcție de două variabile: puterea consumată și timpul în care
se realizează consumul. Put erea depinde de tensiunea rețelei și de curentul ce circulă prin
circuit, tensiune a variază în funcție de distanță (relativă la punctul de injecție) i ar curentul în
funcție de viteza de circulație. Ceea ce înseamnă că, în final, energia electrică consumată de
un vehicul electric în vederea deplasării depinde de profilul de viteză și de configurația
sistemului de alimentare. Ultimul factor este greu de modificat, orice intervenție asupra
acestuia implicând costuri de investiție mari. Astfel, reducerea consum ului de energie
electrică se poate face prin modelarea profilului de viteză.
În sistemele de transport feroviar au fost dezvoltate sisteme de asistare/ informare a
conducătorului de tren (DAS) [97, 98 ]. Aceste sisteme au fost implementate inițial pentru ca
vehicul să respecte graficul de circulație, astfel încât să nu ajungă mai deveme sau mai târziu
în stațiile de debarcare/îmbarcare călători . Conducătorul trenului era informat cu privire la
viteza recomandată de circulație. Odată cu dezvoltarea domeniulu i comunicațiilor și a
resurselor informaționale, sistemele au evoluat putând procesa informații despre traseu și
anulând opririle inutile în fața semnalelor prin controlul vitezei și reducând consumul de
energie electrică [99, 100] .
Funcționarea vehiculele de transport public urban este influențată de prezența
intersecțiilor semaforizate. Semafoarele sunt controlate local, de la nivelul automatului de
trafic și nu de la un post central de comandă, așa cum este în sistemul feroviar . Ținând cont și
de frecvența ridicată de trecere a VE -urilor și de traficul aglomerat determinat de
autoturismele private, implementarea aceluiași principiu nu este posibil. În vederea evitării
opririi la culoarea roșie a semaforului, s -au implementat sisteme le de Und ă Verde care,
detectând din timp apropierea VE -ului, prioritizezază trecerea acestuia prin intersecție. Însă,
aceste sist eme sunt fezabile în rețele mici, nou construite. Pentru marile metropole, în orele de
vârf, acestea au creat ambuteiaje, dato rită frecvenței sporite de circulație.
În acest capitol se prezintă o soluție pentru evitarea opririi inutile înaintea intersecțiilor
semaforizate și pentru optimizarea consumului de energie al vehiculelor de transport public
urban de suprafață, prin model area în timp real a vitezei de circulație. Sistemul inteligent de
transport ISOTEC (Sistem de Informare pentru Optimizarea Consumului de Energie a
Tramvaielor/Troleibuzelor) [101, 102] calculează profilul de viteză al vehiculului, pe baza
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
84
informațiilor pri mite de la echipamentele de pe marginea drumului, automatele de trafic,
Sistemul de Management al Traficului ( TMS ) sau de la Sistemul de Management al
Transportului Public ( PTMS). ISOTEC generează deplasări fluide, fără opriri inutile la
intersecții semafo rizate sau înaintea stațiilor de debarcare/îmbarcare pasageri, atunci când
acestea sunt ocupate de alte vehicule. Soluția propusă prezintă elemente de noutate privind
modelarea vitezei unui vehicul d e transport public în timp real, cu ajutorul tehnicii
computerizate de calcul.
Sistemele inteligente de transport și sisteme le avansate de asistare a conducătorilor de
vehicule pot îmbunătăți semnificativ performanțele sistemului de transport. Astfel de aplicații
sunt deja puse în practică pentru sistemul ferovi ar și pentru autoturismele mici [103, 104 ].
Acestea oferă informații de stare sau de avertizare despre traseu, climă, depășiri ale vitezei
legale, parcări etc. Sistemul ISOTEC este construit pe baza principiilor sistemelor inteligente
de transport, integrâ ndu-se ușor în structura sistemului existent.
Pentru explicitarea funcționării sistemului ISOTEC, se prezintă în cele ce urmează
arhitectura funcțională (nevoile utilizatorilor, diagrama contextuală, domeniile funcționale,
funcțiile sistemului, fluxuril e de date și schema de principiu) și cea fizică. Scopul definirii și
dezvolt ării unei arhitecturi pentru sistem cuprinde două obiective generice : facilitarea
înțelegerii atât a prob lemei, cât și a soluțiilor sale și furnizarea unei proceduri optimizate de
proiectare și dezvoltare .
În ultima parte a capitolului este descris software -ul acestui sistem și modelarea
matematică ce stă la baza generării profilului de viteză. Acesta este construit pe baza
principiilor programării dinamice în mediul de programa re M atlab. În anexele nr. 4 și 5 sunt
prezentate schema logică și codul programului.
5.2. NEVOILE UTILIZATORIL OR. CARACTERISTICILE SIS TEMULUI
Pentru dezvoltarea arhitecturilor sistemului ISOTEC, trebuie mai intâi definite
necesitățile utilizatorilor. În cazu l de față, utilizatorul este Autoritatea care organizează
procesul de transport public iar c erințele impuse sistemului sunt :
– să ajute la furnizarea unui serviciu de transport public eficient , fidel, economic și
atractiv ;
– să calculeze profiluri de viteză fl uide, fără opriri inutile înaintea intersecțiilor
semaforizate sau înaintea unei stații de debarcare/îmbarcare pasageri, atunci când
platforma (peronul) este ocupată de alte vehicule;
– să reducă consumul de energie electrică aferent deplasării vehiculului;
– să determine în timp real locația vehiculului cu ajutorul Sistemului de Poziționare
Globală ;
– să faciliteze activitatea conducătorului vehiculului astfel încât acesta să fie
degrevat de luarea unor decizii ce implică analiza a numeroși factori externi;
– să ofere asistență șoferului în vederea manevrării economice a vehiculului prin
indicarea punctelor de unde ar trebui inițiat mersul din inerție sau mersul frânat ;
– să ofere conducătorului de vehicul asistență în vederea păstrării distanței față de
vehicul ul pre-mergător și ante -mergător;
– să afișeze profilul de viteză până la următoarea oprire utilizând viteza maximă
recomandată pentru condițiile date de trafic și ținând cont de caracteristicile
traseului și de condițiile metereologice ;
– să indice viteza maximă r ecomandată pe afișajul din cabina șoferului (Interfața
Om-Mașină) ;
– să transmită informații despre identitatea vehiculului pe care este instalat și
locația sa actuală ;
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
85
– să comunice bidirecțional cu alte vehicule, echipamente de pe marginea drumului
(Automat e de Trafic) sau cu Unități de Management (Centru de Management al
Traficului, Centru de Management al Transportului Public) ;
– să primească informații despre numărul , identitatea si pozitia vehiculelor care
merg înainte și după acesta în timp real ;
– să prim ească recomandări de viteză de la alte unitați, aflate în afara vehiculului, să
le afișeze cu prioritate față de cele calculate și să le stocheze în baza de date
existentă ;
Astfel, s istemul ISOTEC a fost proiectat pentru modelarea vitezei unui vehicul de
transport public în vederea eficientizării consumului de energie electric ă, fără a neglija însă
aspecte c e țin de calitatea călătoriei (rapiditate, confort, fidelitate față de graficul de circulație,
frecvență sporită, siguranță etc.). Principalul obiectiv este eliminarea opririlor inutile între
două stații. Staționarea la semafor și așteptarea eliberării peronului stației, ocupat de alt
vehicul sau la capăt de linie, sunt activități consumatoare de timp și energie. Aceste elemente
pot fi evitate pe parcurs ul unei călătorii, prin implementarea sistemului ISOTEC.
Priorit atea VE la intersecții a fost declarată în cele mai multe cazuri complicată , fiind
o sursă de probleme în trafic datorită cozilor lungi generate pe direcțiile perpendiculare de
deplasare . În cazul în care VE ajunge la semafor imediat după ce se termină secvența de verde
sau la scurt timp după ce a început și cere o nouă secvență de verde , timpul de verde se crește
simțitor . Acest sistem nu este fezabil pe o linie cu frecvență mare de vehicule . Dacă ar fi
implementată modelarea în timp real a vitezei , astfel de situații ar putea fi evitate sau cel puțin
minimizate .
La fiecare stație, sistemul generează un profil nou de viteză care ar trebui urmat până
la următoarea stație . În timpul petrecut în s tație, sistemul actualizează poziția si referința de
timp. De asemenea , evaluează care sunt următoarele posibile opriri până la următoarea stație .
Dacă nu există obstacole pe ruta următoare, sistemul afișează programul de circulație
prestabilit , cu viteza maxim admisă , accelerarea și decelerarea maximă (fără a lua în
considerare frânarea de urgență), obținând astfel un timp minim de călătorie . Cu ajutorul
noilor tehnologii, accelerarea și decelerarea pot fi limitate la anumite valori . Mersul din inerție
poate fi folosit în locul celui cu viteză constantă, pentru a mări economia de energie . Totul
depinde de modul în care sunt proiectate orarul și graficul de circulație . Programul determină
cel mai bun punct de la care se poate începe modul de rul are din inerț ie și unde termină
acesta , fără a afecta timpul de călătorie . Deoarece în transportul public urban distanțele între
două stații sunt relativ mici ( 250 – 500m ), este recomandată o singură secțiune de mers din
inerție . Și pentru confortul conducătorului de v ehicul , după regimul de mers din inerție se
folosește reg imul de frânare pentru a ajunge la următoarea stație . Pot fi luate în considerare și
alte situații (mai multe secțiuni cu mers din inerție, accelerare, frânare ) dacă se implementează
un sistem automa t de conducere . Anticipa rea reflexelor și reacțiilor umane este aproape
imposibilă, datorită numeroaselor perturbări care apar zilnic în mediul urban.
Programul ține cont și de limitările de viteză datorate topografiei rețelei și a căii de
rulare (curb e, declivități , macaze și echipamente speciale ). Acesta elimină orice creștere de
viteză pe distanțe mici.
Când următorul punct posibil de oprire este un semafor , programul evaluează timpul
necesar vehiculului să ajungă la intersecție cu viteza maxim ă admisă . Transmite o cerere către
echipamentul de la marginea drumului (Automatul de trafic) sau către Centru de Management
al Traficului (CMT) și preia informația referitoare la statusul semaforului la timpul est imat de
sosire test.
Dacă semaforul este verde , se permite rularea cu viteză prestabilită. Pentru o rulare
prudentă , se pot lua două măsurări :
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
86
– Configurarea vitezei astfel încât vehiculul sa nu ajungă niciodată la semafor la
începutul secvenței de verde sau la sfârșitul ei. Timpul estimat de sosire trebuie sa
fie în intervalul:
] t t, t t[ t urgfr vrsf urgfr vrinc est (5.1)
unde ,
test – timpul estimat de sosire
tvrinc – timpul la care începe secvența de verde
tvrsf – timpul la care se termină secvența de verde
tfr-urg – timpul necesar frânării de la viteza actuală la zero folosind frânarea de urgență.
– Micșorarea vitezei recomandate la 20km/h în apropierea intersecției . Timpul
necesar frânării de la această viteză la zero este suficient de mic pentru evitarea
accidentelor.
Dacă semafor ul indică culoarea roșie, programul reduce viteza astfel încât vehiculul să
ajungă la intersecție atunci când semforul indică verde. Pentru a evita frustrarea pasagerilor ,
viteza rezultată nu poate fi mai mică de 15 km/h. Chiar dacă se rulează cu 15km/h și vehiculul
trebuie totuși să oprească la semafor , se realizează oricum o economie de energie importantă .
Zona de traseu prezentată pe display conducătorului vehiculului este întodeauna
cuprinsă între două stații. Actualizarea datelor și calcularea profilul ui de viteză se face înainte
de plecare din stația origine spre stația destinație.
5.3. ARHITECTURA FUNCȚIONALĂ
Arhitectura funcțională definește și descrie funcționalitățile ce trebuiesc incluse în
sistemul inteligent de transport pentru a fi satisfă cute cerințele utilizatorilor. Aceasta este
descrisă ca o serie de domenii funcționale [107] . Funcționalitate a fiecărui domeniu este
prezentată prin două tipuri de funcții:
– de nivel înalt;
– de nivel inferior.
Funcțiile de nivel înalt sunt funcții complexe c e nu răspund direct cerințelor
utilizatorilor. Pentru ușurința înțelegerii, acestea au fost împărți te în funcții de nivel inferior.
Pentru dezvoltarea arhitecturi i sistemului ISOTEC se definesc în cele ce urmează următoarele
elemente:
– diagrama contextuală – lista terminalelor ce fac legătura între sistem și mediul
exterior ;
– domeniile funcționale ;
– funcțiile de nivel înalt și scăzut;
– fluxurile de informații ce sunt schimbate între diferitele funcții ale sistemului.
Pentru identificarea și definirea domeniilor și funcțiilor principale s -a folosit scheletul
Arhitecturii Cadru Europeane , dezvoltată în cadrul proiectului FRAME [105, 106 ]. La acesta ,
s-au adăugat funcțiile specifice sistemului ISOTEC.
5.3.1 . Diagrama contextuală
Diagrama contextuală definește termi nalele prin care sistemul ISOTEC schim bă
informații cu mediul extern, fluxul de informații schimbat și sensul acestuia. T erminalele pot
fi entități umane sau sisteme de la care se obține date ut ilizate , mai apoi, în interiorul
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
87
sistemului, de exemplu, infor mații referitoare la caracteristicile traseului ce trebuie parcurs,
prezența altor vehicule pe traseu sau statusul semafoarelor din intersecții.
În continuare, prezentăm lista terminalelor sistemului ISOTEC și detaliem informațiile
pe care acestea le prime sc si transmit către mediul extern.
1. Sistemul de poziționare globală GPS – furnizează în mod continuu date sistemului
pe baza că rora este calculată locația acestuia și reactualizată referința de timp.
Sens : de la mediul extern către sistem
2. Furnizorul de Dat e Geografice – reprezintă entitatea ce transmite în timp real prin
mijloace de comunicație sau prin intermediul bazelor de date, stocate inițial, hărți
digitale dar și informații despre caracteristicile traseului.
Sens : transmitere bi direcțională de cerer i și informații
3. Furnizorul de Informații pentru Călătorie – transmite în timp real prin mijloace de
comunicație sau prin intermediul bazelor de date, stocate inițial, graficul de circulație
al vehiculului, limitări de viteză, date statistice legate de depl asarea vehiculului pe un
traseu cunoscut inițial.
Sens : transmitere bi direcțională de cereri și informații
4. Furnizor de informații generale – transmite în timp real prin mijloace de comunicație
sau prin intermediul bazelor de date, stocate inițial, date gen erale despre vehicul
Sens : transmitere bi direcțională de cereri și informații
5. Sisteme de la bordul vehiculului – furnizează date sistemului despre starea tehnică a
vehiculului. Reprezintă interfața cu sistemul de diagnoză propriu.
Sens : de la mediul extern către sistem
6. Alte vehicule – reprezintă entități, altele decât cel gazdă, cu care sistemul
interacționează și de la care obține date de identificare, poziția lor geografică și timpul
estimat la care vor ajunge în diferite puncte de interes.
Sens : transmit ere bi direcțională de informații
7. Echipamente de pe marginea drumului – sisteme sau senzori de la care sistemul
primește informații despre starea traficului și statusul semafoarelor. Sistemul poate
transmite către acestea cereri de acordare de prioritate, î n cazul în care vehiculul este
în întârziere față de graficul de circulație.
Sens : transmitere bi direcțională de cereri și informații
8. Centru de Management de Trafic (CMT) – suplinește lipsa sau nefuncționalitatea
echipamentelor de pe marginea drumului furn izând sistemului aceleași informații.
Comunicația este bi direcțională, ambele sesizându -se reciproc de apariția unor
evenimente neprevăzute.
Sens: transmitere bi direcțională de cereri și informații
9. Centru de Management al Transportului Public (CMTP) – se ocupă cu organizarea
și supravegherea flotei de vehicule ce aparțin sistemului de transport public. Sistemul
ISOTEC comunică Centrului de Management profilul de viteză calculat, timpul
prognozat de atingere a unor puncte de interes de pe traseu, existența unor
incompatibilități și cereri de tratarea a acestora. CMTP este suveran peste deciziile
sistemului, astfel încât orice informație venită de la acesta este clasată cu un grad
crescut de importanță și executată ca atare. Asigură redundanța sistemului de calcul și
poate suplini în orice moment de timp defectarea lui.
Sens : transmitere bi direcțională de cereri și informații
10. Interfața Om -Mașină – reprezintă dispozitivul de la bordul vehiculului care
interac ționează în mod direct cu conducătorul acestuia, permițându -i introducerea de
date și comenzi sau vizualizarea de informa ții și răspunsuri ale sistemului. Pe afișajul
acesteia se vor afișa informații relevante referitoare la modul de operare al vehiculului.
Sens : transmitere bi direcțională de cereri și info rmații
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
88
11. Conducătorul de vehicul – reprezintă entitatea umană care operează vehiculul.
Acesta primește informații de la sistemul ISOTEC despre viteza recomandată de
circulație, profilul de viteză până la următoarea stație, avertizări despre existența unor
nereguli în privința operării vehiculului.
Sens : transmitere bi direcțională de cereri și informații
În figura nr. 5.1. este prezentată diagrama contextuală a sistemului, ce cuprinde
terminalele și sensul fluxului de date.
Figura nr. 5. 1: Diagrama contextuala a sistemului ISOTEC
5.3.2 . Domeniile funcționale. Funcțiile sistemului. Fluxuri de date
Domeniile funcționale cuprinse în sistemul ISOTEC sunt:
1. Administrarea activităț ilor sistemului de transportul p ublic
2. Administr area Traficului
3. Furnizarea de suport pentru servicii la bordul vehiculului.
Prezentăm în cele ce urmează funcțiile sistemului ISOTEC și fluxurile de date folosite:
A. Stocarea informațiilor în baze de date și administrarea lor.
Această funcție de nivel îna lt se ocupă cu management -ul bazelor de date. Sistemul
gestionează următoarele baze de date:
A1. ISOTEC_Traseu – în această bază de date se stochează informații despre traseul pe
care vehiculul trebuie să îl parcurgă , cum ar fi :
– Lungimea traseului
– Poziți a capetelor terminale/buclelor de întoarcere
– Denumirea și poziția stațiilor de debarcare/îmbarcare pasageri
– Lungimea peroanelor de debarcare/îmbarcare aferente fiecărei stații
– Poziția pieselor speciale: macazuri și încrucișări
– Începutul și sfâ rșitul zonelo r în curbă și raza curbei
– Începutul și sfâ rșitul zonelor cu declivitate și valoarea declivității exprimată în
%0
– Poziția intersecțiilor și trecerilor de pietoni semnalizate
– Poziția intersecțiilor și trecerilor de pietoni nesemnalizate
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
89
A2. ISOTEC_Limitări de viteză
– Viteza maxim ă, admisibilă
– Începutul și sfârșitul zonelor cu limitări de viteză
– Valoarea limitării de viteză
A3. ISOTEC_Vehicul – din această bază de date se citesc și se transmit, către alte
unități, date despre vehiculul pe care este instalat sistemul. Acestea sunt:
– ID vehicul
– Numărul liniei de circulație
– Lungimea, lățimea și înălțimea vehiculului
– Capacitatea și gradul de ocupare
– Viteza maximă de circulație
– Accelerația maximă
– Decelerația maximă
A4. ISOTEC_Grafic de circulație – este baza de date ce conține următoarele informații:
– Orarul de circulație
– Momentul de timp la care trebuie să ajungă în diferite puncte de interes: stații,
intersecții, capete terminale
– Distanța și diferența de timp pe care ar trebuie să o aibă față de vehiculule pr e-
mergătoare și ante -mergătoare
– Distanța și diferența de timp pe care ar trebuie să o aibă față de vehiculule pre –
mergătoare ce aparțin aceleiași linii de circulație
A5. ISOTEC_Alte vehicule – se scriu, se ordonează și se apelează date despre alte
vehicu le amplasate în zona de interes, cum ar fi:
– ID vehicul
– Numărul liniei de circulație
– Lungimea, lățimea și înălțimea vehiculului
– Poziția curentă
– Viteza de circulație
– Timpul în care se prognozează că va ajunge la următorul punct de oprire
(stație, intersecți e sau trecere de pietoni semaforizată)
Aceste informații sunt aranjate după doua criterii:
– de la cel mai apropiat vehicul până la cel mai depărtat pentru care s -a obținut
informații
– distanța dintre vehiculele ce aparțin aceleiași linii de circulație
A6. I SOTEC_Date statistice – această bază de date conține informații statistice despre
profilele de viteză anterior utilizate pe traseul studiat, vitezele maxime recomandate și
frecvența de succedare a vehiculelor.
A7. ISOTEC_Profiluri de viteză
În această baz ă de date se vor stoca profilurile de viteză recomandate de unitatea
centrală a sistemului și date spre afișarea interfeței om -mașină , compartamentul
conducătorului vehiculului, profilul de viteză real executat, performanțele statice și
dinamice ale vehicu lului, consumul de energie aferent.
Actualizarea bazelor de date statice (ISOTEC_Traseu, ISOTEC_Vehicul și
ISOTEC_Grafic de circulație) se face prin comunicație wireless, ori de câte ori este necesar,
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
90
de către operatorul Autoritatii de Transport din unul din Centrele de Management sau de
către Furnizorul de Informații Geografice , Furnizorul de Informații de călătorie și Furnizorul
de informații generale . În cazul bazelor de date dinamice (ISOTEC_Alte vehicule și
ISOTEC_Profiluri de viteză) actualizarea se face pe baza informațiilor primite de la alte
vehicule sau de la unitatea de calcul a sistemului.
B. Realizarea comunicațiilor la bordul vehiculului
Această funcție de nivel înalt presupune realizarea în timp real a comunicațiilor cu
diferite entități. Per mite schimbul de date necesare sistemului, le sortează, ordonează și le
stochează în baze de date. Atunci când sistemul cr eează date eronate, această funcție face
posibilă anunțarea unei defecțiuni și permite ca operatorul din Centru de Management să
dispu nă măsuri corespunzătoare.
Entitățile de la care sistemul culege informații sunt:
B1. Sistemul de poziționare globală GPS – furnizează date sistemului pe baza că rora
este calculată locația acestuia și reactualizată referința de timp. Datele sunt primite în
mod continuu, fără a fi necesare cereri din parte a sistemului.
B2. Alte vehicule V2V (Vehicle to Vehicle Communication – Comunicație Vehicul la
Vehicul). Sistemul trimite o cerere pentru detecția și stabilirea comunicației cu alte
vehicule aflate în zo na de interes. Primește răspunsurile acestora, le stochează în baza
de date ISOTEC_Alte vehicule, le ordonează și le permite apelerea.
De asemenea, sistemul primește cereri de identificare și le răspunde, furnizând datele
cerute.
Comunicația între vehicu le V2V suportă protocoale de acces a canalului de comunicație
și date privind controlul integrității mesajului. Acesta se face în așa măsură încât să nu
se suprasolicite inutil infrastructura de comunicație.
B3. Echipamentele de pe marginea drumului V2I (Vehicle to Infrastructure, Vehicul la
Infrastructură): Automatele de trafic, Semafoarele inteligente, Senzorii de pe marginea
drumului. Acestea oferă informații despre statusul semafoarelor din intersecții, existența
și lungimea cozii de așteptare, posibil e incidente în zona de interes , care sunt folosite
pentru calcul profilului de viteză.
B4. Centre de Management:
B4.1. Centru de Management al Traficului (CMT)
B4.2. Centru de Management al Transportului Public (CMTP)
Ambele centre sunt suverane peste act ivitatea sistemului. Monitorizarea c omunic ației cu
acestea este făcută în mod constant. Datele și comenzile primite de la ele au importanță
sporită și sunt executate imediat, ignorând orice altă decizie a sistemului. De asemenea,
sistemul transmite de fiec are dată profilul de viteză calculat către CMPT în vederea
stocării pe termen îndelungat în baza de date a centrului și pentru ca operatorul să îl
poată supraveghea și modifica oricând este necesar.
Sistemul mai comunică cu:
B5. Conducătorul vehiculului pentru a transmite acestuia în timp real și în mod continuu
informații despre viteza maximă permisă, viteza maximă recomandată și profilul de
viteză. De asemenea, îi poate transmite avertizări sau instrucțiuni despre cum să trateze
diverse situații surveni te în mod neașteptat de -a lungul traseului pe care vehiculul îl
parcurge.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
91
Sistemul are posibilitatea de a procesa avertizări despre accidente, condiții
meteorologice deosebite, lucrări de drum, aglomerație, congestie de trafic , incidente.
Sistemul filtrea ză avertizările primite și le ia în calcul doar pe cele relevante, alocându –
le un grad de importanță.
B6. Sistemele din interiorul vehiculului
Sistemul culege și furnizează informațiile de la și către alte sisteme cu care
interacționează, din interiorul vehicului. O legătură importa ntă se realizează cu sistemul
de informare a călătorilor, unde furnizează date cu privire la durata călătoriei până la
următoarea stație și timpul estimat de sosire.
Sistemul extrage informații referitoare la starea tehnică a vehiculului de la interfață
sistemului de control. În cazul în care sesizează existența unei avarii, comunică acest
aspect conducătorului vehiculului, împreună cu recomandarea de mers cu viteză
minimă. De asemenea, trimite această i nformație și Centrului d e Management de unde
așteaptă permisiunea de a se retrage la depou.
Sistemul analizează în mod continuu datele primite de la sistemele din interiorul
vehiculului.
În figura nr. 5.2. sunt prezentate entitățile cu care comunică sistemul ISOTEC.
Figura nr. 5. 2: Entitățile cu care comunică sistemul ISOTEC
C. Pregătirea informațiilor necesare calculării profilului de viteză
Acestă funcție colectează informațiile de la terminale, le ordonează și le pregătește
astfel încât să f ie utilizate de unitatea de calcul a sistemului în mod direct.
C1. Calculul poziției vehiculului și a referinței de timp
Cu ajutorul sistemului de poziționare globală (Global Positioning System GPS) se
determină constant, la intervale predefinite, poziția vehiculului și a referinței de timp
pentru a putea fi utilizată de celelalte funcții.
C2. Citirea caracteristicilor traseului și a vehiculului
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
92
Folosind hărțile digitale statice sau dinamice de tip GIS (Geographic Information
System – Sistem de Informare G eografic), stocate în baza de date ISOTEC_Traseu, în
funcție de poziția vehiculului, se extrag informații despre porțiunea de traseu studiată
C3. Citirea vitezei maxime admisibile și a limitărilor de viteză
Din baza de date ISOTEC_Traseu se citesc vitez a maxim ă admisă pe porțiunea de
traseu analizată, începutul și sfârșitul zonelor cu limitare de viteză și valoarea vitezei pe
acestea.
C4. Determinarea existenței altor vehicule pe porțiunea de traseu analizată
Este necesară reactualizarea informațiilor st ocate în baza de date ISOTEC_Alte
vehicule, despre vehiculele premărgătoare. Aceste informații se pot obține fie prin
comunicația dintre vehicule (V2V), fie prin obținerea lor de la CMT/CMPT, în funcție
de dotarea fiecărui vehicul.
D. Calculul profilului de viteză al vehiculului
Această funcție se ocupă cu generarea profilului de viteză recomandat pentru
deplasarea vehiculului pe traseu, ținând cont de toate constrângerile impuse de factorii externi
și de informațiile primite de la terminale.
D1. Estimarea t impilor necesari pentru atingerea punctelor de interes de pe traseu
Funcția poate estima starea parametrilor flotei și ai vehiculului pentru orice orizont de
timp cerut. Aceste estimări sunt bazate pe informațiile avute despre starea curentă și pe
date sta tistice, citite din baza de date ISOTEC_Date statistice.
Sistemul calculează timpul necesar ajungerii în diferite puncte ale rețelei, ținând cont de
constrângerile date de caracteristicile traseului, ale vehicului, limitările de viteză și alti
factori exte rni (comenzi sau avertizări de la CMT și CMPT). Rezultatele obținute în
această etapă pot fi apelate de către alte funcții componente ale sistemului (D2, D3) .
D2. Compararea cu graficul de circulație
Această funcție compară timpii estimați de funcția D1 cu datele citite din baza de date
ISOTEC_Grafic de circulație. Rezultatul acestei funcții va stipula dacă vehiculul nu
respectă graficul de circulație, dacă acesta este în întârziere sau în avans și care este
valoarea cu care a deviat de la grafic. De asemen ea, funcția calculează distanța pe care
vehiculul o are față de vehiculele pr e-mergătoare și ante -mergătoare , evaluează dacă
acestea se abat de la graficul de circulație și pot afecta profilul de viteză al vehicului
considerat.
D3. Determinarea statusului semafoarelor de pe traseu
Folosind timpul estimat cu ajutorul funcției D1 și comunicația vehiculului cu
echipamentele de pe marginea drumului (V2I), funcția D3 determină statusul
semafoarelor întâlnite pe traseu. Ea va primi ca intrări următoarele date:
– Semafor funcțional – culoarea verde / galben / roșu
– Durata secvenței de semaforizare, timpul de început și ordinea de succedare a
culorilor
– Semafor nefuncțional
Această funcție poate primi informații de la CMT dacă operatorul centrului deține
controlul asupr a echipamentelor locale.
D4. Optimizarea frecvenței de circulație a vehiculelor și a distanței de urmărire
Această funcție are rolul de a optimiza profilul de viteză pentru a respecta graficul de
circulație, frecvența și timpul de succedare a vehiculelor c e aparțin aceleiași linii de
circulație și pentru a îmbunătăți fidelitatea serviciului de transport, în orice condiții date.
Funcția este capabilă să răspundă la următoarele evenimente:
– modificări ale cererii de transport (creșterea sau scăderea numărulu i de pasageri)
– incidente pe traseu
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
93
– defecțiuni ale vehiculului considerat sau ale altui vehicul care afectează întregul flux
de vehicule
– două sau mai multe vehicule ajung în același timp într -o stație de debarcare/îmbarcare
a cărui platformă (peron) nu are lungimea necesară să le permită accesul.
Adaptarea la noile condiții de trafic se face în timp real, folosind atât informații primite
de la alte funcții sau echipamente, cât și date statistice din baza de date internă.
D5. Cererea de acordare priori tate la intersecții
Dacă funcția D2 determină că un vehicul este în întârziere față de graficul de circulație
sau funcția D3 consideră că este necesară deplasarea rapidă a vehiculului, funcția D4
trimite cereri pentru acordarea priorității de trecere prin intersecții semaforizate.
Cererile se trimit către echipamentele de la marginea drumului sau către CMT, prin
protocoale de comunicații vehicul – infrastructură (V2I).
D6. Determinarea stării vehiculului
Această funcție este în permanentă comunicație cu alt e interfețe ale vehiculului care
verifică integritatea și buna funcționalitate a echipamentelor instalat e. Fiecărui mesaj de
avertizare sau eroare i se acordă un grad de importanță, care este luat în considerare la
calcul ul profilului de viteză recomandat. Rezultatele acestei funcții sunt transmise către
CMPT, care poate interveni și decide modificarea profilului calculat.
D7. Determinarea profilului de viteză recomandat
Pe baza informațiilor primite de la toate funcțiile prezentate anterior, această func ție
calculează profilul de viteză recomandat pentru a fi urmat în scopul obținerii unui
consum de energie redus, fără a neglija calitatea serviciului de transport public
(fidelitatea, punctualitatea, frecvența). Nu se va depăși în nic i un caz viteza maxim
admisă sau limitările de viteză , citite din baza de date ISOTEC_Limitări de viteză.
D8. Tratarea incompatibilităților generate de profilul de viteză recomandat
Profilul de viteză recomandat de funcția D7 este testat pentru vederea determinării
compatibilit ății cu profilele celorlalte vehiculele de pe traseu. Dacă se constată existența
incompatibilității între două sau mai multe profile (de exemplu, vehiculul considerat
ajunge mai repede la stația destinație decât cel ante -mergător), se reiau calculele în
vederea generării altui profil. Funcția poate solicita asistență CMPT -ului pentru reglarea
procesului de transport.
E. Afișarea și stocarea profilului de viteză al vehiculului
Este funcția de nivel înalt care se ocupă cu gestionarea profilului de viteză calcul at.
Presupune extragerea informațiilor relevante pentru conducătorul vehiculului și transmiterea
acestora către afișajul interfeței Om -Mașină dar și către unități de stocare pentru a permite
analiza ulterioară.
E1. Furnizarea ș i administrarea vitezelor rec omandate de circulație
Această funcție furnizează viteza maximă recomandată și distanța pe care aceasta ar
trebui menținută, atât în locația curentă cât și în locațiile viitoare (puncte de interes) de
pe traseu. Aceste informații sunt transmise către Inte rfața Om -Mașină, pentru
conducătorul vehiculului, către alte vehicule sau către centrele de management. În cazul
vehiculele dotate cu echipamentele ISA – pentru adaptarea inteligentă a vitezei,
conducătorii pot folosi această funcție pentru pilotarea autom ată a vehiculului, setând
viteza de croazieră la viteza maximă recomandată. Dacă această viteză totuși variază de –
a lungul traseului între două stații, pentru facilitarea înțelegerii activității sale, funcția
furnizează conducătorului motivul pentru care s e face această mod ificare.
Această funcție primește comenzile referitoare la profilele de viteză de la CMPT, pe
care le tratează prioritar, înlocuind , acolo unde este impus , profilele calculate cu cele
primite.
E2. Interfața Om -Mașină
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
94
Interfața Om -Mașină reprezintă echipamentul suport pentru schimbul de informații
dintre vehicul și conducătorul său. Ocazional, mediul extern reprezentant de centrele de
management poate interveni în acest schimb.
Fluxul de informații curge de la sistem (vehicul) către cond ucător și are ca rezultat
acțiunea acestuia din urmă, în vederea deplasării pe un traseu cunoscut. Interfața poate
servi și în sens invers, respectiv există posibilitatea conducătorului să solicite anumite
date să fie vizibile pe display -ul interfeței.
Pe afișajul -ul interfeței, se vor afișa:
– Harta digitală a traseului urmat
– Poziția vehiculului pe hartă
– Viteza maximă admisă din punct de vedere legal
– Viteza recomandată
– Viteza curentă
– Profilul de viteză până la următorul punct de oprire cu indicarea vitezelor
intermediare în puncte le de interes
– Punctul de unde se recomandă inițierea mersul din inerție
– Punctul de unde se recomandă frânarea electrică și viteza până la care se va
încetini vehiculul
– Dacă există modificări ale profilului de viteză, motivul acestei modificări.
– Depășirea vitezei recomandate și/sau a celei legale, în cazul în care acest lucru
se întâmplă. Avertizarea acestui aspect poate fi de tip audio.
– Distanța față de vehiculul ante -mergător
Interfața va putea să reactualizeze în mod continuu afiș ajul pentru a furniza
conducătorului informații corecte, în timp real. Dacă din orice motiv, interfața nu
primește informații din sistem, de la celelelate funcții, pe afișaj o să fie afișată indicația
de “Sistem nefuncțional”.
În figura nr. 5.3 este prezen tat afișajul sistemului ISOTEC, cu indicațiile ce apar în
condiții normale de circulație.
Figura nr. 5. 3: Afișajul sistemului ISOTEC în condiții de circulație normale
În figura nr. 5.4. sunt evidențiate unele mesaje d e avertizare pe același afișaj, în cazul în
care conducătorul vehiculului nu respectă indicațiile sistemului sau apar evenimente
neprevăzute în trafic.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
95
Figura nr. 5. 4: Mesaje de avertizare pe afișajul sistemului ISOTEC
E3. Înregistrarea datelor pentru uz ulterior
Această funcție înregistrează date cu privite la profilul de viteză recomandat,
compartamentul conducătorului vehiculului, profilul de viteză real executat,
performanțele statice și dinamice ale vehiculului, co nsumul de energie aferent.
Aceste informații sunt stocate în baza de date ISOTEC_Profil de viteză pentru a fi
evaluate ulterior de către CMPT sau operatorul său. Pe baza analizei, datele relevante
vor fi ordonate în baza de date ISOTEC_Date statistice. Aceste date pot fi utilizate
pentru îmbunătățirea elementelor de siguranță a pasagerilor și pentru înțelegerea
accidentelor, atunci când acestea se petrec.
5.3.3 . Schema de principiu
În figura nr. 5.5. este prezentată schema de principiu a arhitecturii func ționale a
sistemului ISOTEC. Sunt figurate funcțiile de nivel redus cu simboluri diferite, astfel încât
determinarea apartenenței lor la funcțiile de nivel înalt să fie facilă . De asemenea, este
reprezentat sensul fluxului de date ce se schimbă între acest ea.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul publ ic urban
96
Figura nr. 5. 5: Arhitectura funcțională a sistemului ISOTEC
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
97
5.3. ARHITECTURA FIZICĂ
Următorul pas în dezvoltarea sistemului ISOTEC îl constituie crearea arhitecturii
fizice. Aceasta grupează funcțiile definite î n cadrul arhitecturii funcționale în subsisteme
(unități), câte unul pentru fiecare locație fizică ce va fi folosită de sistem. În cazul în care
vreunul dintre aceste subsisteme este foarte complex sau dacă satisface cerințe utilizator
diferite, subsistemu l respectiv poate fi împărțit în mai multe module. Pentru fiecare unitate
sau modul se prezintă descrierea tehnică, respectiv funcția pe care o realizează. Deoarece
arhitectura fizică este derivată din arhitectura funcțională, terminalele sunt aceleași.
Arhitectura fizică a sistemului ISOTEC este prezentată în figura nr. 5.6.
Figura nr. 5. 6: Arhitectura fizică a sistemului ISOTEC – schema simplificată
Unități și module componente:
1. Unitatea centrală de calcul ISOTEC – este “creierul” sistemului, entitatea unde se
procesează informațiile primite de la terminale rezultând în cele din urmă profilul de
viteză recomandat. Gestionează unitățile de comunicații, stabilind ordinea și
momentul de timp în care primește informații d e la fiecare.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
98
2. Unitatea de comunicații externe, formată din:
– Modulul de emisie – recepție – realizează conexiunea dintre terminalele ce aparțin
mediului extern (Alte vehicule, Echipamente de pe marginea drumului, CMT,
CMTP) și sistem.
– Modul de prelucrare al datelor – realizează prelucrarea datelor recepționate,
extrage informația utilă și o transmite către unitatea de calcul.
3. Unitate de comunicații interne , formată din :
– Modul ul de interfață cu celelalte sisteme realizează legătura dintre sistemele de la
bordul vehicului și sistem , în special cu interfața sistemului de diagnoză.
– Modul ul de prelucrare al datelor prelucrează datele primite și trimite către unitatea
centrală de calcul doar avertizările cu grad mediu si ridicat de importanță.
4. Unitatea de loca lizare în timp și spațiu
Este formată din două module cu următoarele funcții :
– Modul ul de recepție colectează date de la Sistemul de Poziționare Globală
– Modul ul de prelucrare și calcul al datelor calculează poziția vehiculului și se
ocupă cu reactualizarea referinței de timp
5. Unitatea de stocare și administrare a datelor
Este formată din două module cu următoarele funcții :
– Modul ul de administrare realizează administrarea bazelor de date, respectiv a
operațiilor de scriere și citire.
– Modul ul de stocare se ocupă cu repartizarea informațiilor în diferite baze de date
în funcție de sursa lor și arhivarea lor pentru o apelare cât mai rapidă
6. Unitatea de afișare
Este formată din:
– Modul ul de prelucrarea a l datelor, responsabil cu extragerea informațiilor
relevan te despre modul de conducere al vehiculului
– Interfața Om -Mașină pentru transmiterea acestora către conducător.
În tabelul 5.1. se prezintă repartizarea funcțiilor prezentate în arhitectura funcțională
pe unități și module.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
99
Tabelul nr. 5. 1: Repartizarea funcțiilor sistemului ISOTEC pe unităti fizice
Denumire
unitate Denumire
modul Funcții de nivel înalt Funcții de nivel redus
Unitatea centrală de calcul
ISOTEC D. Calculul profilului de
viteză al vehiculu lui D1. Estimarea timpilor necesari pentru
atingerea punctelor de interes de pe
traseu
D2. Compararea cu graficul de
circulație
D3. Determinarea statusului
semafo arelor de pe traseu
D4. Optimizarea frecvenței de
circulație a vehiculelor și a distanței de
urmărire
D5. Cererea de acordare prioritate la
intersecții
D6. Determinarea stării vehiculului
D7. Determinarea profilului de viteză
recomandat
D8. Tratarea incompatibilităților
generate de profilul de viteză
recomandat
Unitatea de
comunicații
externe Modul de
recepție B. Realizarea
comunicațiilor la bordul
vehiculului B2. Alte vehicule V2V
B3. Echipamentele de pe marginea
drumului V2I
B4. Centre de Management
B5. Conducătorul vehiculului
Modul de
prelucrare și
calcul al
datelor C. Pregătirea
informațiilor necesare
calculării profilului de
viteză C4. Det erminarea existenței altor
vehicule pe porțiunea de traseu
analizată
D3. Determinarea statusului
semafoarelor de pe traseu
D5. Cererea de acordare prioritate la
intersecții
Unitatea de
comunicații
interne Modul de
interfață cu
celelalte
sisteme B. Realizarea
comunicațiilor la bordul
vehiculului B6. Sistemele din interiorul vehiculului
Modul de
prelucrare al
datelor D. Calculul profilului de
viteză al vehiculului D6. Determinarea stării vehiculului
Unitatea de
localizare în
timp și spațiu Modul de
recepție B. Realizarea
comunicațiilor la bordul
vehiculului B1. Sistemul de poziționare globală
GPS
Modul de
prelucrare și
calcul al
datelor C. Pregătirea
informațiilor necesare
calculării profilului de
viteză C1. Obținerea poziției vehiculului și a
referinței de timp
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
100
Unitatea de
stocare a
datelor Modul de
administrare A. Stocarea informațiilor
în baze de date și
administrarea lor
C. Pregătirea
informațiilor necesare
calculării profilului de
viteză
E. Afișarea și stocarea
profilului de viteză a l
vehiculului C2. Citirea caracteristicilor traseului și
a vehiculului
C3. Citirea vitezei maxime admisibile
și a limitărilor de viteză
E3. Înregistrarea datelor pentr u uz
ulterior
Modul de
stocare A. Stocarea informațiilor
în baze de date și
administrarea lor
E. Afișarea și stocarea
profilului de viteză al
vehiculului A1. ISOTEC_Traseu,
A2. ISOTEC_Limitări de viteză
A3. ISOTEC_Vehicul
A4. ISOTEC_Grafic de circulație
A5. ISOTEC_Alte vehicule
A6. ISOTEC_Date statistice
A7. ISOTEC_Profiluri de viteză
Unitatea de
afișare Prelucrarea
datelor E. Afișarea și stocarea
profilului de viteză al
vehiculului E1. Furnizarea si administrarea
vitezelor recomandate de circulație
Intefața Om –
Mașină E2. Interfața Om -Mașină
5.4. SOFTWARE -UL SISTEMULUI IS OTEC
Un sistem de calcul constituie un ansamblu funcțional destinat prelucrării automate a
informațiilor. Pentru realizarea acestui obiectiv , sistemul de calcul are nevoie a tât de
echipamente (componente hardware) cât ș i de un set de programe (compo nente s ofware) care
să determine prelucrările care se fac asupra informațiilor prin intermediul componentelor
fizice ale sistemului de calcul.
Software -ul reprezintă ansambl ul de programe care fac posibilă realizarea funcț iei
sistemului de calcul, de prelucrare a informațiilor, ș i care co nstituie suportul logic de
funcț ionare a unui sistem de calcul. Componenta software a unui sistem de calcul cuprinde la
rândul ei programe grupate în mai multe categorii, dupa natura problemelor pe care le rezolva.
Aceste categori i sunt :
1. Software -ul de baza, care este alcătuit din programele care asigură servicii le
generale și care se adresează tuturor utilizatorilor sistemului de calcul;
2. Software -ul utilitar (sistem de programare utilitară ), care include programe cu grad
mare d e generalitate, puse la dispoziț ia utilizatorilor p entru a realiza anumite prelucrări
specifice asupra informațiilor, prelucră ri comune tuturor utilizatorilor;
3. Software -ul de aplicaț ie, constituit din programe ale utilizatorilor, care re zolvă
probleme cu un nivel redus de generalitate, specifice fiecă rui utilizator.
În continuare, prezentăm software -ul de aplicație al sistemului ISOTEC. Acesta a fost
creat în mediul de programare Matlab, utilizând tehnici de programare dinamică și a fost
prezentat amănunțit în [101].
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
101
5.4.1. Modelarea matematică a profilului de viteză al unui vehicul electric
Software -ul ISOTEC respectă aspecte le teoretice și conceptuale privind simularea
depla sării unui vehicul electric în rețeaua de transport public urban , expuse în capitolul 2 al
acestei teze.
Plecând de la Legea a II -a a lui Newton, sofware -ul ISOTEC rezolvă ecuația :
dtdvkmRFt (5.1)
unde
Ft – forța de tracțiune a vehiculului
R – rezistența la înaintare
m – masa totală a vehiculului
k – factorul maselor în mișcare
v – viteza vehiculului
Datorită dificultății rezolvării analitice a acestei ecuației (1), se folosește o metodă de
aproximare numerică. Incrementul de viteză, Δv, este ales suficient de mic î ncât celelalte
variabile (forța de t racțiune F t, forța de frânare F f, accelerația a, decelerația a f, forțele rezistive
R) pot fi considerate constante pe intervalul de viteză ales.
Pașii folosiți în programul de simulare au la baza următoarele elemente :
Δvv v i 1i
(5.2)
2v vvi 1i
med
(5.3)
unde
vi+1 – viteza pe intervalul următor
vmed – viteza medie pe un interval [i, i+1]
Mișcarea VE este caracterizată de următoarele ecuații [ 101]:
kmRFati
(5.4)
ii 1iaΔvt t
(5.5)
Δt vd)t (t vd dav i i 1i med i 1i
(5.6)
unde
ai – valoarea accelerației pe următorul segment
ti+1 – timpul în care se atinge viteza v i+1
di+1 – distanța în care se atinge viteza v i+1
Accelerația depinde de caracteristicile echipamentul de tracțiune și ale traseului .
Datorit ă aspectelor legate de co mfortul pasagerilor, accelerația și decelerația sunt limit ate la
anumite valori .
În tabelul nr. 5.2 sunt prezentate cele patru mod uri de conducere al unui VE, luate în
considerare de software -ul ISOTEC :
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
102
Tabelul nr. 5. 2: Regimuri de conducere al VE -ului
Mod de conducere Model matematic Viteza
Accelerare Ft – R > 0 v→ v max
Mers cu viteză constantă Ft = R v = vmax
Mers din inerție Ft = 0 v ≤ v max
Frânare Ft – R < 0 v→0
Calculul distanței de f rânare se bazează pe o parcurgere inversă , virtuală , a traseului .
Se proiectează o traiectorie inversă , începând de la următorul punct de oprire sau de la punct ul
unde există o limitare de viteză . Accelerarea până la viteza actuală este realizată utilizând
forța de frânare în locul celei de tracțiune și va avea formă vectorială.
Astfel, software -ul ISOTEC calculează decelerarea folosind formula :
kmRFaff
i
(5.7)
unde,
Ff – forța de frânare a vehiculului
Modulul de frânare este inițializat când vehiculul atinge distanta de frânare față de
următorul punct de oprire. Decelerarea va fi egală cu accelerarea calculată dar parcursă în
sens invers .
5.4.2 . Programarea dinamică
Programarea dinamică [109] reprezintă o metodă de rezolvare a unei probl eme
complexe prin împărțirea aces teia în subprobleme mai simple care se suprapun. Aceasta
metodă se poate aplica în cazul unor probleme a căror soluție se poate construi dinamic, în
timp, adică deciziile care conduc la obținerea rezultatului se pot lua pas cu pas, pe baza
deciziilor luate în pașii anteriori. Practic, există un proces decizional desfășurat în mai multe
etape, plecând de la o stare inițială către starea următoare prin luarea unei decizii și tot așa,
mai departe, până la soluția (starea) final ă. Prin luarea deciziilor in fiecare stare, soluția finală
este cea optimă.
Algoritmii de programare dinamică [110] sunt utilizați pentru probleme de optimizare.
Aceștia analizează toate posibilitățile de rezolvare a problemei și o aleg pe cea mai bună .
Există două modalități de abordare a problemelor prin metoda programării dinamice:
– Metoda înainte (forward) în care starea inițială consituie punctul de plecare spre
rezolvarea problemei
– Metoda în apoi (backward) în care se pleacă de la starea finală, în ord ine inversă
desfașurării reale a procesului
– Metoda mixtă care combină metodele de mai sus
Software -ul sistemului ISOTEC a fost construit folosind principiile programării
dinamice, atât metoda inainte (forward) cât și cea înapoi (backward). Figura nr. 5.7 prezintă
cele mai importante subrutine ale software -ului ISOTEC .
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
103
Figura nr. 5. 7: Principalele subrutine ale software -ului ISOTEC
Sunt folosite module de calcul pentru accelerare, frânare, mers constant și din inerție .
Mai întâi, software -ul testează care din scenarii se potrivesc situației date și apoi le combină
pentru a obține cel mai eficient profil de viteză. Întotdea una se ține cont de limitările ș i
restricțiile impuse de calea de rulare , semnalizare și trecerea pr in intersecții.
Schema logică a software -ului sistemului ISOTEC este prezentată în Anexa nr. 4 , iar
codul programului scris în limbaj Matlab în Anexa nr. 5.
5.5. CONCLUZII ȘI CO NTRIBUȚII PERSONALE
În cadrul acestui capitol a fost prezentată o unealtă de simulare și modelare a profilului
de viteză a unui vehicul electric și de calcul al consumului de energie aferent. Sistemul
propus, ISOTEC, utilizează programarea dinamică pentru a modela ecuații bine -cunoscute
care descriu deplasarea vehiculelor și consum ul de energie. Noutatea adusă de prezenta
cercetare este ideea de a modela viteza pe baza informațiilor primite de la alte vehicule, de la
echipamentele de pe marginea drumului, de la Centr ele de Management al Traficului și
Transportului Public, referitoar e la culoarea semaforului atunci când VE -ul va trece prin
dreptul lui și despre prezența altor vehicule pe aceeași secțiune.
Pe baza acestor informații , sistemul ISOTEC calculează profilul de viteză astfel încât
acesta să fie constant și continuu, fără opriri inutile între două stații de pasageri . Daca două
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
104
sau ma i multe vehicule circulă pe acee ași secțiune, modelarea în timp real a vitezei fiecăruia
îmbunătățește fluiditatea traficului, uniformizează distribuția vehiculelor pe traseu, corectează
frecvența de circulație și poate facilita utilizarea energiei recuperate prin frânare. De
asemenea, limitează căderile de tensiune de pe linia de contact.
Sistemul indică șoferului viteza maximă recomandată între două stații și punctul de la
care trebuie să înceapă regimul de mers din inerție și cel de frânare, pentru a minimiza
consumul de energie , fără însă a afecta eficiența sistemului de transport
Sistemul ISOTEC face parte din cadrul t ehnologii lor avansate de control al vehiculului
(AVCS ). Acestea cuprind sisteme din vehicul sau din teren care ofer ă o siguran ță și un control
sporit pentru conduc ătorul auto și pasageri , prin asigurarea de informa ții suplimentare
referitoare la mediu sau ajutând activ șoferul în sarcinile sale legate de condus. Sistemul
ISOTEC cr ește productivitatea și eficiența operațională prin monitorizarea conducătorului de
vehicul, localizarea automată a vehiculelor și managementul flotei de vehicule.
Software -ul sistemului ISOTEC a fost scris cu ajutorul mediului de programare
Matlab, respec tând principiile programării dinamice. Acest tip de programare s-a dovedit a fi
o unealtă eficientă pentru rezolvarea problemelor legate de optimizări și simularea
deplasărilor vehiculelor. Timpul redus de calcul este util în această aplicație, optimizarea în
timp real fiind un proces care necesită obținerea rezultatelor cât mai rapid.
Implementare a sistemului ISOTEC prezintă următoarele avantaje:
– Reduce consumul de energie electrică prin :
– Eliminare a opririlor inutile în fața intersecțiilor semaforizate ;
– Eliminarea creșterilor de viteză pe distanțe mici ;
– Indicarea punctului unde ar trebui să înceapă regimul de mers din inerție
fără să fie afectat timpul de călătorie ;
– Indicarea punctului unde ar trebui să înceapă frânarea pentru a folosi doar
metoda electr ică și pentru obține o decelerare cât mai lină;
– Îmbunătățește frecvența de circulație și fluiditatea traficului ;
– Ușurează munca vatmanului/șoferului prin asistarea sa în procesul de conducere ;
– Pregătește terenul pentru implementarea unor sisteme semi -autom ate de
conducere a unui vehicul electric, realizabile în special pe zonele cu cale proprie
de rulare ;
– Pregătește terenul pentru implementarea unui sistem ce va sincroniza frânarea
unui vehicul cu accelerarea altuia, pentru a folosi un procent cât mai mare din
energia recuperată din procesul de frânare.
Optimizarea în timp real a profilului de viteză a unui vehicul electric de transport
public de suprafață poate aduce importante economii fina nciare oricărei autorități de transport
capabile de a implementa un astfel de sistem.
Contribuțiile personale aduse la întocmirea acestui capitol sunt:
– Realizarea unui sistem inteligent de transport, al cărui principal obiectiv este
optimizarea profilului de viteză a unui vehicul electric din transportul public de
suprafa ță, cu scopul reducerii consumului de energie electrică;
– Proiectarea arhitecturilor funcționale și fizice ale sistemului pentru o bună
înțelegere a funcționării acestuia ;
– Realizarea unui algoritm de calcul al profilului de viteză și al consumului de
energ ie electrică aferent . Elementele de noutate și originalitate cuprinse în
acest algor itm privesc modelarea vitezei unui vehicul electric cu ajutorul
tehnicii computerizate de calcul , ținând cont de informațiile obținute în timp
real despre statusul semafoar elor și prezența altor vehicule pe aceeași secțiune ;
– Simularea funcționării acestui algoritm cu ajutorul mediului de programare
Matlab ;
– Evidențierea beneficiilor aduse de implementarea sistemului ISOTEC.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
105
CAPITOLUL 6 . STUDIU DE CAZ PENTRU OPTIMIZAREA
CONS UMURILOR DE ENERGIE ELECTRICĂ
6.1. INTRODUCERE
Pentru demonstrarea beneficiilor aduse de implementarea sistemului ISOTEC, î n
capitolul șase se prezintă un studiu de caz. Folosind software -ul sistemului , se realizează
diverse simulări care să evidențieze obiectivele propuse al prezentei teze. Se studiază atât
situația existentă cât și cea obținută cu ajutorul sistemului.
Mai intâi, se expun rezultatele experimentale obținute pentru traseul dintre două stații
de tramvai, între care există un semafor. Au fos t alese stațiile Apaca și Pod Grozăvești,
distanța între ele fiind de 995m. Între cele două stații, la kilometrul 0+835, este poziționat
semaforul de la intersecția cu str. Econom Cezărescu.
Pentru o mai bună exemplificare a metodelor de simulare și model are, s -a ales pentru
reprezentare și o parte din linia de tramvai nr. 35, aferentă arealului substației Basarab.
Lungimea totală a traseului este de 2822 m. Substația Basarab alimentează 6,75 km de linie
de contact cale simplă, împărțiți în 7 tronsoane. Se utilizează nivelul de tensiune de 750V,
acesta fiind cel folosit în București pentru alimentarea sistemului de transportul public urban.
Linia aeriană de contact folosită pentru simulare este specifică liniilor de tramvai
urbane, fiind compusă dintr -un singur fir de contact din cupru electrolitic dur, fără cablu
purtător. Șinele metalice ale căii de rulare îndeplinesc și funcția de conductor de întoarcere al
curentului electric de tracțiune. Șina folosită în simulările prezentate în acest raport este 62R2 ,
confecționată din oțel.
Pentru acest studiu de caz , vehiculul electric folosit este tramvaiul cu podea joasă (LF
– low fl oor) marca Combino , produs de compania germană Siemens.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
106
6.2. TRASEUL LINIEI DE TRAMVAI ȘI VEHICULUL ELECTRIC
6.2.1. Linia de tramvai
Linia de tramvai nr. 35 din arealul substației Basarab, ce face obiectul acestui studiu
de caz, este poziționată în sectoarele 1 și 6. Aceasta face le gătura între cartierele rezidenț iale
Drumul Taberei, Militari, Giulești și Titulescu și anumi te puncte de interes public, cum ar fi:
Gara de Nord, Gara Basarab, Universitatea Politehnica din București, Stadionul Giulești,
magazinul de cumpărături AFI Cotroceni.
Substația Basarab a fost realizată și dată în folosință în anul 2011, împreună cu o par te
din traseul de linie de tramvai pe care îl deservește: cel de pe noul Pasaj Suprateran Basarab.
Acest pasaj a fost construit cu scopul de a fluidiza traficul în zona de Nord -Vest a
capitalei și de a completa inelul interior de circulație al Municipiului București. Pasajul are
câte două benzi de circulație pe sens și linia de tramvai dispusă pe centru. În zona de nord,
construcția se compune dintr -un pod hobanat cu o înălțime a pilonilor de 84 de metri (figura
nr. 6.1.). Acesta traversează intersecția din tre Bulevardul Dinicu Golescu și Șoseaua
Orhideelor, calea ferată din Gara de Nord și Calea Griviței.
,
Linia de tramvai din arealul substației Basarab pornește de la intersecția B -dlui Vasile
Milea cu B -dul Timișoara, continuă pe B-dul Vasile Milea, intersectează B -dul Iuliu Maniu și
apoi Splaiul Dâmboviței, după care se desparte: o linie rămâne la sol și una urcă pe pasaj. În
figura nr. 6.2 , se poate vedea linia de tramvai de sub podul in arc , de la intersecția cu Splaiul
Dâmboviței.
Linia de la sol continuă traseul pe Șos. Orhideelor până la intersecția cu Calea Giulești
și Calea Plevnei, loc unde se bifurcă. O linie merge pe Calea Giulești până la stația Pasaj
Grant (unde se termină zona de interes) și alta spre Gara Basarab și Gara de Nord. În zona
Gării Basarab, există o buclă de întoarcere pentru tramvaie sau mai există posibilitatea de a
continua t raseul spre Gara de Nord, pe B -dul Dinicu Golescu, până la Piața Gării de Nord,
acolo unde se termină arealul substației Basarab.
În figura n r. 6.3 este prezentată schematic linia de tramvai ce aparține arealului
substației Basarab . Cu linie roșie este simbolizată linia de la sol. Figura nr. 6. 1:
Linia de tramvai de pe pasajul
suprateran Basarab Figura nr. 6. 2:
Linia de tramvai de sub podul în
arc de la Șos. Grozăvești
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
107
Figura nr. 6. 3: Traseul linie de tramvai din arealul substatiei de trac tiune Basarab
Linia pe pasaj, simbolizată cu alba stru în figura nr. 6.3, începe după i ntersecția B -dului
Vasile Milea cu Splaiul Dâmboviței și continuă pe Pasajul Suprateran Bas arab, până la
intersecția cu B -dul Nicolae Grigorescu.
În arealul substației B asarab, din punct de vedere al organizării circulației, există 3
trasee de tramvai: linia nr. 1, nr. 11 și nr. 35. În prezentul studiu de caz a fost analizată , din
punct de vedere al consumului de energie electrică, linia nr. 35.
Figura nr. 6.4 prezintă tr aseul liniei de tramvai nr. 35, precum și pozițiile stațiilor de
debarcare/îmbarcare pasageri.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
108
Figura nr. 6. 4: Traseu liniei de tramvai nr. 35 din arealul substatiei Basarab
Linia de tramvai nr. 35 face legătura între cartierele rezidențiale Dr. Taberei și Militari
și Ga ra Basarab. Aceasta străbate B -dul Vasile Milea, intersectează B -dul Iuliu Maniu, Șos.
Grozăvești, Splaiul Dâmboviței, Calea Plevenei – Calea Giulești, continuă traseul pe Șos.
Orhideelor până ajunge la bucla de întoarcere de la Gara Basarab.
Tabelul nr. 6.1 prezintă stațiile de debarcare/îmbarcare pasageri și intersecțiile
semaforizate de pe traseu studiat, pozi ția lor kilometrică și timpul ma xim de oprire.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
109
Tabelul nr. 6. 1: Poziția stațiilor ș i semafoarele de pe traseul liniei de tramvai nr. 35
Nr. crt Denumire punct de oprire Poziție
kilometrică Timp maxim de
oprire
1. Început proiect – Intersecț ie Bd. Timisoara 0+000 00:00
2. Semafor – intersecț ie Bd. Iuliu Ma niu 0+555 01:45
3. Stație – Bd. Iuliu Maniu 0+670 00:15
4. Semafor – intersecț ie Econom Cezarescu 1+505 00:50
5. Stație – Pod Grozăveș ti 1+665 00:15
6. Semafor – intersecție Splaiul Independenț ei 1 1+670 02:15
7. Semafor – intersecție Splaiul Independ enței 2 1+725 02:15
8. Stație – Calea Plevnei 2+330 00:15
9. Semafor – Calea Plevnei 2+330 02:15
10. Semafor – Calea Plevnei 2 2+365 02:15
11. Stație – Calea Plevnei 2 2+480 00:15
12. Stație – Gara Basarab 2+670 00:15
13. Semafor – Gara Basarab 2+68 5 02:15
14. Sfârșit proiect – Capă t de linie Gara Basarab 2+822 00:00
Pentru calculul rezistențelor la înaintare, este necesar să fie cunoscute profilele
orizontale și verticale ale linii lor de tramvai. În tabelul nr. 6.2 sunt prezentate razele curbelor
liniei nr. 35, delimitarile lor kilometrice precum și limitările de viteză pe care acestea le
impun. De asemenea, sunt evidențiate și pozițiile macazelor, prezența acestora constituind tot
o limitare de viteza.
Tabelul nr. 6. 2: Profilul orizontal al liniei de tramvai nr. 35
Nr. crt Kilometru început
curbă Kilometru sfârșit
curbă Raza [m] Viteza maximă
admisă [km/h]
1. 0+673 1+030 500 41
2. 1+514 1+595 120 20
3. 1+595 1+621 315 33
4. 1+936 2+268 500 41
5. 2+330 2+336 Macaz 20
6. 2+708 2+714 Macaz 20
7. 2+714 2+822 60 11
În tabelul nr. 6.3 sunt evidențiate cotele de nivel, delimitările kilometrice ale acestora
și panta rezultată din calcule.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
110
Tabelul nr. 6. 3: Profilul verti cal al liniei de tramvai nr. 35
Nr. crt Poziție
kilometrică Cota Z Distanta Diferenta
de nivel Panta [% 0]
1. 0+000 88,5 0 – –
2. 0+316 88,0 316 0,5 -1,58
3. 0+490 87,0 174 1,0 -5,75
4. 0+590 87,5 100 -0,5 5,00
5. 0+685 87,0 95 0,5 -5,26
6. 0+800 83,0 115 4,0 -34,78
7. 0+950 78,0 150 5,0 -33,33
8. 1+030 77,6 80 0,4 -5,00
9. 1+185 77,1 155 0,5 -3,23
10. 1+675 75,4 490 1,7 -3,47
11. 1+710 75,8 35 -0,4 11,43
12. 1+790 75,7 80 0,1 -1,25
13. 2+235 83,3 445 -7,6 17,08
14. 2+570 83,0 335 0,3 -0,90
15. 2+690 82,6 120 0,4 -3,33
16. 2+822 82,7 132 -0,1 0,76
6.2.2. Vehiculul electric
Pentru acest studiu de caz s -a folosit tramvaiul cu podea joasă (LF – low fl oor) marca
Combino , produs de compania germană Siemens.
Caroseria acestui tip de tramvai este confecționată în mare parte din aluminiu,
structura sa fiind una de tip modular ceea ce înseamna că poate fi ușor adaptat pentru diferite
lungimi (maxim 6 segmente). Lungimea acestuia poate varia de la 19m la 54m, cu o
capacitate de la 100 până la 250 de c ălători. Pentru simularea din cadrul prezentului studiu s-a
folosit un tramvai cu o lungime de 30m, lungimea med ie pentru un astfel de vehicul.
Toate versiunile acestui tramvai au podea joasă de 300 mm înălțime, și o greutate pe
osie de 10 tone. Poate fi c onstruit bi direcțional (cu două cabine de conducere) și cu sistem
adițional de propulsie , bazat pe motoare diesel.
Sistemul de frânare are patru componente care funcționează independent una de alta:
– frâna electrodinamică pe osiile motoare ;
– frânare hidraul ică pe osiile motoare ;
– discuri de frînă pe osiile purtatoare ;
– patine de frână, electromagnetice, pe toate osiile .
Se alimentează de la rețeaua electrică de 600Vc.c. sau 750Vc.c., tensiune pe care o
convertește , prin intermediul a 3 invertoare , în 400V a.c. necesari funcționării motoarelor.
Invertoarele sunt construite cu IGBT -uri, cu modulare de impulsuri.
Motoarele asincrone trifazate funcționează și î n regim de generator pe perioada
frânării, permițând recuperarea și întoarcerea energiei electrice în lin ia aeriană de contact sau
în dispozitive de stocare, amplasate în substațiile de tracțiune. Iluminatul, aerul conditionat si
alte dispozit ive de la bord se alimentează cu 24Vc.c. Echipamentele electrice se află în
containere amplasate în partea superioara a tramvaiului (pe acoperiș).
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
111
Schema electrică a tramvaiului cu principalele module componente este prezentată în
figura nr. 6.5 :
Figura nr. 6. 5: Schema electrică a tramvaiului Siemens Combino
În tabelul nr. 6.4. se gă sesc principalele caracteristici ale acestui vehicul:
Tabelul nr. 6. 4: Caracteristicile principale ale tramvaiului Siemens Combino
Caracteristici caroserie
Tip vehicul Vagon motor articulat, cu 5
articulații
Dimensiuni [lungime, lățime] 30520mm, 2300mm
Înălțimea podelei fața de șine 300mm
Scari de acces / Podea coborâtă Nu / Da
Înălțime acces în vehicul 300mm
Pondere podea joasă 100%
Capacitate – nr. de locuri pe scaune
– nr. de locuri în picioare (4pers/ m2)
– nr. total de locuri (4pers/m2) 74
101
175
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
112
Caracteristici dinamice
Viteza maximă 70km/h
Accelerația maximă 1,3m/s2
Decelerare maximă de serviciu 1,55 m/s2
Masa
Masa proprie 31,7t
Masa la un grad de ocupare de 2/3 din capacitatea
totala 44t
Masa maximă 50,2t
Boghie și roti
Tip boghiu Bo’2’Bo’
Ecartamentul 1435mm
Diametru roata nouă/uzată 600mm/520mm
Diametru bandaj 95mm
Caracteristici motor
Număr de motoare 4 buc
Tip motor 1 TB 1422 – OG A03
Raport de transmisie 5,444
Puter e motor la 1580ro/min, 380V si 221A 100W
Viteza maximă cca. 4800rot/min
Greutate max imă motor 421kg
Sistem de propulsie
Nr. de invertoare 2
Nr. de convertizoare statice 1
Putere – 400V c.a. 12kVA
– 24V c.c. 8kVA
Tip răcire Fortață cu a er
Sistem de frânare
Frânare re cuperativă / rezistivă Da
Forța de frânare 60kN
În anexa nr. 6 sunt prezentate graficele mărimilor caracteristice specifice tramvaiului
Siemens Combino, utilizate în programul pentru simularea și modelarea profilului de v iteză și
a consumului de energie electrică aferent:
– Forța de tracțiune și forța de frânare în funcție de viteză
– Forța de tracțiune și rezistențele la înaintare, pentru diferite pante ale liniei
– Forța de frânare și rezistențele la înaintare, pentru diferite rampe ale liniei
– Puterea electrică necesară la accelerare și debitată la frânare
– Curentul absorbit pentru accelerare/ debitat la franare
Software -ul sistemului ISOTEC utilizat pentru realizarea simulări lor prezentate în
cadrul acestui studiu , poate folosi orice alt tip de tramvai iar simulările pot fi realizate cu
ușurință introducând datele altei companii producătoare. Pentru a fi compilate, sunt necesare
introducerea valorilor forței de tracțiune în funcție de viteză Ft(v), forței de frânare în funcție
de viteză Ff(v), rezistențele în aliniament și pantă / rampă Ra (v), puterea electrică P(v), a
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
113
datelor despre greu tatea vehiculului și încărcătură și consumul de energiei electrică specific
serviciilor auxiliare.
6.3. SISTEMUL DE AL IMENTARE CU ENERGIE ELECTRICĂ
Sistemul de alimentare cu energie electrică a VE este prezentat în figura nr. 6.6 și este
format din:
– Substația de tracțiune electrică STE
– Cabluri de alimentare CA (fideri) și de retur CÎ
– Linia aeriană de contact LC
– Calea de rulare CR
Figura nr. 6. 6: Schema de principiu a sistemului de alimentare cu energie electrică a unui
tramvai
Pentru simulările făcute în cadrul acestui studiu, am utilizat nivelul de tensiune de
750V, acesta fiind cel folosit în București pen tru alime ntarea sistemului de transport public
urban.
Substația de tracțiune electrică Basarab este alimentată din Sistemul E nergetic
Național (SEN) cu tensiunea de 20 kV c.a., printr -o linie electrică (LE) pozată subteran. STE
realizează două funcții:
– asigură reducerea nivelului tensiunii trifazate la 0,62kV c.a. ;
– realizează conversia energie i din c.a. în c.c.
Schema electrică a substației, ilustrată în figura nr. 6.7 , conține următoarele elemente:
– Instalația de medie tensiune 20 kV (1 -4) ;
– Grupuri trafo -redresor pentru tracțiune :
– Transformatorul T 20 / 0,620 kVc.a (5) ;
– Redresorul R 750 Vc.c., în punte trifazată, cu 6 pulsuri (6) .
– Instalația de distributie curent continuu 750 Vcc bara pozitivă (8 -12) ;
– Instala ția de distribuție curent continuu bara ne gativă (13) ;
– Instalația pentru servicii proprii (7, 14 – 17).
Rezistența internă a substației luată în calcul în cadrul simulărilor prezentate în acest
studiu este de 0, 02Ω, valoare caracteristică medie pentru substațiile de acest tip.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
114
Figura nr. 6. 7: Schema electrică monofilară a substației de tracțiune Basarab
Cablurile de alimentare și de retur au următoarele caracteristici:
– tensiune nominală: 1,8 / 3 kV
– secțiune nominală conductor: 500 mmp
– secțiune nominală ecran: 5 0 mmp
– izolație conductor: polietilenă reticulară (XLPE)
– temperatura admisibila a conductorului:
– în co ndiții normale de funcționare: 90ș C ;
– temperatura admisibilă a conductorului în condiții de scurtcircuit (mai puțin de 5
secunde): 250° C ;
– rezistivitate a electrică a conductorului la 20ș C: 0,0366 / km ;
– rezistența electrică a ecranului la 20ș C: 0, 387 / km ;
– raza minimă de îndoire a cablurilor: 20 x diametrul exterior cablu
Linia aeriană de contact folosită pentru simulare este specifică liniilor de tramvai
urbane, fiind compusă dintr -un singur fir de contact, fără cablu purtător. Firul de contact este
confecționat din cupru electrolitic dur și are în secțiune transversală formă circulară, cu renuri,
așa cum este arătat în figura nr. 6.8 .
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
115
Caracteristici geometrice și electrice principale ale firului de contact sunt:
– secțiune nominală: 100mm²
– greutate: 0,89kg/ml
– d=12mm; c= 4 mm
– rezistență electrică la 20ș C: 0,18 Ω/km
– valoarea curentului admisibilă în regim permanent: 455A
Șinele metalice ale căii de rulare îndeplinesc și funcția de conductor de întoarcere al
curentului electric de tracțiune. Șina folosită în simulările prezentate în acest raport este 62R2
(figura nr.6.9 ) și este confecționată din oțel.
Caracteristicile geometrice și electrice de interes ale șinei 62R2 sunt următoarele:
– secțiunea nominală: 7886 mm2
– masa liniară: 61,91 kg/m
– rezistivitatea electrică la 20ș C: 28,9 mΩ/km
Șinele de cale ferată constituie o partea esențială a structurii căii de rulare deoarec e
suportă direct solicitările statice și dinamice imprimate de vehicule, asigură conducerea în
cale și permit rularea corectă a roților montate pe osii. Pentru a diminua dispersia curentului
de retur (de tracțiune), la calea de rulare pentru tramvai se pra ctică sudarea șinelor pe toată
lungimea liniei.
Linia aeriană de contact este împărțită în mai multe secțiuni, fiecare secțiune fiind
alimentată dintr -un centru, prin cabluri de alimentare, de la bara pozitivă a substației.
Secțiunile sunt separate din pu ncte de vedere electric prin izolatoare de secțiune.
În figura nr. 6.10 , este prezentată schema monofilară a liniei de contact din arealul
substației Basarab. Sunt indicate pozițiile centrelor de alimentare , a izolatorilor de secțiune și
a punctelor de inj ecție.
Figura nr. 6. 8: Fir de contact
pentru tramvai Figura nr. 6. 9: Șina cu canal 62R2
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
116
Figura nr. 6. 10: Schemă monofilară de alimentare linie de contact aferentă substației Basarab
Substația Basarab alimenteaza 6,75 km de linie de contact cale simplă, împărțiți în 7
tronsoane. Tabelul nr. 6 .5 conți ne denumirea centrelor, lungimea cablurilor de alimentare si
de retur măsurate de la substație la centru, limitele secțiunilor de linie de contact alimentate și
lungimea acestora.
Tabelul nr. 6. 5: Centrele și secțiunile a limentate din substația de tracțiune Basarab
Nr.
centru Denumire centru Lungime cablu
[km] Limite linie de contact
alimentată Lungime tronson
[km]
1 Econom Cezarescu 1,1 135-140 1,5
2 Regie 0,2 143-21-90-84 0,9
3 Carrefour 0,2 135-143-133 0,75
4 Pasaj Basarab 0,3 133-144 1,05
5 Giuleș ti 0,3 21-22 1
6 Orhideea 0,3 90-84-86 0,65
7 Gara de Nord 1 86-87 0,9
Centre alimentate din alte substații de tracțiune:
– Centrul nr. 8: Teatrul Giulești alimentat din substația de tracțiune Giulești
– Centrul nr. 9: Ma ramureș alimentat din substația de tracțiune Gara de Nord
– Centrul nr. 10: Titulescu din substația de tracțiune Grivița
– Centrul nr. 11: Apaca din substația de tracțiune Răzoare
Datorită lungimii mari și a traficului intens, anumite secțiuni (140 -135, 21 -22, 7-9)
sunt alimentate cu ajutorul a dou ă centre care nu provin din acee ași substație. Astfel, utilizând
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
117
alimentarea bilaterală se limitează căderea de tensiune pe linia de contact. Conform
standardului EN 50163, valoarea tensiunii tramvaiului nu poate fi m ai mică de 500V pentru
cazul în care tensiunea de alimentare este de 750V.
În prezentul studiu de caz prezintă interes schema de alimentare a liniei de tramvai nr.
35. În tabelul nr. 6.6 sunt prezentare pozițiile kilometrice ale punctelor de alimentare și
delimitările sectoarele prin izolatori de secționare (IS).
Tabelul nr. 6. 6: Pozitionare puncte de alimentare și izolatori de sectiune (IS) pe traseul liniei de
tramvai nr. 35
Nr.
tronson Denumire centru Poziție
kilometri că Început tronson
alimentat Sfârș it tronson
alimentat Lungime
tronson
alimentat
[m]
A Centrul nr. 11: Apaca 0+490
IS 140: 0+000 IS 135: 1+325 1325 Centrul nr. 1: Econom
Cezarescu 1+320
E Centrul nr. 3:
Carrefour 1+850 IS 135: 1+325 IS 143: 1+855 530
F Centrul nr. 2: Regie 2+110 IS 143: 1+855 IS 84: 2+458 603
G Centrul nr. 6: Orhideea 2+460 IS 84: 2+458 IS 86: 2+822 364
6.4. SITUAȚIA ACTUALĂ PRI VIND CONSUMUL DE ENE RGIE
6.4.1. Stația Apaca – Stația Pod Grozăvești
Pentru a dovedi că implementarea si stemului ISOTEC ar aduce o îmbunătățire majoră
a fluidității profilului de viteză, precum și o reducere substanțială a consumului de energie, s –
au realizat simulări simple, care să evidențieze obiectivele propuse al prezentei teze.
Mai întâi, prezentăm rez ultatele experimentale obținute pentru traseul dintre două
stații, între care există un semafor. S -au ales stațiile Apaca și Pod Grozăvești, distanța între ele
fiind de 995m. Între cele două stații, la kilometrul 0+835, este poziționat semaforul de la
intersecția cu str. Econom Cezărescu.
În tabele nr. 6.7 și 6.8 sunt descrise profilul orizontal, vertical și restricțiile de viteză
pentru această porțiune de traseu.
Tabelul nr. 6. 7: Profilul orizontal pentru zona dintre Sta ția Apaca – Stația Pod Grozăvești
Nr. crt Kilometru început
curbă Kilometru sfârșit
curbă Raza [m] Viteza maximă
admisă [km/h]
1. 0+003,000 0+360,000 500 41
2. 0+844,000 0+925,000 120 20
3. 0+925,000 0+951,000 315 33
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
118
Tabelul nr. 6. 8: Profilul vertical pentru zona dintre Stația Apaca – Stația Pod Grozăvești
Nr. crt Poziție
kilometrică Cota Z Distanț a Diferenț a
de nivel Panta [% 0]
1. 0+000,000 87,5 0 – –
2. 0+015,000 87,0 95 0,5 -5,26
3. 0+130,000 83,0 115 4,0 -34,78
4. 0+280,000 78,0 150 5,0 -33,33
5. 0+360,000 77,6 80 0,4 -5,00
6. 0+515,000 77,1 155 0,5 -3,23
7. 0+995,000 75,4 490 1,7 -3,47
După cum se poate observa, traseul este caracterizat de 3 curbe cu raze mari și de
declivitate mare (linie în pantă). Pe acest parcurs nu există nici un echipament special (macaz
sau încrucișare). Vatma nul folosește accelerația maximă 1.2 m/s2 și decelerația maximă 1.1
m/s2 (fără a lua în considerare mijloacele de frânare de urgență). Unde nu există limitări de
viteză imp use de topografie, este folosită viteza maximă de 50km/h (impusă de legislația auto
în vigoare). Nu se aplică nici o metodă de economisire a energiei electrice, nu se consideră
mersul din inerție. O data ce se ajunge la viteza maximă, aceasta este menținut ă până la
inițierea decelerării.
Soluția de alimentare est e cea descrisă în subcapitolul 6 .3, tipică pentru liniile de
tramvai. Secvența de sem aforizare pentru intersecția B -dul Vasile Milea cu str. Econom
Cezărescu este:
– Timpul de verde: 30s
– Timp de roșu 50s
În figura nr. 6.11 este prezentat graficul distanță și timp în funcție de viteză pentru
traseul descris. Stația Apaca este considerată punct de plecare, referință față de celelalte
puncte. Tramvaiul pleacă din această stație la momentul de timp t =0, ajunge la semaforul de
la Econom Cezărescu după 78s, unde staționează la culoarea roșie a semaforului timp de 50
de secunde (maxim posibil). Timpul total de călătorie între cele două stații este de 162s iar
timpul efectiv este de 112s. Viteza medie pentru a ceastă rută este de 22 km/h.
Figura nr. 6. 11: Profilul de viteză maximă în funcție de distanță și timp, între stațiile Apaca și
Pod Grozăvești, cu oprire la semafor 50s
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
119
Figura nr. 6.12 arată forma curentului absorbit din rețea și tensiunea pe pantograful
tramvaiului. Valoarea curentului mediu pentru această rută este de 150A. Consumul total de
energie electrică este de 5,08 kWh, ceea ce ar însemna un consum specific de 0,11 kWh/t*km .
În figura nr. 6.13, este prezentată va riația puterii consumate din rețea în timpul necesar
parcurgerii distanței dintre cele două stații.
Figura nr. 6. 12: Curentul absorbit și tensiunea pe pantograful tramvaiului pentru traseul dintre
stațiile Apaca și Pod Grozăvești, cu oprire la semafor 50s
Figura nr. 6. 13: Puterea consumată din rețea în funcție de timp pentru traseul dintre stațiile
Apaca – Pod Grozăvești, cu oprire la semafor 50s
Cu scop comparativ, se arată rezultat ele obținute după simularea traseului dintre cele
două stații, fără oprire la semafor, urmând profilul de viteză maxim permis. În figura nr. 6.14,
este prezentat graficul vitezei în funcție de distanță și timp. Viteza medie este net mai mare
față de situaț ia precedentă, respectiv 34,1 km/h, timpul total de călătorie este de 104 s, egal cu
timpul efectiv de călătorie, având în vedere că nu există opriri suplimentare.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
120
Figura nr. 6. 14: Profilul de viteză maximă pentru traseu l dintre stațiile Apaca și Pod
Grozăvești, fără oprire la semafor
Curentul mediu consumat este de 197,4A dar consumul total de energie electrică
4,24kWh. Consumul specific este de 0,093 kWh/t*km , ceea ce inseamnă o scădere de 19,8%
față de situația opriri i tramvaiului la semafor și staționarea pentru 50 de secunde. Figura nr.
6.15 și 6.16 prezintă variația curentului absorbit, tensiunea pe pantograf și puterea furnizată
de substație pentru profil ul de viteză din figura nr. 6.14 .
Figura nr. 6. 15: Curentul absorbit, tensiunea pe pantograf în funcție de timp pentru traseul
dintre stațiile Apaca și Pod Grozăvești, fără oprire la semafor
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
121
Figura nr. 6. 16: Curentul absorbit, tensiunea pe pant ograf și puterea în funcție de timp pentru
traseul dintre stațiile Apaca și Pod Grozăvești, fără oprire la semafor
În ambele situații descrise mai sus, nu s -a luat în considerare timpul petrecut în stații,
pentru debarcarea / îmbarcarea pasagerilor. Simul area se rezumă doar la parcurgerea efectivă
a traseului.
În tabelul nr. 6.9 sunt redați principalii parametri ce descriu deplasarea tramvaiului
între stațiile Apaca și Pod Grozăvești, cu variația timpului petrecut la semaforul de la
intersecția B -dul Vasil e Milea cu str. Econom Cezărescu. Așa cum era de așteptat , o oprire
suplimentară generează creșterea consumului de energie electrică. Cu cât timpul de staționare
este mai mare, cu atât viteza comercială de circulație sca de în detrimentul pasagerilor iar
consumul crește în detrimentul Regiei de Transport.
Tabelul nr. 6. 9: Principalii parametri ce descriu deplasarea tramvaiului între stațiile Apaca și
Pod Grozăvești, cu timpi diferiți de oprire la semaforul de la str. Econom Cezărescu
Timp
de
oprire
[s] Viteza
medie
[km/h] Timp total
de calatorie
[s] Timp
călătorie
până la
semafor [s] Curent
mediu
consumat
[A] Consum total
W energie
electrica
[kWh] Consum specific J
energie electrica
[kWh/txkm]
0 34,14 104,89 72,78 197,41 4,24 0,093
10 29,30 122,22 77,86 183,51 4,62 0,1019
20 27,09 132,22 77,86 173,44 4,73 0,1044
30 25,18 142,22 77,86 164,78 4,85 0,1070
40 23,53 152,22 77,86 157,26 4,96 0,1095
50 22,08 162,22 77,86 150,67 5,08 0,1120
6.4.2. Linia de tramvai nr. 35
Pentru o mai bună exemplificare a metodelor de simulare și modelare, s -a ales pentru
reprezentare o parte din linia de tramvai nr. 35, aferentă arealului substației Basarab. Aceasta
este descrisă în capitolul 6.2, împreună cu timpii petrecuți la fiecare staț ie. Lungimea totală a
traseului este de 2822 m.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
122
În cazul în care tramvaiul oprește la toate semafoarele și staționează timpul precizat
mai jos, profilul de viteza va arată ca cel din figura nr. 6.17. Viteza medie pe aceste traseu
este de 18,60km/h. Timpul total de călătorie este de 546 s (aproape 9minute) iar cel efectiv
431s (aproape 7minute).
S-au luat în considerare următorii timpi de staționare la semafor, aleși aleator, cu
scopul simulării:
– Semafor intersecție Bd. Iuliu Maniu – timp de staționare 25s
– Semafor intersecție Econom Cezărescu – timp de staționare 30s
– Semafor intersecție Spaiul Independenței 1 – timp de staționare 20 s
– Semafor intersecție Spaiul Independenței 1 – corelat cu Semaforul Grozăvești 1,
nu staționează decât în cazuri speciale
– Semaf or Calea Plevnei – timp de staționare 30s
– Semafor Calea Plevnei 2 – corelat cu Semaforul Calea Plevnei 1, nu staționează
decât în cazuri speciale
– Semafor Gara Basarab – timp de staționare 10s
Figura nr. 6. 17: Profilul d e viteză maximă în funcție de distanță și timp ce descrie deplasarea
tramvaiului pe linia nr. 35, cu oprire la toate semafoarele
În figura nr. 6.18, sunt arătate forma curentului, tensiunii și puterea în timp pentru ruta
prezentată. De -a lungul liniei, ex istă 5 puncte de injecție curent, poziționate la kilometrul
0+490, 0+1320, 0+1850, 0+2110 și 0+ 2460 . Se dorește observarea valorilor parametrilor
electrici în apropierea acestor puncte de injecție. Având în vederea că în aceaste zone căderea
de tensiune pe linia de contact este apr oape nulă, valorile curentului ș i tensiunii nu variază
mult față de valorile nominale.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
123
Figura nr. 6. 18: Curentul absorbit, tensiunea pe pantograf și puterea în funcție de timp pentru
linia nr. 35, aferentă arealului substației Basarab, cu oprire la toate semafoarele
În această situație, c urentul mediu consumat este de 175,40 A, consum total de energie
electrica 20,30 kWh iar consu m specific de energie electrica 0,1578 kWh/t*km .
În cazul în care ar exista implementat un sistem de undă verde și tramvaiul nu ar trebui
sa oprească la nici un semafor, profilul de viteză ar arată ca cel din figura nr. 6.19 . Se constată
o reducere drastică a timpului total de călătorie, acesta fiind de 397s. Timpul efec tiv de
călători e scade și el cu aproximativ 40 s iar viteza medie crește la o valoare de 25,5km/h.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
124
Figura nr. 6. 19: Profilul de viteză al tramvaiului pe linia nr. 35, cu undă verde la toate
semafoarele de pe traseu
Figura nr. 6.20 și 6.21 arată forma curentului absorbit din rețea, tensiunea pe
pantograful tramvaiului și puterea electrică necesară parcurgerii traseului cu profilul de v iteză
descris de figura nr. 6.19 .
Figura nr. 6. 20: Curentul absorbit din rețea și tensiunea pe pantograf pentru linia nr. 35, cursă
fără oprire la semafoare
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
125
Figura nr. 6. 21: Puterea electrică pentru linia nr. 35, cursă fără oprire la semafoare
Pentru această simulare, u n curent mediu de 213A a fost calculat, împreună cu un
consum total de energie electrică de 17,9 kWh. Consumul specific de energie electrică este de
0,139kWh/t*km.
6.5. PREZENTAREA ȘI INTERPRETAREA SOLUȚI ILOR OBȚINUTE CU
SISTEMUL ISOTEC
6.5.1. Stația Apaca – Stația Pod Grozăvești
În mod evident, situațiile descrise în capitolul 6.4 sunt fie ideale și optimiste (cazul în
care pe tot traseul semafoarele indică culoarea verde la trecerea tramvaiului prin intersecții),
fie ocazionale și destul de pesimiste (cul oarea semafoarelor este roșie și timpul de așteptare
pentru semnalul verde este egal cu cel maxim posibil). Însă, situația reală se poate reconstrui
foarte ușor din aceste ipoteze.
Prezentăm în continuare rezultatele experimentale, obținute prin simularea utilizării
sistemului ISOTEC (descris în capitolul V), pe segmentul de traseu dintre Stația Apaca și
Stația Pod Grozăvești.
Spre exemplificare, luăm în considerare cazul în care tramvaiul ajunge în dreptul
semaforului de la intersecția cu Șos. Econom Cez ărescu, la momentul de timp t =77.8s, când
acesta indică culoarea roșie pentru încă 10s. Principiul umătoarelor simulări este de a
transforma punctele de oprire în limitări de viteză. Astfel, la plecare din stația Apaca,
ISOTEC reconfigurează profilul de vi teză astfel încât tramvaiul să ajungă în dreptul
semaforului cel mai devreme la momentul de timp t 2 = 90s. În figura nr. 6.22 este arătat noul
profil realizat de ISOTEC cu eliminarea creșterilor de viteză inutile și a timpului de oprire la
semafor prin mic șorarea vitezei.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
126
Figura nr. 6. 22: Graficul vitezei în funcție de distanță și timp pentru traseul dintre stațiile
Apaca și Pod Grozăvești, cu modelarea vitezei pentru a evita oprirea la semafor pentru 10s
Figura nr. 6 . 23: Curentul absorbit din rețea, tensiunea pe pantograf și puterea electrică
consumată pentru parcurgerea traseului dintre stațiile Apaca și Pod Grozăvești, cu modelarea
vitezei pentru a evita oprirea la semafor 10s
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
127
Figura nr. 6.23 arată forma curentului absorbit din rețea, tensiunea pe pantograful
tramvaiului și puterea electrică consumată pentru un profil de viteză simulat cu ajutorul
sistemului ISOTEC.
În scop comparativ, în tabelul nr. 6.10, sunt prezentate valorile pri ncipalilor parametri
ce descriu deplasarea tramvaiului între stațiile Apaca și Pod Grozăvești, cu și fără modelarea
de viteză făcută de ISOTEC.
Tabelul nr. 6. 10: Principalii parametri ce descriu deplasarea tramvaiului cu și fără modelarea
vitezei între stațiile Apaca și Pod Grozăvești, timp de oprire la semafor 10s
Denumire parametru Cu oprire la semafor
t = 10 s Cu modelarea vitezei
folosind ISOTEC
Viteza medie [km/h] 29,30 29,15
Timp total de călătorie [s] 122,22 122,84
Timp efectiv de călătorie [s] 112,22 122,84
Curentul mediu [A] 183,51 104,59
Consumul total de energie
electrică [kWh] 4,62 2,72
Consumul specific de energie
electrică [kWh/t*km] 0,1019 0,0601
Se observă cu ușurință că viteza medie și timpul de c ălătorie sunt egale în cele două
situații. Confortul călătorie și fidelitatea transportului nu sunt afectate în nici un fel. Dar
consumul de energie electrică este redus cu aproximativ 41%, un procent deloc de neglijat.
În cazul în care timpul de staționa re la semafor este de 50 s, aplicând ISOTEC se va
obține profil ul de viteză din figura nr. 6.24 și formele parametril or electrici din figura nr. 6.25 .
Tramvaiul va ajunge în dreptul semaforului la momentul de timp t =127,48 s, atunci când
semaforul indică c uloarea verde. Configu rarea vitezei s e face astfel încât vehiculul să nu
ajungă niciodată la semafor la începutul secvenței de verde sau la sfârșitul ei, ci cu o marjă de
siguranță egală cu timpul necesar frânării în cazul apariției unui eveniment neprevăz ut.
Figura nr. 6. 24: Distanța și timp ul în funcție de viteză pentru traseul între stațiile Apaca și Pod
Grozăvești, cu modelarea vitezei pentru a evita oprirea la semafor 50s
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
128
Figura nr. 6. 25: Curentul consumat, tensiunea pe pantograf și puterea electrică consumată
pentru parcurgerea traseului între stațiile Apaca și Pod Grozăvești, cu modelarea vitezei pentru
a evita oprirea la semafor 50s
În tabelul nr. 6.11 , se prezintă spre compar ație valorile principalilor parametri ce
descriu deplasarea tramvaiului între Stațiile Apaca și Pod Grozăvești, cu oprirea vehiculului la
semafor pentru o perioadă de 50s și eliminarea punctului de oprire prin modelarea vitezei. Se
constată o scădere a con sumului de energie electrică cu circa 47%, în condițiile în care viteza
medie de călătorie și timpul total rămân neschimbate.
Tabelul nr. 6. 11: Principalii parametri ce descriu deplasarea tramvaiului cu și fără modelarea
vitezei între stațiile Apaca și Pod Grozăvești, cu timp de oprire la semafor 50s
Denumire parametru Cu oprire la semafor
t = 50 s Cu modelarea vitezei
folosind ISOTEC
Viteza medie [km/h] 22,08 22,00
Timp total de călătorie [s] 162,22 162,8
Timp efectiv de călătorie [s] 112,22 162,8
Curentul mediu [A] 150,67 73,88
Consumul total de energie electrică
[kWh] 5,08 2,67
Consumul specific de energie
electrică [kWh/t*km] 0,1120 0,0590
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
129
Tabelul nr. 6. 12: Tabe l centralizator pentru valorile vitezei si ale consumului de energie
electrica pentru o cursa cu evitarea opririi la semafor
Timp
de
oprire
[s] Viteza
medie
[km/h] Timp total
de calatorie
[s] Timp
călătorie
până la
semafor [s] Curent mediu
consumat [A] Consum total
W energie
electrica [kWh] Consum
specific J
energie
electrica
[kWh/txkm]
0 34,14 104,89 72,78 197,41 4,24 0,0930
10 29,15 122,84 90 104,59 2,72 0,0601
20 26,94 132,93 100 92,14 2,64 0,0584
30 25,07 142,84 110 83,86 2,62 0,0578
40 23,40 153,01 120 77,75 2,63 0,0580
50 22 162,8 130 73,88 2,67 0,0590
Tabelul nr. 6.12 centralizează valorile parametrilor principali pentru cursa descrisă mai
sus, cu modelarea vitezei în vederea eliminării opririi inutile la semaforul de la intersecția cu
Șos. Econom Cezărescu.
6.5.2. Linia de tramvai nr. 35
Pentru al -II-lea caz simulat în cadrul acestui studiu de caz, respectiv linia de tramvai
nr. 35 aferentă substației Basarab, profilul de viteză modelat cu ajutorul programului ISOTEC
este prezentat în fi gura nr. 6.26 .
Figura nr. 6. 26: Profilul de viteză al tramvaiului pe linia nr. 35
Folosind viteza maximă permisă, tramvaiul ajunge după 53s la primul semaf or, cel de
la intersecția cu B -dul Iuliu Maniu. Acolo staționea ză 25s, prin urmare pleacă la momentul de
timp t = 75,03s. ISOTEC elimină această oprire, micșorând viteza de circulație la 26 km/h
până în dreptul semaforului. Astfel, tramvaiul ajunge dupa 78s, moment în care este indicată
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
130
culoarea verde. La fel se proce dează și în cazul celorlalte semafoare, încercând pe cât posibil
obținerea unei rute line, fără modificări bruște de viteză.
Pentru situația descrisă mai sus, viteza medie de circulație este de 18,54 km/h iar
timpul total de călătorie 547s. Timpul de staț ionare în fiecare stație este de 15s, în total 75s.
Timpul efectiv de călătorie este egal de 472s, cu 40s mai mare decât în situația existentă
prezentată la punctul 6.4.2.
Figura nr. 6. 27: Curentul absorbit din rețea, tensiunea pe pantograf și puterea electrică pentru
linia nr. 35, cursă fără oprire la semafoare, modelare ISOTEC
În figura nr. 6.27 se prezintă variația curentului absorbit din rețea, tensiunea pe
pantograf și puterea consumată pentru profilul de viteză simulat cu ajutorul programului
ISOTEC. Curentul mediu consumat este de 103,77 A iar consumul total de energie electrică
12,65 kWh. Consumul specific scade la 0,0983kWh/t*km.
În tabelul nr. 6.13, sunt prezentate valorile celor mai importanți parametri ce descriu
deplasarea tramvaiului pe linia nr. 35, cu și fără modelarea vitezei în timp real, pentru timpi
de staționare aleși aleator.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
131
Tabelul nr. 6. 13: Principalii parametri ce descriu deplasarea tramvaiului pe linia nr . 35, cu și
fără modelarea vitezei, pentru timpi de staționare la semafoare aleși aleator
Denumire parametru Cu oprire la
semafoare Cu modelarea vitezei
folosind ISOTEC
Viteza medie [km/h] 18,60 18,54
Timp total de călătorie [s] 546 547
Timp efectiv de călătorie [s] 431 472
Curentul mediu [A] 175,40 103,77
Consumul total de energie
electrică [kWh] 20,30 12,65
Consumul specific de energie
electrică [kWh/t*km] 0,1578 0,0983
Se constată o scădere a consumului de energie electrică de circa 37%, în con dițiile în
care viteza medie și timpul total de călătorie sunt neschimbate.
6.6. CONCLUZII ȘI CO NTRIBUȚII PERSONALE
Așa cum era de așteptat, orice oprire suplimentară generează creșterea consumului de
energie electrică, în detrimentul Autorităților de Tra nsport. Viteza comercială scade
proporțional cu timpul de staționare în detrimentul pasagerilor. Optimizarea în timp real a
vitezei vehiculului electric , corelată cu factorii externi menționați mai sus , aduce o economie
substanțială de energie oricărei aut orități de transport care poate implementa un astfel de
sistem .
Pentru scenariile descrise mai sus, e conomia de energie variază de la 18% la 50%. Cu
cât timpul de călătorie și viteza sunt mai mici, cu atât se reduce consumul de energie.
Bineînțeles, o vite ză prea mică ar provoca frustrări pasagerilor de aceea sistemul ISOTEC
limitează viteza la un minim de 12 -15 km/h. În cazul în care nu se poate evita staționarea la
semafor datorită unui timp prea mare de așteptare sau a unei distanțe prea mici în care se
poate face modelarea, tramvaiul circulă până la punctul de oprire cu viteza minimă . Chiar și în
acest caz, se realizează o importantă economie de energie electrică, demnă de luat în
considerare.
Situațiile existente au fost verificate cu ajutorul software -ului “SymPrzej”, în cadrul
Universității Tehnice din Varșovia, Polonia, cu ocazia efectuării unui stagiu de pregătire.
Acest software este folosit de colectivul departamentului de Tracțiune Electrică al universității
poloneze pentru calculul consumului de energie electrică a sistemelor de transport urban, de
suprafață sau subteran și feroviar.
Contribu țiile personale aduse în cadrul acestui capitol cuprind:
– Simularea profilului de viteză a unui tramvai, pe traseul dintre două stații, cu
un semafor pozițion at la mijloc, cu și fără utilizarea sistemului ISOTEC
– Simularea profilului de viteză a unui tramvai, pe un traseu complex, ce
cuprinde mai multe stații de debarcare/îmbarcare pasageri, intersecții
semaforizate, macazuri și buclă de întoarcere, cu și fără u tilizarea sistemului
ISOTEC
– Exprimarea numerică a economiei de energie realizată cu ajutorul sistemului
ISOTEC
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
132
Această pagină a fost lasată intenționat goală.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
133
CAPITOLUL 7 . CONCLUZII ȘI CONTRIBUȚII PERSONALE
În cele ce urmează, se reiau și se sintetizează concluziile formulate în capitolele
anterioare, pentru o bună evidențiere a contribuțiilor aduse de această teză în domeniul
sistemelor de transport public urban electric de suprafață.
Deplasarea unui vehicul este descrisă cu ajutorul ecuației de mișcare, aceasta fiind
expresia matematică ce stabilește legătura între forțele care acționează asu pra vehiculului .
Cunoasterea ecuației de mișcare permite rezolvarea unor problemelor specifice, cum ar fi:
determinarea vitezelor și a timpilor de mers, alegerea modului de funcționare , stabilirea
sarcinii (a masei transportate) și a forțelor de frânare. Consumul de energie al unui vehicul
electric depinde de viteza și accelerația pe care acesta o are la fiecare moment de timp, de
forța de tracțiune proiectat ă să o dezvolte, masa totală, distanța parcursă și numărul de
opriri/porniri (în intersecț ii și stații) pe întreg traseul. Pentru reducerea consumului de energie
este indicată optimizarea profilului de viteză, singura variabilă a cărei modificare nu
generează investiții mari.
Astfel, pentru simularea și modelarea profilului de viteză și a accelerației unui vehicul
electric în transportul public urban, este necesară cunoașterea sau determinarea următorilor
factori:
– Performanțele dinamice ale echipamentului de tracțiune, ale motoarelor și ale
dispozitivelor de comandă și control. Este necesară cunoașterea graficelor forței
de tracțiune și de frânare în funcție de viteză;
– Caracteristicile generale ale vehiculului : greutate proprie, capacitate de transport,
lungime, lățime, numărul de boghiuri motoare și purtătoare, rezistența la înaintare
la mersul în aliniament, randamentul transmisiei etc.;
– Caracteristicile traseului: declivități, curbe, poziții stații, pozițion are depouri etc.;
– Date cu privire la controlul operațional: limitările de viteză, accelerație și
coeficient de șoc în vederea asigurării siguranței circulației și confortului
călătoriei.
Pentru determinarea energiei electrice consumată de un vehicul care s e deplasează pe
un anumit tronson de linie, într -o secvență de timp, trebuie cunoscută variația în timp a puterii
dezvoltat e de motoarele de tracțiune, caracteristicile vehiculului și ale circuitului de
alimentare.
Tensiunea de alimentare a vehiculului variază cu poziția și cu mărimea curentului
absorbit, care depinde la rândul lui de pu terea și de viteza de mers a vehiculului . Energia
electrică este transmisă de la substația de tracțiune până la vehicul prin linia de contact.
Rezistența acesteia împreun ă cu cea a circuitului de retur determină o cădere de tensiune și
implicit, o piedere de putere . Funcționarea corectă a echipamentelor și serviciilor instalate la
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
134
bordul VE -ului și alimentate de la linia de contact, este condiționată de nivelul minim al
tensiunii de alimentare. Uzual, normele în vigoare prevăd ca tensiunea să nu scadă, în nici un
caz, sub 2/3 din U n. Pentru asigurarea unei anumite fluențe a traficului este necesară lim itarea
căderii de tensiune în circuitul de alimentare considerat.
Simularea sistemului de alimentare poate arăta dacă sistemul este suprasolicitat sau
este disponibil pentru creșterea traficului. O analiză minuțioasă trebuie facută oricărui sistem
aflat în exploatare. Trebuie analizată starea echipamentelor, dacă sunt au un randa ment slab și
sunt depășite din punct de vedere tehnologic, vor influența negativ consumul de energie. Este
necesară implementarea unor programe de mentenanță predictivă sau preventivă pentru
evitarea deteriorării echipamentelor și creșterea inutilă a consu mului.
Consumul vehiculului este proporțional cu masa acestuia, care la rândul său este
proporțională cu capacitatea vehiculului. Consumul vehiculului poate fi micșorat prin
folosirea unor vehicule de capacități diferite și implicit de gabarit diferit, cor espunzătoare
cererii de transport la diferite momente de timp ale zilei. Avantajul acestei metode față de cea
a varierii frecvenței vehiculelor este că sporește satisfacția clientului în condițiile unui consum
comparabil al celor două metode.
O metodă efi cientă pentru a reduce numărul de opriri/porniri ale vehiculului în stații
fără a neglija nevoile pasagerilor este cea a opririi la cerere. Această soluție poate fi una
permanentă, pe toate liniile sau selectivă, doar pe cele mai puțin aglomerate, pe toată durata
zilei sau doar în momentele în care fluxul de pasageri este redus (exclus pentru orele de vârf).
Pentru funcționarea unui astfel de program este necesar un sistem de informare a călătorilor
eficient: panouri de informare dinamice care să anunțe car e sunt stațiile unde se oprește la
cerere dar și semnale acustice, utile atât pentru pasager cât și pentru șofer.
Eliminarea opririlor inutile este absolut necesară într -un sistem de transport public
eficient din punct de vedere energetic, conducând la ec onomii importante de energie electrică.
Prioritizarea vehiculelor de transport public la trecerea prin intersecții semaforizate folosind
sisteme de localizare automată si de undă verde garantează reducerea consumului de energie
electrică. Această metodă es te foarte eficientă în vederea sporirii fiabilității serviciului de
transport public, a punctualității vehiculelor și a timpului de călătorie cu efecte asupra
confortului pasagerului. Însă, pentru intersecțiile cu trafic aglomerat, prioritizarea unui
vehic ul de transport public ce are o frecvență de trecere mare provoacă ambuteiaje pe
direcțiile perpendiculare traseului. De aceea, este obligatoriu ca alegerea intersecțiior unde se
poate aplica prioritizarea să fie bine documentată cu ajutorul studiilor de t rafic.
Se preferă poziționarea depourilor cât mai aproape de linie, de fapt cât mai aproape de
o stație de debarcare/îmbarcare pasageri . Chiar dacă nu există momentan cerere în vederea
preluării unui număr sporit de călători pe distanța dintre depou și lin ia de transport (de
exemplu, în cazul depourilor așezate la marginea orașului), prelungirea stațiilor până în
imediata apropiere a depoului poate genera o dezvoltare urbană ulterioară. De asemenea,
pentru o astfel de linie de transport se poate aplica meto da de “stație -stop la cerere”, pentru a
evita consumul datorat opririlor inutile în stații fără călători.
Mai multe măsuri se pot lua în vederea diminuării consum de energie necesar
serviciilor auxiliare din vehicul, cel mai important fiind implementarea u nui sistem automat
de reglare a funcționării încălzirii/aerului condiționat în funcție de parametrii mediului
ambiant.
Dispozitivele de stocare a energiei electrice recuperate din procesul de frânare
electrică oferă două avantaje majore sistemelor de tran sport electrificate: permit utilizarea
ulterioară a energiei, rezultând reducerea energiei absorbite din SEN și micșorează vârfurile
de consum. Până acum, în transportul public urban, s -au realizat multiple cerc etări pentru
dovedirea eficienței acestor dis pozitive și evaluarea aspectelor economice. Se estimează o
reducere cu maxim 30% a consumului de energie și cu m axim 50% a vârfurilor de consum .
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
135
Însă, prețul de investiție ridicat, caracterul neregulat al ciclurilor de încărcare -descărcare și
durata de via ță redusă fac ca aceste soluții să nu fie implementate pe scară largă.
Conducerea eficientă din punct de vedere energetic a unui vehicul de transport public
este indubitabil una din cele mai semnificative măsuri ce se poate lua în vederea diminuării
consumului de energie electrică necesar tracțiunii, cu costuri de implementare mici. Fie că
este vorba de instruirea conducătorilor în vederea manevrării corespunzătoare a vehiculelor
sau utilizarea unor sisteme inteligente de transport, de managament al trafi cului sau de
informare în timp real despre viteza de circulație recomandată, aceste măsuri aduc economii
evaluate între 10 și 50%.
În cadrul centrelor de management al traficului și transportului public, se poate poate
efectua în timp real o analiză a cere rii de transport și a condițiilor de trafic pentru a găsi
formula optimă a frecvenței de circulație și a capacității de transport. Pentru a economisi
energie electrică, este necesară eficientizarea procesului de transport și reducerea timpului de
funcționa re a VE -urilor la minim, în special în afara orelor de vârf.
Sistemul inteligent de transport ISOTEC, proiectat de autor și prezentat în capitolul V,
face parte din cadrul t ehnologii lor avansate de control al vehiculului (AVCS). Acestea
cuprind sisteme din vehicul sau din teren care ofer ă o siguran ță și un control sporit pentru
conduc ătorul auto și pasageri , prin asigurarea de informa ții suplimentare referitoare la mediu
sau ajutând activ șoferul în sarcinile sale legate de condus. ISOTEC crește productivi tatea și
eficiența operațională prin monitorizarea conducătorului de vehicul, localizarea automată a
vehiculelor și managementul flotei de vehicule.
Implementare a sistemului ISOTEC prezintă următoarele avantaje:
– Reduce consumul de energie electrică prin:
– Eliminare a opririlor inutile în fața intersecțiilor semaforizate;
– Eliminarea creșterilor de viteză pe distanțe mici;
– Indicarea punctului unde ar trebui să înceapă regimul de mers din inerție
fără să fie afectat timpul de călătorie;
– Indicarea punctului und e ar trebui să înceapă frânarea pentru a folosi doar
metoda electrică și pentru obține o decelerare cât mai lină;
– Îmbunătățește frecvența de circulație și fluiditatea traficului;
– Ușurează munca vatmanului/șoferului prin asistarea sa în procesul de conducer e;
– Pregătește terenul pentru implementarea unor sisteme semi -automate de
conducere a unui vehicul electric, realizabile în special pe zonele cu cale proprie
de rulare;
– Pregătește terenul pentru implementarea unui sistem ce va sincroniza frânarea
unui vehic ul cu accelerarea altuia, pentru a folosi un procent cât mai mare din
energia recuperată din procesul de frânare.
Orice oprire suplimentară generează creșterea consumului de energie electrică, în
detrimentul Autorităților de Transport. Viteza comercială sc ade proporțional cu timpul de
staționare în detrimentul pasagerilor. Optimizarea în timp real a profilului de viteză a unui
vehicul electric de transport public de suprafață poate aduce importante economii financiare
oricărei autorități de transport capabi le de a implementa un astfel de sistem.
Utilizând sistemul ISOTEC, consumul de energie electrică scade cu un procent cuprins
între 18% și 50%. Cu cât timpul de călătorie și viteza sunt mai mici, cu atât se reduce
consumul de energie. Bineînțeles, o viteză prea mică ar provoca frustrări pasagerilor de aceea
sistemul ISOTEC limitează viteza la un minim de 12 -15 km/h. În cazul în care nu se poate
evita staționarea la semafor datorită unui timp prea mare de așteptare sau a unei distanțe prea
mici în care se poa te face modelarea, tramvaiul circulă până la punctul de oprire cu viteza
minimă. Chiar și în acest caz, se realizează o importantă economie de energie electrică, demnă
de luat în considerare.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
136
Îmbunătă țirea sistemului de transport din punct de vedere al efi cienței energetice se
obține cu ori ce măsură luată în acest sens, î nsă performanțele maxime sunt atinse numai prin
aplicarea unei combinații a acestor metode, combinație ce are la baza o analiză pertinentă de
cost și eficiență.
O parte din simulările prez entate în această teză au fost verificate cu ajutorul software –
ului “SymPrzej”, în cadrul Facultății de Inginerie Electrică, Universitatea Tehnică din
Varșovia, Polonia, cu ocazia efectuării unui stagiu de pregătire. Acest software este folosit de
colectiv ul departamentului de Tracțiune Electrică al universității poloneze pentru calculul
consumului de energie electrică a sistemelor de transport urban, de suprafață sau subteran și
feroviar.
Contribu țiile personale aduse în cadrul acestei teze cuprind:
– Realiz area unui studiu al principalelor soluții existente, propuse în cadrul
literaturii de specialitate, pentru îmbunătățirea eficienței energetice, reducerea
consumului de energie necesar deplasării veh iculului și reducerea pierderilor de
transmisie prin fire și cabluri;
– Analiza din punct de vedere teoretic a soluțiilor existente și prezentarea
avantajelor și dezavantajelor implementării lor;
– Simularea unui profilul de viteză simplificat și evaluarea consumului de energie
înainte și după aplicarea soluțiilor pr ezentate;
– Realizarea unui sistem inteligent de transport, ISOTEC, al cărui principal obiectiv
este optimizarea profilului de viteză a unui vehicul electric din transportul public
de suprafață, cu scopul reducerii consumului de energie electrică;
– Proiectare a arhitecturilor funcționale și fizice ale sistemului ISOTEC pentru o
bună înțelegere a funcționării acestuia;
– Realizarea unui algoritm de calcul al profilului de viteză și al consumului de
energie electrică aferent. Elementele de noutate și originalitate cuprinse în acest
algoritm privesc modelarea vitezei unui vehicul electric cu ajutorul tehnicii
computerizate de calcul, ținând cont de informațiile obținute în timp real despre
statusul semafoarelor și prezența altor vehicule pe aceeași secțiune;
– Simular ea funcționării acestui algoritm cu ajutorul mediului de programare
Matlab;
– Evidențierea beneficiilor aduse de implementarea sistemului ISOTEC;
– Simularea profilului de viteză a unui tramvai, pe traseul dintre două stații, cu un
semafor poziționat la mijloc , cu și fără utilizarea sistemului ISOTEC;
– Simularea profilului de viteză a unui tramvai, pe un traseu complex, ce cuprinde
mai multe stații de debarcare/îmbarcare pasageri, intersecții semaforizate,
macazuri și buclă de întoarcere, cu și fără utilizarea s istemului ISOTEC;
– Evaluare a numerică a economiei de energie realizată cu ajutorul sistemului
ISOTEC.
În vederea dezvoltării ulterioare a obiectivelor acestei teze de doctorat, am identificat
următoarele posibilități:
– Dezvoltarea unui sistem semi -automat d e conducere a unui vehicul electric de
transport public de suprafață, cu cale proprie de rulare
– Studiul posibilității sincronizării unui vehicul care frânează cu unul care
accelerează, pentru utilizarea energiei recuperate din procesul de frânare electrică
Tematica abordat ă în prezenta teză este de actualitate și relevant ă pentru evolu ția
sistemelor de transport public urban. În contextul aderării la principiile europene de
conservare a resurselor primare și pe fondul înmulțirii măsurilor adoptate de autor ități în
vederea protejării mediului și reducerii consumului de energie electrică, soluțiile prezentate în
acest document pot contribui într -un mod semnificativ la eficientizarea energetică a unei
componente importante a societății: sistemul de transport.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
137
BIBLIOGRAFIE
[1] Regia Autonomă de Transport București, Raport de activitate pe anul 2010, URL:
http://www.ratb.ro/docpdf/Raport%20de%20Activitate%202010.pdf , Accesat Mai 2012
[2] Berliner Verkehrsbetriebe – Compania de Transport a orașului Berlin , URL: http://www.bvg.de
/index.php /en/17106/name/Tram.html , Accesat Iulie 2013
[3] Wiener Linien GmbH &Co KG – Compania de Transport a orașului Viena , URL:
http://www.wienerlinien.at/eportal/ , Accesat Iulie 2013
[4] K. Stefan , Public transport: Energy Efficienc y of light train systems, The Maltese Project, Sesion
II, Lecture 8, 2008, URL: http://www.ivv -aachen.de/projekteivv /maltese/english/research/case.htm,
accesat Mai 2012
[5] L. Grigans, L. Latkovskis, Study of Control Strategies for Energy Storage System o n Board of
Urban Electric Vehicles, IEEE 14th International Power Electronics and Motion Control Conference
(EPE/PEMC), pg. T9 -34, T9 -38, 2010
[6] S. Rawicki , Energy Saving Control of Tram Motors Taking Signaling and City Disturbances into
account, , IEEE 13th Power Electronics and Motion Control Conference, pg. 1481 -1490, 2008
[7] A. Szelag, P . Gorczyca , An algorithm of a tram running cycle forecasting for purposes of energy
consumption calculation, MET’ 2007, Warsaw, 2007
[8] C. Mokkapati, R. D. Pascoe, A Simple and Efficient Train Braking Algorithm for PTC Systems,
AREMA 2011 Annual Conference, Minneapolis, 2011
[9] R. Barrero, J. Can Mierlo, X. Tackoen, Energy savings in Public Transport. Enhanced Energy
Storage Systems for Improved On -Board Light Rail Vehicle Efficiency, IEEE Vehicular Technology
Magazine, pg. 26 -36, 2008
[10] H. Hoimoja, D. Vinnikov, M. Lehtla, A. Rosin, J. Zakis , Survey of Loss Minimization Methods in
Tram Systems, , IEEE International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives , Automation
and Motion(SPEEDAM), pg. 1356 -1361, 2010
[11] Y. Bocharnikov, A. Tobias, C.J. Goodman, Optimal driving strategy for traction energy saving on
DC suburban railways, IET Electric Power Application, Vol. 1, Issue 5, pp. 675 – 682, 2007
[12] C. M. Alexandrescu, G he. Stan, M. Minea , Managementul Centralizat al traficului rutier urban,
Editura Centrului Tehnic -Editorial al Armatei, București, 2007
[13] C.M. Alexandrescu, M. Minea, Ghe. Stan , Arhitecturi pentru noile sisteme de management al
traficului și transportului public în București. Revista Ingineria Automobilului – supliment trimestrial
editat de Registrul Auto Român, nr. 6, București, 2008
[14] R. Liu, I.M. Golovitcher , Energy-efficient operation of rail vehicles, Transportation research –
Part A: Policy and Practice , vol. 37, p ag. 917 –932, 2003
[15] J. C. Jong , Analytical Solutions for Predicting Train Coasting Dynamics. Proceedings of the
Eastern Asia Society for Transportation Studies (EAST) , Japan, 2003
[16] S.M. Howard , L.C. Gill, P.J. Wong , Review and Assessment of Train Performance Simulation
Models, Transportation Research Record 917 , pag. 1 -6, 1983
[17] C. J. Goodman , L. K. Siu, T. K. Ho, A review of simulation models for railway systems, IEE
International conference on Developments in M ass Transit Systems . Train simulation study, pag. 80 –
85, 1998
[18] B. Mao,W. Jia, S. Chen, J. Liu , A computer -aided multi -train simulator for rail tra ffic, IEEE
International Conference on Vehicular Electronics and Safety , pag . 1 –5, 13 -15, 2007
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
138
[19] B. Mellitt, S. Sujitjorn, C.J. Goodman,N.B. Rambukwella , Energy minimisation using an expert
system for dynamic coast control in rapid transit trains, Conference on Railway Engineering, pag. 48–
52, 1987
[20] T. Albrecht, S. Oettich, A new integrated approach to dynamic schedule synchronization a nd
energy saving train control, ‘Computers in railways VIII , WIT Press, pag. 847 –856, 2002
[21] T. Albrecht , Reducing power peaks and energy consumption in rail transit systems by
simultane ous train running time control , Computers in railways IX, WIT Press, pag. 885 –894, 2004
[22] Doru Nicola, Daniel Cismaru, Tracțiunea electrică. Fenomene, Modele, Soluții, vol.1, Editura
Sitech, ISBN 973 -746-291-2, Craiova, 2006
[23] O. Popovici, Tracțiune electrică, Ed. Mediamira , ISB N 978 -973-713-230-7, Cluj Napoca, 2009
[24] E.H. Capillas, J.V. Vadillo , Computer simulation of the Basic Parameters for Designing an
Underground Railway Line , Computers in Railway Management, Southampton, U.K., 1987
[25] C.J. Goodman, B. Mellitt , CAE for the Electrical Design of Urban Rail Transit Systems,
Computers in Railway Operation, Computational Mechanics Publications , Southampton, U.K., 1987
[26] S. Kikuchi , A Simulation Model of Train Travel on a Rail Transit Line, Journal of Advanced
Transportatio n, Vol. 25, No. 2, 1991
[27] C. Donea , Transportul public de persoane cu troleibuzul în România. Evoluție și perspective,
Conferință Promovarea sistemelor de troleibuze, Ploiești, 2009
[28] G. Chiriac , Contribuții la utilizarea rațională a energiei de miș care a vehiculelor, Teză de
doctorat, Universitatea tehnică “Gh. Asachi”, Facultatea de Electrotehnică, Ia și, 2002
[29] V. Hila, C. Radu, ș.a., Căi Ferate, Partea aIIa – Suprastructura căii, Institutul de Construcții, 1975
[30] S. Lu, Optimising Power Man agement Strategies for Railway Traction Systems, Teză de
doctorat, Universitatea din Birmingham, U.K., 2011
[31] K. K. Wong, T. K. Ho , Coast control for mass rapid transit railways with searching methods, IEE
Proceedin gs -Electric Power Applications , vol. 151, no. 3, pp. 365 –376, 2004
[32] C. Chang, S. Sim , Optimising train movements through coast control using gene tic algorithms,
IEE Proceeding -Electric Power Applications, v ol. 144, no. 1, pp. 65 –73, 1997
[33] J. Jong, S. Chang , Algorithms for generatin g train speed profiles , Journal of Eastern Asia Society
for Transportation Studies, Vol. 6, pp. 356 – 371, 2005
[34] P. Martin , Train performance and simulation, Simulation Conference Proceeding s, vol. 2, pp.
1287 –1294, 1999
[35] B.-Y. Ku, J. S. R. Jang, S.-L. Ho , A modulized train performance simulator for rapid transit DC
analysis, Proceedings of ASME/IEEE Joint Railroad Conference, pag. 213 –219, Newmark, 2000
[36] K. J. Kutsmeda, K. G. Fehrle, P. J. Trick , Computer modeling, simulation, and validation b y field
testing of a traction power system for electric trolley buses, IEEE/ASME Joint Railroad Conference ,
pag. 87 –91, Baltimore, 1995
[37] D. Hetherington , Traction p ower and train performance, Proceedings of Symp. Innovations in
Railways , pag. 47 –64, 200 6
[38] R. Onea , Construcția, exploatarea și întreținerea instalațiilor fixe de tracțiune electrică , Editura
ASAB, 2004
[39] Ion Piroi, Elisabeta Spunei , Tracțiune electrică, ISBN 978 -606-631-025-3, Editura Eftimie
Murgu, Reșița, 2013
[40] V. Iancu, M.M. R ădulescu, Gh. Păpușoiu , Tracțiune electrică, Inst. Politehnic Cluj -Napoca, Fac.
De Electrotehnică, 1989
[41] V. Văzdăuțeanu , Tracțiune electrică, IPTV Timișoara, 1984
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
139
[42] *** Standardul EN 50163: 2004, Railway applications – Supply voltages of traction sy stems
[43] A.M. Andreica (Hălăngău ), Modern Solutions for Automation of Electrical Traction Power
Supply Systems, Analele Universității “Eftimie Murgu”, Fascicula de Inginerie, ISSN 1453 -7397,
Editura Eftimie Murgu, Reșita, 2011
[44] Institutul de Cercet are și Proiectare pentru Sistematizare, Locuințe și Gospodărie Comunală ,
Normativ pentru proiectarea si executarea rețelelor de contact și de alimentare în current continuu
pentru tramvaie și troleibuze, ID 37 -78
[45] A. A. Drăghici, A.M. Andreica (Hălăngău), Soluții constructive moderne pentru liniile aeriene
de contact, Sesiunea Științifică cu participare internațională Construcții – Instalații CIB 2008, Volumul
2, Editura Universității Tehnice din Brașov, Brașov, 2008
[46] A.M. Andreica (Hălăngău ), Cont act wire temperature using thermography, Innovation and
Collaboration in Engineering Research INCER Conference, București, 2012
[47] F. Kiessling, R. Puschmann., A. Schmiede, E. Schneider, Contact lines for Electric Railways –
Planning, Design, Implementat ion, Maintenance – Second Revised and Enlarge Edition, 2009
[48] N. Golovanov, I. Ionescu , ș.a., Consumatori de energie electrică. Materiale. Aparate. Instalatii.
Măsurări., Editura AGIR, 2009
[49] F. Asmus, H. Berckmuller, ș.a., Formel – und tebelenbuch fu r starkstrom -ingenieure (Memoratorul
inginerului electrician), Editura tehnică, 1971
[50] M. Chymera, A.C. Renfrew, M. Barnes, Analysis of Power Quality in a DC Tram System, The 3rd
IET International Conference on Power Electronics, Machines and Drives, pg . 96-100, 2006
[51] L. Abrahamsson, L. Soder, Fast Calculation of the Dimensioning Factors of the Railway Power
Supgly System, URL: kth.diva -portal.org/smash/…/FULLTEXT02, accesat Mai 2011
[52] Z. M. Chymera, A. C. Renfrew, M. Barnes, Modeling Electrifie d Transit Systems, IEEE
Transactions on Vehicular Technology, vol. 59, issue 6, pg. 2748 -2756, 2010
[53] B. Destraz, P. Barrade, A. Rufer, M. Klohr, Study and Simulation of the Energy Balance of an
Urban Transportation Network, IEEE European Conference on Power Electronics and Apglications,
pg. 1 -10, 2007
[54] A.M. Andreica (Hălăngău ), Adrian Hălăngău, Implementing a predictive maintenance program
for the urban electric transport overhead contact line , Innovation and Collaboration in Engineering
Research I NCER Conference, București, 2013
[55] International Union of Railways , Energy efficiency strategies for rolling stock and train
operation, URL: http://www.railway -energy.org/templates/ Energy EfficiencyTech.pdf , accesat Mai
2012
[56] E. Andresson , Improved energy efficiency in future rail traffic, UIC Energy Efficiency
Conference, Paris, 2000
[57] European Rail Research Institute , Energy Utilisation Research Policy Conference – Conclusions,
Amsterdam 1997
[58] R. Koch , Optimisation of energy consumption usi ng a traffic management system, UIC Energy
Efficiency Conference, Paris, 2000
[59] C. K. Lee, A simulation study on the Energy Saving strategy of Train Operation, World Congress
of Railway Research WCRR ‘99, Tokyo, 1999
[60] Euro Transport Consult , Energy saving – potential in rolling stock and train operation, Utrecht,
1997
[61] *** Fișă tehnică tramvai modern Bombardier Flexity, URL: http://www.bombardier.com
/en/transportation/products -services/rail -vehicles/light -rail-vehicles/flexity -trams.html ,accesa t
Septembrie 2012.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
140
[62] *** Fișa tehnică tramvai modern Alstom Citadis, URL: http://www.alstom.com/transport/
products -and-services/trains/tramway -citadis/ , accesat Septembrie 2012.
[63] *** Fișă tehnică tramvai modern Skoda 15T, URL: http://www.skoda.cz/ en /products/ tramcars
/forcity -prague -tramcar/ , accesat Septembrie 2012.
[64] *** Fișă tehnică tramvai modern Siemens Combino, URL: http: /www.mobility siemens.
com/mobility/ global/en/urban -mobility/rail -solutions/trams -and-light-rail/pages/trams -and-light-rail,
accesat Septembrie 2012.
[65] *** Fișă tehnică tramvai modern City Class Tram Power LTd, URL: http://www . trampower .
co.uk/city_class.html , accesat Septembrie 2012.
[66] Regia Autonomă de Transport București , Instrucțiunea 0901, Regulament de Explo atare,
Atribuțiile și sarcinile conducătorului de tramvai, RATB, 2008
[67] Gheorghe Ștefan , Bucur LF -CA (low -floor). Tramvai articulat cu 60% podea coborâtă, Railway
Days: The Wider Black Sea Area Railway Investment Summit, Ediția a7a, Octombrie, 2012.
[68] Gabriel Chiriac , Contribuții la utilizarea rațională a energiei de mișcare a vehiculelor, Teză de
doctorat, Universitatea Tehnică “Gh. Asachi” Ia și, Facultatea de Electrotehnică, Catedra Utilizări,
Acționări, Automatizări industriale, Iași, 2002
[69] Fors J., Energy consumption of passenger train X2 with regenerative braking and induction
motor, KTH Railway Technology, Stockholm, 2001
[70] A. A. Drăghici , Viteza maximă pemisă în curbe pentru un vehicul electric (tramvai), Memoriu
tehnic și caiet de sarcin i linie de tramvai, Proiect tehnic: Reabilitare sistem rutier și linie de tramvai pe
Sos. Iancului și Sos. Pantelimon, București, 2012
[71] Institutul de studii și proiectare pentru lucrări tehnico -edilitare PROED S.A. , Ghid de proiectare
și execuție pent ru construcțiile aferente căii de rulare a tramvaielor, Indicativ GP 046 -99, 1998
[72] TransLink Transit Authority , Public Transport Infrastructure Manual, 2012, URL:
www.translink.com.au, accesat Septembrie 2012
[73] A.M. Andreica (Hălăngău ), Marian Rizea , Vehicle Detectors for Traffic Signal Priority, 5th
European Transport Student Conference, Praga – Pardubice, 2007
[74] P. Garcia, L. M. Fernandez, C. A. Garcia, F. Jurado, Energy Management System of Fuel -Cell-
Battery Hybrid Tramway, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 57, issue 12, pg. 4013 –
4023, 2010
[75] A. Rufer, D. Hotellier, P. Barrade, A Supercapacitor -Based Energy Storage Substation for
Voltage Compensation in Weak Transportation Networks , IEEE Transactions on Power Delivery, vol.
19, Issue 2, pg. 629 -636, 2004
[76] H. Lee, G. Kim, S. Oh, C. Lee, A Study on Energy Storage system for Gold Line of LA Metro,
IEEE Transmission & Distribution Conference & Exposition: Asia and Pacific, pg. 1 -4, 2009
[77] F. Giorgetti, L. Pastena, A. Taranti no, F. Velotto , Energy saving by on board storage, IEEE
International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion
(SPEEDAM), pg. 13 -15, 2006
[78] M. Meinert, K. Rechenberg, G. Hein, A. Schmieder , Energy efficient solutions for the complete
railway system, URL: http://www.uic.org/cdrom/2008/11_wcrr2008/pdf/PS.2.32.pdf, Accesat
Decembrie 2012
[79] M. Chymera, A.C. Renfrew, M. Barnes , Analyzing the Potential of Energy Storage on Electrified
Transit Systems, University of Manchester , School of Electrical and Electronic Engineering,
Manchester, United Kingdom, http://www.railway -research.org/
[80] J. P. Moskowitz, J. L. Cohuau, STEEM: ALSTOM and RATP experience of supercapacitors in
tramway operation, IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, pg. 1 -5, 2010
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
141
[81] *** Increasing energy efficiency: Optimized traction power supply in mass transit systems, URL:
http://w3.siemens.com/smartgrid/global/en/products -systems -solutions/rail -electrification/dc -traction –
power -supply/Documents/inc reasing -energy -efficiency_ brochure.pdf , Accesat Decembrie 2012
[82] D. Cornic, Efficient recovery of braking energy through a reversible dc substation, IEEE
International conference on Electrical Systems for Aircraft, Railway and Ship Propulsion (ESARS),
pg. 1 -9, 2010
[83] ABB Switzerland Ltd, Power Systems , Traction Power Supply ABB Portfolio, URL:
http://www05.abb.com/global/scot/scot326.nsf/veritydisplay/1e80ca665433ae60c1257425002c7953
/$file/abb -traction -power -supply_reference -cases_2012.pdf , Accesat Decembrie 2012
[84] H. Hoimoja, D. Vinnikov, M. Lehtla, A. Rosin, J. Zakis , Survey of Loss Minimization Methods in
Tram Systems, IEEE International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation
and Motion(SPEEDAM), pg. 1356 -1361, 2010
[85] N. Doboș , Creșterea eficienței energetice în transportul în comun la RATUC Cluj Napoca,
Conferința Rolul Transportului Public Local în dezvoltarea urbană durabilă, Uniunea Română de
Transport Public, 2010
[86] S. Kelouwani , K. Agbossou, Y. Dube, L. Boulon , Energetic Optimization of the Driving Speed
based on Geographic Information System Data, IEEE Vehicular Technology Conference (VTC Fall),
Quebec, 2012
[87] J. Wollaeger, S. A. Kumar, S. Onori, Cloud -computing based Velocity Profile Generation for
Minimum Fuel Consumption: A Dynamic Programming based Solution, 2012 American Control
Conference , Montréal, 2012
[88] P. Schuricht, O. Michler, B. Bäker , Efficiency -Increasing Driver Assistance at Signalized
Intersections using Predictive Traffic State Estimation , 14th International IEEE Conference on
Intelligent Transportation Systems, Washington, 2011
[89] P. Johnson, S. Brown , A simple in -cab schedule advisory system to save energy and improve in –
time performance, IET Conference on Railway Traction Systems (RT S 2010), , Birmingham, 2010
[90] A. Lindgren, A. Angelelli, P.A. Mendoza, F. Chen, Driver behaviour when using an integrated
advisory warning display for advanced driver assistance systems, Intelligent Transport Systems
Journal, Volume:3 , Issue 4, pag. 3 90-399, 2009
[91] T. Albrecht, A. Binder, C. Gassel, Applications of real -time speed control in rail -bound public
transportation systems, Intelligent Transport Systems Journal, Volume 7, Issue 3, pag. 315 -314, 2013
[92] C. Gassel, T. Matschek, J. Krimmli ng, Cooperative traffic signals for energy efficient driving in
tramway systems, 19th ITS World Congress, Viena, 2012
[93] C. M. Alexandrescu, M. Minea, Ghe. Stan, Arhitecturi pentru noile sisteme de management al
traficului și transportului public în Buc urești, Ingineria Automobilului – Supliment trimestrial editat de
Registrul Auto Român, Nr. 6, 2008
[94] M. Minea, F.D. Grafu, M. C. Surugiu , Sisteme inteligente de transport – aplicații. Ed. MATRIX
ROM, Bucureș ti, 2007, ISBN978 -973-755-157-3
[95] URL: http://www.itc.ro/its , accesat Ianuarie 2013
[96] URL: http://www.swarco.com/romania -ro/Produse – si- Servicii/ Managementul – Traficului/
Transport -Public, accesat Ianuarie 2013
[97] I. Mitchell , The sustainable railway: use of advisory systems for energy savings, Inst. Railway
Signal Engineering News , pag. 2 –7, 2009
[98] T. Albrecht , Energy -efficient train operation , Railway timetable & traffic Conference, Eurailpress,
pag. 83–105, 2008
[99] A. Mascis, D. Paccirelli, S. S towe, DSS for Real Time Traffic Optimisation, World Congress of
Railway Research WCRR, Cologne, 2001
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
142
[100] R. Shankar, J. Marco , Method for estimating the energy consumption of electric vehicles and
plug-in hybrid electric vehicles under real -world driving conditions, IET Intelligent Transport
Systems, Volume 7, Issue 1, pag. 138 – 150, 2013
[101] A. M. Andreica ( Hălăngău ), A new solution for the optimization of urban public transport
energy consumption, Eleventh International Conference Modern Electric Tr action MET, Varșovia,
Polonia, 2013
[102] C. M. Alexandrescu, A. M. Andreica (Hălăngău ), Urban Public Transport Speed Information
System for Energy Consumption Optimisation, articol propus spre publicare în Buletinul Științific al
Universității Politehnica din bucurești, Octombrie 2013
[103] E.C.M. van der Heijden, V. A. Marchau , Inteligent Transport System and Driving Behaviour:
Setting the Agenda, 2004 IEEE lntemational Conference on Systems, Man and Cybernetics, Volume
4, 2004
[104] C. Gassel, J. Krimm ling, Additional benefit of ITCS data in road traffic control systems – ways
to enhance multimodal transport quality and energy efficiency , World Congress of Transport
Research, Lisabona , 2010
[105] ***, Proeictul European Intelligent Transport System (IT S) Framework Architecture, URL:
http://www.frame -online.net/ , accesat Februarie 2013
[106] F.C. Nemțanu, A.M. Alecu, O.V. Ciobanu , Arhitectura sistemelor IT din transporturi,
Simpozionul Național de Electrotehni că Teoretică SNET ’05, București, 2005
[107] V. Iordache , Arhitecturi pentru sisteme de comunicații la bordul vehiculelor, Facultatea de
Transporturi, Universitatea Politehnica din București, București, 2012
[108] C. M. Alexandrescu, G. Stan, si M. Minea , Managementul centralizat al traficului rutier urban,
Ed. Centrului Tehnic -Editorial al Armatei, București, 2007.
[109] E. Petre , Curs Optimizări, Capitolul V. Programarea dinamică, Facultatea de Automatică,
Calculatoare și Electronică din Craiova, URL: http://www.automation.ucv.ro/Romana
/cursuri/optimizari42/Capitolul%206.pdf , Accesat Martie 2013
[110] R. Antonie, I. Garbacea , Algoritmi fundamentali. O perspectivă C++, Editura Libris , ISBN 973 –
96494 -5-9, Cluj-Napoca, 1995
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
143
ANEXE
ANEXA NR. 1: SCHEMA CIRCUITELOR P RIMARE ALE UNEI SUBS TAȚII DE
TRACȚIUNE ELECTRICĂ DE CURENT CONTINUU
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
144
Această pagină a fost lasată intenționat goală.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
145
ANEXA NR. 2 : SECȚIUNEA TRANSVERSA LĂ A LINIEI DE TRAMVAI ÎNGLOBATĂ ÎN CAROSABIL
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
146
Această pagină a fost lasată intenționat goală.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
147
ANEXA NR. 3 : VITEZA MAXIMĂ PERMISĂ ÎN CURBE PEN TRU UN VEHICUL
ELECTRIC (TRAMVAI) *
Curbe circulare
fără
supraînălțare cu
supraînălțare
Raza [m] V [km/h] D [mm] V [km/h]
18 6 50 10
20 6 50 11
25 7 50 12
30 7 50 13
35 8 50 15
40 9 50 16
45 9 50 17
50 10 50 18
55 10 50 18
60 11 50 19
65 11 50 20
70 12 50 21
75 12 50 22
80 13 50 23
85 13 50 24
90 14 50 25
95 14 50 25
100 15 50 27
110 16 50 28
120 17 50 29
130 18 50 31
140 18 50 32
150 19 50 33
160 20 50 34
170 21 50 35
180 22 50 36
190 23 50 36
200 24 50 38
210 24 50 39
220 25 50 40
230 26 50 41
240 27 50 42
250 28 50 43
260 29 50 44
270 29 50 45
280 30 50 46
290 31 50 47
300 32 50 48
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
148
325 33 50 50
350 34 44,3
>50
375 36 38,7
400 37 33,7
425 38 29,4
450 39 25,5
475 40 22,1
500 41 19,0
525 42 16,2
550 43 13,6
575 44 11,3
600 45 9,2
625 46 7,2
650 47 5,4
675 48 3,7
700 49 2,1
725 50 0,7
750 50 0,0
Curbe progresive
fără
supraînălțare cu
supraînălțare
Raza [m] V [km/h] D [mm] V [km/h]
18 9 80 14
20 9 80 15
25 10 80 17
30 11 80 18
35 12 80 20
40 13 80 21
45 14 80 23
50 15 80 24
55 16 80 25
60 17 80 26
65 18 80 28
70 19 80 29
75 19 80 30
80 20 80 31
85 21 80 32
90 22 80 33
95 23 80 34
100 23 80 35
110 25 80 37
120 26 80 39
130 28 80 41
140 29 80 42
150 30 80 44
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
149
160 32 80 46
170 33 80 48
180 35 80 49
190 36 75 50
200 37 65,5
>50
210 39 56,7
220 40 48,5
230 41 40,8
240 43 33,7
250 44 27,0
260 45 20,6
270 47 14,6
280 48 8,9
290 49 3,5
300 50 0,0
*Referință bibliografică: A. A. Drăghici, Viteza maximă pemisă în curbe pentru un vehicul electric
(tramvai), Memoriu tehnic și caiet de sarcini linie de tramvai, Proiect tehnic: Reabilitare sistem rutier
și linie de tra mvai pe Sos. Iancului și Sos. Pantelimon, București, 2012
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
150
Această pagină a fost lasată intenționat goală.
Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban
151
ANEXA NR. 4: SCHEMA LOGICĂ A SOFT WARE -ULUI SISTEMULUI ISOT EC
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
152
Această pagină a fost lasată intenționat goală.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
153
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
154
Această pagină a fost lasată intenționat goală.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
155
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
156
Această pagină a fost lasată intenționat goală.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
157
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
158
Această pagină a fost lasată intenționat goală.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
159
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
160
Această pagină a fost lasată intenționat goală.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
161
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
162
Această pagină a fost lasată intenționat goală.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
163
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
164
Această pagină a fost lasată intenționat goală.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
165
ANEX A NR. 5: SCHEMA LOGICĂ A SOFT WARE -ULUI SISTEMULUI ISOT EC
clear all
close all
clc
echo on
%Citim datele despre traseu si vehicul
masa=45.6; % masa vehiculului în to
v=xlsread( 'E:\Date_vehicul_Siemens' ,2,'B1:B1000' ); % pașii de viteză în m/s
Ft=xlsread( 'E:\ Date_vehicul_Siemens' ' ,2,'D1:D1000' ); % Forța de tracțiune în kN
P=xlsread( 'E:\ Date_vehicul_Siemens' ,2,'F1:F1000' ); %Puterea electrică consumată în kW
Ff=50.5; %Forța de frecare în kN
Kmc=[673,1030,1514,1595,1621,1936,2268,2402,2435,2714,2822]; %Încep utul și sfârșitul
curbelor
Raza=[0,500,0,120,315,0,500,0,60,0,60]; %Raza curbelor
Kmp=[316,490,590,685,800,950,1030,1185,1675,1710,1790,2235,2570,2690,2822];
%Începutul și sfârșitul zonelor cu declivitate
Panta=[ -1.58, -5.75,5, -5.26, -34.78, -33.33, -5.00, -3.23,-3.47,11.43, -1.25,17.08, -0.90, –
3.33,0.76]; %Declivitatea exprimată în % 0
Kmo=[670,1665,2330,2480,2670,2822]; %poziție puncte de oprire
To=[15,15,15,15,15,0]; %timp de staționare în s
Kmvmax=[555,673,1505,1621,1665,2330,2336,2685,2822]; %Începutul și sf ârșitul zonelor
cu limitare de viteză
vmax=[26,26,29,11.5,11.5,31.75,20,18,11]; % Valorile limitarilor de viteză predefinite km/h
Kmi=[650]; % punctul de unde incepe mersul din inerție
Lcablu=[500,700,200,200,300]; %lungimea cablurilor de alimentare în m
Lsect=[655,1325,1855,2200,2714]; %lungimea secțiunilor alimentare în m
Kmpunctinj=[490,1320,1850,2110,2460]; %poziție puncte de injecție
Usub=750; %tensiunea furnizată de substația de tracțiune în V
Rsub=0.0255 %rezistența internă a substației în Ω
Rfc=0.00018; %rezistența unitară a firului de contact în Ω/m
Rcablu=0.0000366; % rezistența unitară a cablului de alimentare în Ω/m
Rs=0.000012; %rezistența unitară a șinelor în Ω/m
Rcirc(1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(1)+Rfc*abs(Kmpunctinj(1) –
det(1))+(Rs/2)*abs(Km punctinj(1) -det(1)); %rezistența circuitului în punctul de plecare
Iaux=50; %consumul circuitelor auxiliare
Iet(1)=Iaux;
Ulc(1)=Rcirc(1)*Iet(1);
Uet(1)=Usub -Ulc(1);
Paux=Usub*Iaux;
Pet(1)=Paux;
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
166
Wint(1)=0; %energia consumata pe intervale
Wet(1)=0; %energia consumata totala
%Variabile ajutatoare
Validinertie=0;
Ratafrag=100;
i=1;
j=2;
vet(1)=0;
det(1)=0;
tet(1)=0;
k=1;
z=1;
qbun=1;
ib=1;
jf=1;
vetf(1)=0;
detf(1)=0;
tetf(1)=0;
DT(1)=0;
DD(1)=0;
%Prelucrare termeni
v=v*1000/3600;
vmax=vmax.*1000/3600; %m/s
P=P*1000; %W
for l=1:1:length(To)
Tot(l+1)=To(l);
end
Tot(1)=0;
for zk=1:1:length(Kmo)
Kmoe(zk+1)=Kmo(zk);
end
Kmoe(1)=0;
for yk=1:1:length(Kmoe)
Kmo(yk)=Kmoe(yk);
end
for zi=1:1:length(Kmi)
Kmie(zi+1)=Kmi(zi);
end
Kmie(1)=0;
for yi=1:1:length(Kmie)
Kmi(yi)=Kmie(yi);
end
for vk=1:1:length(Kmvmax)
Kmvmaxe(vk+1)=Kmvmax(vk);
end
Kmvmaxe(1)=0;
for vk=1:1:length(Kmvmaxe)
Kmvmax(vk)=Kmvmaxe(vk);
end
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
167
for vk=1:1:length(vmax)
vmaxe(vk+1)=vmax(vk);
end
vmaxe(1)=0;
for vk=1 :1:length(Kmvmaxe)
vmax(vk)=vmaxe(vk);
end
for pk=1:1:length(Kmp)
Kmpe(pk+1)=Kmp(pk);
end
Kmpe(1)=0;
for rk=1:1:length(Kmpe)
Kmp(rk)=Kmpe(rk);
end
for pk=1:1:length(Panta)
Pantae(pk+1)=Panta(pk);
end
Pantae(1)=0;
for rk=1:1:length (Pantae)
Panta(rk)=Pantae(rk);
end
for ck=1:1:length(Kmc)
Kmce(ck+1)=Kmc(ck);
end
Kmpe(1)=0;
for dk=1:1:length(Kmce)
Kmc(dk)=Kmce(dk);
end
for pk=1:1:length(Raza)
Razae(pk+1)=Raza(pk);
end
Razae(1)=Inf;
for rk=1:1:length(Razae)
Raza(rk)=Razae(rk);
end
for cck=1:1:length(Lcablu)
Lcablue(cck+1)=Lcablu(cck);
end
Lcablue(1)=0;
for ddk=1:1:length(Lcablue)
Lcablu(ddk)=Lcablue(ddk);
end
for ppk=1:1:length(Lsect)
Lsecte(ppk+1)=Lsect(ppk);
end
Lsecte(1)=0;
for rrk=1:1:length( Lsecte)
Lsect(rrk)=Lsecte(rrk);
end
for ssk=1:1:length(Kmpunctinj)
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
168
Kmpunctinje(ssk+1)=Kmpunctinj(ssk);
end
Kmpunctinje(1)=0;
for ttk=1:1:length(Kmpunctinje)
Kmpunctinj(ttk)=Kmpunctinje(ttk);
end
%Rezistenta la mers in palier
Ra=(10^ -3*(61.8+v .*1.28+v.*v.*0.235))*masa;
for ia=1:length(v)
if v(ia)<=0
Ra(ia)=0;
else Ra(ia)=Ra(ia);
end
end
%Rezistenta la mersul in curbe
for ic=1:1:length(Kmc)
Rc(ic)=masa*9.81*10^ -3*(700/(Raza(ic) -20));
if Rc(ic)<0
Rc(ic)=0;
else Rc(ic)=Rc(ic );
end
end
%Rezistenta la mersul in declivitate
for ip=1:1:length(Kmp)
Rp(ip)=10^( -3)*masa*9.81*Panta(ip);
end
%Formare Rcp si Kmpc
ic=1;
ip=1;
qk=1;
while (ic<=length(Kmc))&&(ip<=length(Kmp))
if Kmc(ic)<Kmp(ip)
Kmpc(qk)=Kmc(ic);
Rcp(qk)=Rc(ic)+Rp(ip);
qk=qk+1;
ic=ic+1;
else
if Kmc(ic)>Kmp(ip)
Kmpc(qk)=Kmp(ip);
Rcp(qk)=Rc(ic)+Rp(ip);
qk=qk+1;
ip=ip+1;
else
if Kmc(ic)==Kmp(ip)
Kmp c(qk)=Kmc(ic);
Rcp(qk)=Rc(ic)+Rp(ip);
qk=qk+1;
ic=ic+1;
ip=ip+1;
end
end
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
169
end
end
%Formare Rcpinv si Kmpcinv
for inv=1:1:length(Kmpc)
Kmpcinv(inv)=Kmpc(length(Kmpc)+1 -inv);
end
for inv=1:1:length(Rcp)
Rcpinv(inv)=Rcp(length(Rcp)+1 -inv);
end
%Formare Rpinv si Kmpinv
for inv=1:1:length(Kmp)
Kmpinv(inv)=Kmp(length(Kmp)+1 -inv);
end
for inv=1:1:length(Rp)
Rpinv(inv)=Rp(length(Rp)+1 -inv);
end
%Programul principal
for k=1:1:(length(Kmo) -1)
j=1;
while Kmo(k)<=round(det(i))&& round(det(i))<Kmo(k+1)
if Kmvmax(z+1)<Kmo(k+1)
z=z+1;
while Kmvmax(z)<Kmo(k+1)&& Kmvmax(z –
1)<=round(det(i))&&round(det(i))<Kmvmax(z)
if vet(i)<vmax(z)
j=j+1;
deltav(j)=v(j) -v(j-1);
vmed(j)=(v(j)+v(j -1))/2;
for q=1:1:(length(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i)&&det(i)<=Kmpc(q+1)
qbun=q;
end
end
a(j)=(Ft(j) -Ra(j) -Rcp(qbun+1))/(masa*1.2);
deltat(j)=deltav(j)/a(j);
deltad(j)=vmed(j)*deltat(j);
%Determinare in ce intervale Kmpc se afla det(i)+deltad(j)
if (det(i)+delta d(j))>Kmpc(qbun+1)&&(det(i)+deltad(j))<Kmpc(length(Kmpc))
%Intre ce intervale de Kmpc se afla det(i)+deltav(j)
for qc=1:1:length(Kmpc) -1
if Kmpc(qc)<=(det(i)+deltad(j))&&(det(i)+deltad(j))<Kmpc (qc+1)
qbunn=qc+1;
end
end
mod=qbunn -qbun; %cate Kmpc -uri diferite avem
%Pas 1: Intervalul de la det(i) pana la Kmpc(qbun+1)
ak(1)=(Ft(j) -Ra(j) -Rcp(qbun+1))/(masa*1.2);
deltadk(1)=Kmpc(qbun+1) -det(i);
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
170
vk(1)=(v(j -1)^2+ak(1)*deltadk(1))/v(j -1);
deltatk(1)=deltadk(1)/vk(1);
%Pas 2: Intervalul de la Kmpc(qbun+1) pana la Kmpc(qbunn -1)
for qx=2:1:mod -1
ak(qx)=(Ft(j) -Ra(j) -Rcp(qbun+qx))/(masa*1.2);
deltadk(qx)=Kmpc(qbun+qx) -Kmpc(qbun+qx -1);
vk(qx)=(vk(qx -1)+ak(qx)*deltadk(qx))/vk(qx -1);
deltatk(qx)=deltadk(qx)/vk(qx);
end
%Pas 3: Interval de la Kmpc(qbunn -1) pana la punctul cu vet(i)+deltav(j)
ak(mod)=(Ft(j) -Ra(j) -Rcp( qbunn))/(masa*1.2);
deltavk(mod)=vet(i)+deltav(j) -vk(mod -1);
deltatk(mod)=deltavk(mod)/ak(mod);
vmedk=(vet(i)+deltav(j)+vk(mod -1))/2;
deltadk(mod)=vmedk*deltatk(mod);
%Total d, t
deltad(j)=sum(deltadk);
deltat(j)=sum(deltatk);
end
%Determinarea distantei de franare prin Metoda backwards
ib=1;
vetf(ib)=0;
jf=1;
if vmax(z+1)<vmax(z)
if (vet(i)+deltav(j))<=vmax(z+1)
df(j)=0;
else
ib=1;
vetf(ib)=vmax(z+1);
for qf=1:1:length(v)
if v(qf)==vmax(z+1)
jf=qf;
end
end
jf=jf+1;
while round(vetf(ib)*10000)/10000~=round((vet(i)+deltav(j))*10000)/10000
deltavf(jf)=v(jf) -v(jf-1);
vmedf(jf)=(v(jf)+v(jf -1))/2;
for q=1:1:(length(K mp)-1)
if Kmpinv(q)>=round(Kmvmax(z+1) -detf(ib))&&round(Kmvmax(z+1) –
detf(ib))>Kmpinv(q+1)
qbunf=q;
end
end
af(jf)=( -Ff-Ra(jf) -Rcpinv(qbunf))/(masa*1.2);
deltatf(jf)=deltavf(jf)/( -af(jf));
deltadf(jf)=vmedf(jf)*deltatf(jf);
vetf(ib+1)=vetf(ib)+deltavf(jf);
detf(ib+1)=detf(ib)+deltadf(jf);
tetf(ib+1)=tetf(ib)+deltatf(jf);
ib=ib+1;
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
171
end
df(j)=detf(ib);
end
else
df(j)=0;
end
%Sfarsit calcul franare
%Calculul distantei de franare pana la zero in cazul in care un punct de oprire este
foarte aproape de limita de viteza
%Determinarea distantei de franare prin Metoda backwards
ibzero=1;
vetfzero(1)=0;
jfzero=1;
detfzero(ibzero)=0;
tetfzero(ibzero)=0;
while vetfzero(ibzero)~ =(vet(i)+deltav(j))
jfzero=jfzero+1;
deltavfzero(jfzero)=v(jfzero) -v(jfzero -1);
vmedfzero(jfzero)=(v(jfzero)+v(jfzero -1))/2;
for q=1:1:(length(Kmpinv) -1)
if Kmpinv(q)>=round(Kmo(k+1) -detfzero(ib))&&round(Kmo(k+1) –
detfzero(ib))>Kmpinv(q+1)
qbunfzero=q;
end
end
afzero(jfzero)=( -Ff-Ra(jfzero) -Rcpinv(qbunfzero))/( masa*1.2);
deltatfzero(jfzero)=deltavfzero(jfzero)/( -afzero(jfzero));
deltadfzero(jfzero)=vmedfzero(jfzero)*deltatfzero(jfzero);
vetfzero(ibzero+1)=vetfzero(ibzero)+deltavfzero(jfzero);
detfzero(ibzero+1)=detfzero(ibzero)+deltadfzero(jfzero);
tetfzero(ibzero+1)=tetfzero(ibzero)+deltatfzero(jfzero);
ibzero=ibzero+1;
end
%Sfarsit calcul f ranare
if (det(i)+deltad(j)+df(j))<Kmvmax(z)
if (det(i)+deltad(j)+detfzero(ibzero))<Kmo(k+1)
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
for q=1:1:(length(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i)&&det(i)<=Kmpc(q+1)
qbun=q+1;
end
end
Fet(i+1)=Ft(j); %kN
Pet(i+1)=((vet(i+1)*Fet(i+1)*10^3)/niutram)+Paux; %W
%Calculam consumul de energie fun ctie de lungimea fiecarei sectiuni si cablu
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
172
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1)); %ohmi
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1)); %A
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1); %V
Uet(i+1)=Pet(i+1)/Iet(i+1); %W
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1); %Ws=1J
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1); %J
%Sfarsit calcul consum
i=i+1;
else
deltad(j)=(Kmo(k+1) -det(i) -detfzero(ibzero -1))/Ratafrag;
deltat(j)=deltad(j)/v(j -1);
while round(det(i)*1000)/1000~=round((Kmo(k+1) -detfzero(ibzero -1))*1000)/1000
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
for q=1:1:(length(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i)&&det(i)<=Kmpc(q+1)
qbun=q+1;
end
end
Fet(i+1)=Ra(j)+Rcp(qbun); %kN
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)* abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
if Fet(i+1)<0 %trebuie sa inceapa procesul de franare
Iet(i+1)=Iaux;
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Pet(i+1)=Iet(i+1)*Uet(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
else
Pnec(i+1)= (vet(i)*Fet(i+1)*10^3)/niutram;
Pet(i+1)=Pnec(i+1)+Paux;
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1 )*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Pet(i+1)/Iet(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
end
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
173
i=i+1;
end
j=j-1;
jfzero=jfzero -1;
while (j>=2)&&(jfzero>=2)
deltav(j)=v(j -1)-v(j);
vmed(j)=(v(j)+v(j -1))/2;
deltat(j)=deltav(j)/afzero(jfzero);
deltad(j)=vmed(j)*deltat(j);
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+ deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmp unctinj(alim) –
det(i+1))+ (Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=Iaux;
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Pet(i+1)=Iet(i+1)*Uet(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
Fet(i+1)=0;
i=i+1;
j=j-1;
jfzero=jfzero -1;
end
tet(i+1)=tet(i)+Tot(k+1);
DT(i+1)=Tot(k+1);
DD(i+1)=0;
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i);
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+ (Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=Iaux;
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Pet(i+1)=Iet(i+1)*Uet(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
Fet(i+1)=0;
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
174
i=i+1;
end
else
if (det(i)+deltad(j)+df(j))>Kmvmax(z)
%Se vede daca exista un punct de oprire in preajma limitei de viteza
if (det(i)+deltad(j)+ detfzero(ibzero))<Kmo(k+1)
deltad(j)=(Kmvmax(z) -det(i) -df(j-1));
deltat(j)=deltad(j)/v(j -1);
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
for q=1:1:(length(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i+1)&&det(i+1)<=Kmpc(q+1)
qbun=q+1;
end
end
Fet(i+1)=Ft(j -1);%kN
Pet(i+1)=((vet(i+1)*Fet(i+1)*10^3)/niutram)+Paux; %W
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpun ctinj(alim) –
det(i+1))+ (Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Pet(i+1)/Iet(i+1 );
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
j=j-1;
if vet(i)>vmax(z+1)
while vet(i)~=vm ax(z+1)
deltav(j)=v(j -1)-v(j);
vmed(j)=(v(j)+v(j -1))/2;
deltat(j)=deltav(j)/af(jf);
deltad(j)=vmed(j)*deltat(j);
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i)) &&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
175
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(K mpunctinj(alim) –
det(i+1))+ (Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1)
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
j=j-1;
jf=jf-1;
end
end
else
deltad(j)=(Kmo(k+1) -det(i) -detfzero(ibzero -1))/Ratafrag;
deltat(j)=deltad(j)/v(j -1);
while round(det(i)*1000)/1000~=round((Kmo(k+1) -detfzero(ibzero -1))*1000)/1000
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=t et(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
for q=1:1:(length(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i)&&det(i)< =Kmpc(q+1)
qbun=q+1;
end
end
Fet(i+1)=Ra(j)+Rcp(qbun); %kN
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+ (Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
if Fet(i+1)<0 %ar trebui sa inceapa franarea
Pet(i+1)=Pau x;
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
else
Pnec(i+1)=(vet(i)*Fet(i+1)*10^3)/niutram;
Pet(i+1)=Pnec(i+1)+Paux;
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Pet(i+1)/Iet(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
end
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
176
i=i+1;
end
j=j-1;
jfzero=jfzero -1;
while (j>=2)&&(jfzero>=2)
deltav(j)=v(j -1)-v(j);
vmed(j)=(v(j)+v(j -1))/2;
deltat(j)=deltav(j)/afzero(jfzero);
deltad(j)=vmed(j)*deltat(j);
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+ 1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
j=j-1;
jfzero=jfzero -1;
end
tet(i+1)=tet(i)+Tot(k+1);
DT(i+1)=Tot(k+1);
DD(i+1)=0;
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
177
i=i+1;
end
else if (det(i)+deltad(j)+df(j))==Kmvmax(z)
if (det(i)+deltad(j)+detfzero(ibzero))<Kmo( k+1)
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1 )=deltad(j);
for q=1:1:(length(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i+1)&&det(i+1)<=Kmpc(q+1)
qbun=q+1;
end
end
Fet(i+1)=Ft(j); %kN
Pet(i+1)=((vet(i+1)*Fet(i+1)*10^3)/niutram)+Paux; %W
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&& (det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*ab s(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Pet(i+1)/Iet(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
if vet(i)>vmax(z+1)
while vet(i)~=vmax(z+1)
deltav(j)=v(j -1)-v(j);
vmed(j)=(v(j)+v(j -1))/2;
deltat(j)=deltav(j)/af(jf);
deltad(j)=vmed(j)*deltat(j);
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1 )=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
178
Ulc(i+1)=R circ(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1)
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
j=j-1;
jf=jf-1;
end
end
else
deltad(j)=(Kmo(k+1) -det(i) -detfzero(ibzero -1))/Ratafrag;
deltat(j)=deltad(j)/v(j -1);
while round(det(i)*1000)/1000~= round((Kmo(k+1) -detfzero(ibzero ))*1000)/1000
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
for q=1:1:(length(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i)&&det(i)<=Kmpc(q+1)
qbun=q+1;
end
end
Fet(i+1)=Ra(j)+Rcp(qbun); %kN
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
if Fet(i+1)<0
Pet(i+1)=Paux;
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rc irc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
else
Pnec(i+1)=(vet(i)*Fet(i+1)*10^3)/niutram;
Pet(i+1)=Pnec(i+1)+Paux;
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2 *Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Pet(i+1)/Iet(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
end
i=i+1;
end
j=j-1;
jfzero=jfzero -1;
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
179
while (j>=2)&&(jfzero>=2)
deltav(j)=v(j -1)-v(j);
vmed(j)=(v(j)+v(j -1))/2;
deltat(j)=deltav(j)/afzero(jfzero);
deltad(j)=vmed(j)*deltat(j);
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+d eltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim)
– det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet( i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Pet(i+1)=Iet(i+1)*Uet(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
j=j-1;
jfzero=jfzero -1;
end
tet(i+1)=tet(i)+Tot(k+1);
DT(i+1)=Tot(k+1);
DD(i+1)=0;
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i )<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(ali m)-det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Pet(i+1)=Iet(i+1)*Uet(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
180
end
end
end
end
end
if vet(i)==vmax(z)
%Determinarea distantei de franare prin Metoda backwards
ib=1;
vetf(ib)=vmax(z+1);
for jfbun=1:1:length(v)
if vmax(z+1)==v(jfbun)
jf=jfbun;
end
end
if vmax(z+1)<vmax(z)
while round(vetf( ib)*10000)/10000~=round(vmax(z)*10000)/10000
jf=jf+1;
deltavf(jf)=v(jf) -v(jf-1);
vmedf(jf)=(v(jf)+v(jf -1))/2;
for q=1:1:(length(Kmp) -1)
if Kmp inv(q)>=round(Kmvmax(z+1) -detf(ib))&&round(Kmvmax(z+1) –
detf(ib))>Kmpinv(q+1)
qbunf=q;
end
end
af(jf)=( -Ff-Ra(jf) -Rcpinv(qbunf))/(masa*1.2);
deltatf(jf)=deltavf(jf)/( -af(jf));
deltadf(jf)=vmedf(jf)*deltatf(jf);
vetf(ib+1)=vetf(ib)+deltavf(jf);
detf(ib+1)=detf(ib)+deltadf(jf);
tetf(ib+1)=tetf(ib)+deltatf(jf);
ib=ib+1;
end
df(j)=detf(ib);
else
df(j)=0;
end
%Sfarsit determinar e distanta de franare
%Calculul distantei de franare pana la zero in cazul in care un punct de oprire este
foarte aproape de limita de viteza
%Determinarea distantei de franare prin Metoda backwards
ibzero=1;
vetfzero(1)=0;
jfzero=1;
detfzero(ibzero)=0;
tetfzero(ibzero)=0;
while vetfzero(ibzero)~=vmax(z)
jfzero=jfzero+1;
deltavfzero(jfzero )=v(jfzero) -v(jfzero -1);
vmedfzero(jfzero)=(v(jfzero)+v(jfzero -1))/2;
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
181
for q=1:1:(length(Kmpinv) -1)
if Kmpinv(q)>=round(Kmo(k+1) -detfzero(ib))&&round(Kmo(k+1) –
detfzero(ib))>Kmpinv(q+1)
qbunfzero=q;
end
end
afzero(jfzero)=( -Ff-Ra(jfzero) -Rcpinv(qbunfzero))/(masa*1.2);
deltatfzero(jfzero)=deltavfzero(jfzero)/( -afzero(jfzero));
deltadfzero(jfzero)=vmedfzero(jfzero)*deltatfzero(jfzero);
vetfzero(ibzero+1)=vetfzero(ibzero)+deltavfzero(jfzero);
detfzero(ibzero+1)=detfzero(ibzero)+deltadfzero(jfzero);
tetfzero(ibzero+1)=tetfzero(ibzero)+deltatfzero(jfzero);
ibzero=ibzero+1;
end
%Sfarsit calcul franare
if (Kmvmax(z)+detfzero(ibzero))<Kmo(k+1)
%Fragmentez distanta pe care o parcurge cu viteza constanta pentru a putea calcula
corect consumul de curent
deltad(j+1)=(Kmvmax(z) -det(i) -df(j))/Ratafrag;
deltat(j+1)=deltad(j+1)/v(j);
while round(det(i)*1000)/1000~=round((Kmvmax(z) -df(j))*1000)/1000
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i)+deltad(j+1);
if (det(i+1)+df(j))>Kmvmax(z)
deltad(j+1)=Kmvmax(z) -det(i) -df(j);
deltat(j+1)=deltad(j+1)/v(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j+1);
end
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j+1);
DT(i+1)=deltat(j+1);
DD(i+1)=deltad(j);
for q=1:1:(len gth(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i+1)&&det(i+1)<=Kmpc(q+1)
qbun=q+1;
end
end
Fet(i+1)=Ra(j)+Rcp(qbun); %kN
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i+1))&&(det(i+1)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim )-det(i+1));
if Fet(i+1)<0
Pet(i+1)=Paux;
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
182
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
else
Pnec(i+1)=(vet(i)*Fet(i+1)*10^3)/niutram;
Pet(i+1)=Pnec(i+1)+Paux;
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Us ub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Pet(i+1)/Iet(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
end
i=i+1;
end
if vet(i)>vmax(z+1)
while vet(i)~=vmax(z+1)
deltav(j)=v(j -1)-v(j);
vmed(j)=(v(j)+v(j -1))/2;
deltat(j)=deltav(j)/a f(jf);
deltad(j)=vmed(j)*deltat(j);
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
Fet(i+1)= 0;
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i+1))&&(det(i+1)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+ (Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
j=j-1;
jf=jf-1;
end
end
else
deltad(j+1)=(Kmo(k+1) -det(i) -detfzero(ibzero))/Ratafrag;
deltat(j+1)=deltad(j+1)/v(j);
while round(det(i)*1000)/1000~=round((Kmo(k+1) -detfzero(ibzero))*1000)/1000
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i)+deltad(j+1);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j+1);
DT(i+1)=deltat(j+1);
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
183
DD(i+1)=deltad(j+1);
for q=1:1:(length(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i+1)&&det(i+1)<=Kmpc(q+1)
qbun=q+1;
end
end
Fet(i+1)=Ra(j)+Rcp(qbun); %kN
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i+1))&&(det(i+1)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
if Fet(i+1)<0
Pet(i+1)=Paux;
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+ 1);
else
Pnec(i+1)=(vet(i)*Fet(i+1)*10^3)/niutram;
Pet(i+1)=Pnec(i+1)+Paux;
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1) );
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Pet(i+1)/Iet(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
end
i=i+1;
end
while (j>=2)&&(jfzero>=2)
deltav(j)=v(j -1)-v(j);
vmed(j)=(v(j)+v(j -1))/2;
deltat(j)=deltav(j)/af zero(jfzero);
deltad(j)=vmed(j)*deltat(j);
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimb un)<=det(i+1))&&(det(i+1)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunct inj(alim) -det(i+1));
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
184
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i +1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
j=j-1;
jfzero=jfzero -1;
end
tet(i+1)=tet(i)+Tot(k+1) ;
DT(i+1)=Tot(k+1);
DD(i+1)=0;
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length( Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i+1))&&(det(i+1)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc* abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
end
end
end
%Daca mai intai este un punct de oprire si nu o limitare de viteza
else %(if Kmvmax(z+1)nu este >=Kmo(k+1))
while Kmvmax(z+1)>=Kmo(k+1)&&
Kmo(k)<=round(det(i))&&round(det(i))<Kmo(k+1)
if vet(i)<vmax(z+1)
j=j+1;
deltav(j)=v(j) -v(j-1);
vmed(j)=(v(j)+v(j -1))/2;
for q=1:1:(length(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i)&&det(i)<=Kmpc(q+1)
qbun=q;
end
end
a(j)=(Ft(j) -Ra(j) -Rcp(qbun+1 ))/(masa*1.2);
deltat(j)=deltav(j)/a(j);
deltad(j)=vmed(j)*deltat(j);
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
185
%Determinare in ce intervale Kmpc se afla det(i)+deltad(j)
if (det(i)+deltad(j))>Kmpc(qbun+1)&&(det(i)+de ltad(j))<Kmpc(length(Kmpc))
%Intre ce intervale de Kmpc se afla det(i)+deltav(j)
for qc=1:1:length(Kmpc) -1
if Kmpc(qc)<=(det(i)+deltad(j))&&(det(i)+deltad(j))<Kmpc(qc+1)
qbunn=qc+1;
end
end
mod=qbunn -qbun; %cate Kmpc -uri diferite avem
%Pas 1: Intervalul de la det(i) pana la Kmpc(qbun+1)
ak(1)=(Ft(j) -Ra(j) -Rcp(qbun +1))/(masa*1.2);
deltadk(1)=Kmpc(qbun+1) -det(i);
vk(1)=(v(j -1)^2+ak(1)*deltadk(1))/v(j -1);
deltatk(1)=deltadk(1)/vk(1);
%Pas 2: Intervalul de la Kmpc(qbun+1) pana la Kmpc(q bunn -1)
for qx=2:1:mod -1
ak(qx)=(Ft(j) -Ra(j) -Rcp(qbun+qx))/(masa*1.2);
deltadk(qx)=Kmpc(qbun+qx) -Kmpc(qbun+qx -1);
vk(qx)=(vk(qx -1)+ak(qx)*deltadk(qx))/vk(qx -1);
deltatk(qx)=deltadk(qx)/vk(qx);
end
%Pas 3: Interval de la Kmpc(qbunn -1) pana la punctul cu vet(i)+deltav(j)
ak(mod)=(Ft(j) -Ra(j) -Rcp(qbunn))/(masa*1.2);
deltavk(mod)=vet(i)+deltav(j) -vk(mod -1);
deltatk(mod)=deltavk(mod)/ak(mod);
vmedk=(vet(i)+deltav(j)+vk(mod -1))/2;
deltadk(mod)=vmedk*deltatk(mod);
%Total d, t
deltad(j)=sum(deltadk);
deltat(j)=sum(deltatk);
end
%Determinarea distantei de franare prin Metoda backwards
ib=1;
vetf(1)=0;
jf=1;
while vetf(ib)~=(vet(i)+deltav(j))
jf=jf+1;
deltavf(jf)=v(jf) -v(jf-1);
vmedf(jf)=(v(jf)+v(jf -1))/2;
for q=1:1:(length(Kmpinv) -1)
if Kmpinv(q)>=round(Kmo(k+1) -detf(ib))&&round(Kmo(k+1) –
detf(ib))>Kmpinv(q+1)
qbunf=q;
end
end
af(jf)=( -Ff-Ra(jf) -Rcpinv(qbunf))/(masa*1.2);
deltatf(jf)=deltavf(jf)/( -af(jf));
deltadf(jf)=vmedf(jf)*deltatf(jf);
vetf(ib+1)=vetf(ib)+deltavf(jf);
detf(ib+1)=detf(ib)+deltadf(jf);
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
186
tetf(ib+1)=tetf( ib)+deltatf(jf);
ib=ib+1;
end
df(j)=detf(ib);
%Sfarsit calcul franare
if (det(i)+deltad(j)+detf(ib))<Kmo(k+1)
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
for q=1:1:(length(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i+1)&&det(i+1)<=Kmpc(q+1)
qbun=q+1;
end
end
Fet(i+1)=Ft(j); %kN
Pet(i+1)=((vet(i+1)*Fet(i+1)*10^3)/niutram)+Paux; %W
%Calculam consumul de curent functie de lungimea fiecarei sectiuni si cablu
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1)); %ohmi
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1)); %A
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1); %V
Uet(i+1)=Pet(i+1)/Iet(i+1); %W
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1); %Ws=1J
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1); %J
%Sfarsit calcul consum
i=i+1;
else
if(det(i)+deltad(j)+detf(ib))>Kmo(k+1)
deltad(j)=(Kmo(k+1) -det(i) -detf(ib -1));
deltat(j)=deltad (j)/v(j -1);
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
if vet(i-1)~=vet(i+1)
for q=1:1:(length(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i+1)&&det(i+1)<=Kmpc(q+1)
qbun=q+1;
end
end
Fet(i+1)=Ft(j -1);%kN
Pet(i+1)=((vet(i+1)*Fet(i+1)*10^3)/niutram)+Paux; %W
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
187
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i) )&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(ali m)-det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Pet(i+1)/Iet(i+1);
Wint( i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
else
for q=1:1:(length(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i+1)&&det(i+1)<=Kmpc(q+1)
qbun=q+1;
end
end
Fet(i+1)=Ra(j)+Rcp(qbun);
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<= det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
if Fet(i+1)<0
Pet(i+1)=Paux;
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
else
Pnec(i+1)=(vet(i)*Fet(i+1 )*10^3)/niutram;
Pet(i+1)=Pnec(i+1)+Paux;
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Pet(i+1)/Iet(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
end
end
i=i+1;
j=j-1;
jf=jf-1;
while (j>=2)&&(jf>=2)
deltav(j)=v(j -1)-v(j);
vmed(j)=(v(j)+v(j -1))/2;
deltat(j)=deltav( j)/af(jf);
deltad(j)=vmed(j)*deltat(j);
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
188
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc* abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1)
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
j=j-1;
jf=jf-1;
end
tet(i+1)=tet(i)+Tot(k+1);
DT(i+1)=deltat(j+1);
DD(i+1)=0;
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
else
if (det(i)+deltad(j)+detf(j))==Kmo(k+1)
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
if vet(i-1)~=vet(i+1)
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
189
for q=1:1:(length(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i+1)&&det(i+1)<=Kmpc(q+1)
qbun=q+1;
end
end
Fet(i+1)=Ft(j); %kN
Pet(i+1)=((vet(i+1)*Fet(i+1)*10^3)/niutram)+Paux; %W
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=( Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Pet(i+1)/Iet(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
else
for q=1:1:(length(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i+1)&&det(i+1)<=Kmpc(q+1)
qbun=q+1;
end
end
Fet(i+1)=Ra(j)+Rcp(qbun);
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(ali m)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
if Fet(i+1)<0
Pet(i+1)=Paux;
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc (i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
else
Pnec(i+1)=(vet(i)*Fet(i+1)*10^3)/niutram;
Pet(i+1)=Pnec(i+1)+Paux;
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Pet(i+1)/Iet(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
end
end
i=i+1;
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
190
while (j>2)&&(jf>=2)
j=j-1;
jf=jf-1;
deltav(j)=v(j -1)-v(j);
vmed(j)=(v(j)+v(j -1))/2;
deltat(j)=deltav(j)/af(jf);
deltad(j)=vmed(j)*deltat(j);
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimb un+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT (i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
end
tet(i+1)=tet(i)+Tot(k+1);
DT(i+1)=deltat(j+1);
DD(i+1)=0;
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc( i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
end
end
end
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
191
end
if vet(i)==vmax(z+1)
%Determin area distantei de franare prin Metoda backwards
ib=1;
jf=1;
vetf(ib)=0;
while vetf(ib)~=vmax(z+1)
jf=jf+1;
deltavf(jf)=v(jf) -v(jf-1);
vmedf(jf)=(v(jf)+v(j f-1))/2;
for q=1:1:(length(Kmp) -1)
if Kmpinv(q)>=round(Kmo(k+1) -detf(ib))&&round(Kmo(k+1) –
detf(ib))>Kmpinv(q+1)
qbunf=q;
end
end
af(jf)= (-Ff-Ra(jf) -Rcpinv(qbunf))/(masa*1.2);
deltatf(jf)=deltavf(jf)/( -af(jf));
deltadf(jf)=vmedf(jf)*deltatf(jf);
vetf(ib+1)=vetf(ib)+deltavf(jf);
detf(ib+1)=detf(ib)+deltadf(jf);
tetf(ib+1)=tetf(ib)+deltatf(jf);
ib=ib+1;
end
df(j)=detf(ib);
%Sfarsit determinare distanta de franare
for qi=1:1:(length(Kmi) -1)
if Kmi(qi)<det(i)&&det(i)<=Kmi( qi+1)
qibun=qi+1;
end
end
%Mers fara accelerare
if (Validinertie==1)&&(Kmi(qibun)<(Kmo(k+1) -df(j))) %Validez mersul din inertie.
1 pentru permisiune, 0 pentru anulare
for qi=1:1:(length(Kmi) -1)
if Kmi(qi)<det(i)&&det(i)<=Kmi(qi+1)
qibun=qi+1;
end
end
%if Kmi(qibun)<(Kmo(k+1) -df(j)) % Testam daca se poate aplica m ersul din inertie
%Prima zona de mers cu viteza constanta pana la Kmi
deltad(j+1)=(Kmi(qibun) -det(i))/Ratafrag;
deltat(j+1)=deltad(j+1)/v(j);
while round(det(i)*1000)/1000~=ro und((Kmi(qibun))*1000)/1000
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i)+deltad(j+1);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j+1);
DT(i+1)=deltat(j+1);
DD(i+1)=deltad(j+1);
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
192
for q=1:1:(length(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i+1)&&det(i+1)<=Kmpc(q+1)
qbun=q+1;
end
end
Fet(i+1)=Ra(j)+Rcp(qbun);
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i+1))&&(det(i+1)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
if Fet(i+1)<0
Pet(i+1)=Paux;
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
else
Pnec(i+1)=(vet(i)*Fet(i+1)*10^3)/niutram;
Pet(i+1)=Pnec(i+1)+Paux;
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Pet(i+1)/Iet(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
end
i=i+1;
end
% Sfarsit zona de mers cu viteza constanta; Incepem mersul din inertie
while Kmo(k)<=round(det(i))&&round(det(i))<Kmo(k+1)
j=j-1;
deltav(j)=v(j -1)-v(j);
vmed(j)=(v(j)+v(j -1))/2;
for q=1:1:(length(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i)&&det(i)<=Kmpc(q+1)
qbun=q;
end
end
ai(j)=( -Ra(j) -Rcp(qbun+1))/(masa*1.2);
deltat(j)=deltav(j)/ai(j);
deltad(j)=vmed(j)*deltat(j);
%Determinarea distantei de franare prin Me toda backwards
ib=1;
vetf(1)=0;
jf=1;
vetrez=vet(i)+deltav(j);
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
193
while round(vetf(ib)*1000)/1000~=round(vetrez*1000)/1000
jf=jf+1;
deltavf(jf)=v(jf) -v(jf-1);
vmedf(jf)=(v(jf)+v(jf -1))/2;
for q=1:1:(length(Kmpinv) -1)
if Kmpinv(q)>=round(Kmo(k+1) -detf( ib))&&round(Kmo(k+1) –
detf(ib))>Kmpinv(q+1)
qbunf=q;
end
end
af(jf)=( -Ff-Ra(jf) -Rcpinv(qbunf))/(masa*1.2);
deltatf(jf)=deltavf(jf)/( -af(jf));
deltadf(jf)=vmedf(jf)*deltatf(jf);
vetf(ib+1)=vetf(ib)+deltavf(jf);
detf(ib+1)=detf(ib)+deltadf(jf);
tetf(ib+1) =tetf(ib)+deltatf(jf);
ib=ib+1;
end
df(j)=detf(ib);
%Sfarsit calcul franare
if (det(i)+deltad(j)+detf( ib))<Kmo(k+1)
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
else
if(det(i)+deltad(j)+detf(ib))>Kmo(k+1)
deltad(j)=(Kmo(k+1) -det(i) -detf(ib+1));
deltat(j)=deltad(j)/v(j -1);
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
194
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=d et(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj( alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
j=j+1;
jf=jf+1;
while (j>=2)&&(jf>=2)
deltav(j)=v(j -1)-v(j);
vmed(j)=(v(j)+v(j -1))/2;
deltat(j)=deltav(j)/af(jf);
deltad(j)=vmed(j)*deltat(j);
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*R cablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet( i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1)
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
j=j-1;
jf=jf-1;
end
tet(i+1)=tet(i)+Tot(k+1);
DT(i+1)=deltat(j+1);
DD(i+1)=0;
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i);
Fet(i+1)=0;
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
195
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Km punctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
else
if (det(i)+ deltad(j)+detf(j))==Kmo(k+1)
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
i=i+1;
while (j>2)&&(jf>=2)
j=j-1;
jf=jf-1;
deltav(j)=v(j -1)-v(j);
vmed(j)=(v(j)+v(j -1))/2;
deltat(j)=deltav(j)/af(jf);
deltad(j)=vmed(j)*deltat(j);
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j) ;
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(ali
m)-det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 *Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i +1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
end
tet(i+1)=tet(i)+Tot(k+1);
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
196
DT(i+1)=deltat(j+1);
DD(i+1)=0;
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i))&&(det(i)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usu b^2-4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
end
end
end
end
else
%Fragmentez distanta pe care o parcurge cu viteza constanta pentru a putea calcula
corect consumul de energie
deltad(j+1)=(Kmo(k+1) -det(i) -df(j))/Ratafrag;
deltat(j+1)=deltad(j+1)/v(j);
while round(det(i)*1000)/1000~=round((Kmo(k+1) -df(j))*1000)/1000
vet(i+1)=vet(i);
det(i+1)=det(i)+deltad(j+1);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j+1);
DT(i+1)=deltat(j+1);
DD(i+1)=deltad(j+1);
for q=1:1:(length(Kmpc) -1)
if Kmpc(q)<det(i+1)&&det(i+1)<=Kmpc(q+1)
qbun=q+1;
end
end
Fet(i+1)=Ra(j)+Rcp(qbun);
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i+1))&&(det(i+1)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1)) ;
if Fet(i+1)<0
Pet(i+1)=Paux;
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
197
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pe t(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
else
Pnec(i+1)=(vet(i)*Fet(i+1)*10^3)/niutram;
Pet(i+1)=Pnec(i+1)+Paux;
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcir c(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Pet(i+1)/Iet(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
end
i=i+1;
end
while (j>=2)&&(jf>=2)
deltav(j)=v(j -1)-v(j);
vmed(j)=(v(j)+v(j -1))/2;
deltat(j)=deltav(j)/af(jf);
deltad(j)=vmed(j)*deltat(j);
vet(i+1)=vet(i)+deltav(j);
det(i+1)=det(i)+deltad(j);
tet(i+1)=tet(i)+deltat(j);
DT(i+1)=deltat(j);
DD(i+1)=deltad(j);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
if (Lsect(alimbun)<=det(i+1))&&(det(i+1)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/ 2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1)*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
j=j-1;
jf=jf-1;
end
tet(i+1)=tet(i)+Tot(k+1);
DT(i+1)=Tot(k+1);
DD(i+1)=0;
vet(i+1)=vet(i) ;
det(i+1)=det(i);
Fet(i+1)=0;
Pet(i+1)=Paux;
for alimbun=1:1:(length(Lsect) -1)
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
198
if (Lsect(alimbun)<=det(i+1))&&(det(i+1)<Lsect(alimbun+1))
alim=alimbun+1;
end
end
Rcirc(i+1)=Rsub+2*Rcablu*Lcablu(alim)+Rfc*abs(Kmpunctinj(alim) –
det(i+1))+(Rs/2)*abs(Kmpunctinj(alim) -det(i+1));
Iet(i+1)=(Usub -sqrt(Usub^2 -4*Rcirc(i+1)*Pet(i+1)))/(2*Rcirc(i+1));
Ulc(i+1)=Rcirc(i+1 )*Iet(i+1);
Uet(i+1)=Usub -Ulc(i+1);
Wint(i+1)=Pet(i+1)*DT(i+1);
Wet(i+1)=Wet(i)+Wint(i+1);
i=i+1;
end;
end
end
end
end
end
%Pregatire variabile pentru printare si afisa re
Vitmed=det(i)/tet(i); %m/s
Vitmed=Vitmed*3.6; %km/h
for ikk=1:1:length(Iet)
Imed(ikk)=Iet(ikk)*DT(ikk);
end
Ietmed=sum(Imed)/tet(i); %A
vet=vet.*3.6; %km/h
vet=vet';
det=det';
tet=tet';
Pet=Pet*10^ -3; %kW
Wint=Wint/(3.6*10^6); %kWh
Wet=Wet/(3.6 *10^6); %kWh
Wettotal=sum(Wint);
Tettotal=tet(length(tet)); %s
Dettotal=det(length(det))*10^ -3; %km
e=Wettotal/Dettotal; %kWh/km;
j=e/masa; %kWh/km*t;
%Plotare variabile
figure();
subplot(2,1,1);plot(det,vet, 'r-', 'LineWidth' , 1);
xlabel( 'Distanta [ m]', 'FontSize' ,12, 'FontName' , 'Arial' );
ylabel( 'Viteza [km/h]' , 'FontSize' ,12, 'FontName' , 'Arial' );
axis([0, Kmo(length(Kmo))+200,0,max(vet)+15]);
text(3,60, 'Statie' ,'FontSize' ,6, 'FontName' , 'Arial' );
text(3,52.5, 'Apaca' ,'FontSize' ,6,'FontName' , 'Arial ');
text(750,60, 'Semafor' ,'FontSize' ,6, 'FontName' , 'Arial' );
text(750,52.5, 'Ec. Cezarescu' ,'FontSize' ,6,'FontName' , 'Arial' );
text(950,47.5, 'Statie' ,'FontSize' ,6, 'FontName' , 'Arial' );
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
199
text(950,40, 'Pod Grozavesti' ,'FontSize' ,6,'FontName' , 'Arial' );
subplot(2,1,2);plot(tet,vet, 'b-', 'LineWidth' , 1);
xlabel ( 'Timp [s]' , 'FontSize' ,12, 'FontName' , 'Arial' );
ylabel( 'Viteza [km/h]' , 'FontSize' ,12, 'FontName' , 'Arial' );
axis([0, max(tet)+20,0,max(vet)+15]);
text(3,60, 'Statie' ,'FontSize' ,6, 'FontName' , 'Arial ');
text(3,52.5, 'Apaca' ,'FontSize' ,6,'FontName' , 'Arial' );
text(80,17.5, 'Semafor' ,'FontSize' ,6, 'FontName' , 'Arial' );
text(80,10, 'Ec. Cezarescu' ,'FontSize' ,6,'FontName' , 'Arial' );
text(135,47.5, 'Statie' ,'FontSize' ,6, 'FontName' , 'Arial' );
text(135,40, 'Pod Grozavesti' ,'FontSize' ,6,'FontName' , 'Arial' );
figure();
subplot(2,1,1);plot(tet,Iet, 'c-', 'LineWidth' , 1);
ylabel( 'It [A]' , 'FontSize' ,12, 'FontName' , 'Arial' );
xlabel( 'Timp [s]' , 'FontSize' ,12, 'FontName' , 'Arial' );
axis([0, max(tet)+40,0,max(Iet)+100] );text(60,300, 'Punct' ,'FontSize' ,6, 'FontName' , 'Arial' );
text(60,200, 'injectie' ,'FontSize' ,6, 'FontName' , 'Arial' );
text(150,300, 'Punct' ,'FontSize' ,10, 'FontName' , 'Arial' );
text(150,200, 'injectie' ,'FontSize' ,10, 'FontName' , 'Arial' );
subplot(2,1,2);plot( tet,Uet, 'k-', 'LineWidth' , 1);
ylabel( 'Ut [V]' , 'FontSize' ,12, 'FontName' , 'Arial' );
xlabel( 'Timp [s]' , 'FontSize' ,12, 'FontName' , 'Arial' );
axis([0, max(tet)+40,0,max(Uet)+200]);
text(60,300, 'Punct' ,'FontSize' ,6, 'FontName' , 'Arial' );
text(60,200, 'inject ie','FontSize' ,10, 'FontName' , 'Arial' );
text(150,300, 'Punct' ,'FontSize' ,10, 'FontName' , 'Arial' );
text(150,200, 'injectie' ,'FontSize' ,10, 'FontName' , 'Arial' );
figure();
plot(tet,Pet, 'b-', 'LineWidth' , 1);xlabel( 'Timp[s]' , 'FontSize' ,12, 'FontName' ,
'Aria l');ylabel( 'Putere [kW]' , 'FontSize' ,12, 'FontName' , 'Arial' );axis([0,
max(tet)+50,0,max(Pet)+100]);
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
200
Această pagină a fost lasată intenționat goală.
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
201
ANEXA NR. 6: MĂRIMILE CARACTERISTICE SPECI FICE TRAMVAIULUI
SIEMENS COMBINO
Figura nr. A6. 1: Forța de tracțiune și forța de frânare în funcție de viteză
Figura nr. A6. 2: Forța de tracțiune și rezistențele la înaintare, pentru diferite pante ale liniei
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
202
Figura nr. A6. 3: Forța de frânare și rezistențele la înaintare, pentru diferite rampe ale liniei
Figura nr. A6. 4: Puterea electrică necesară la accelerare și debitată la frânare
Optimizarea consumurilor de energie electrică în transportul public urban
203
Figura nr. A6. 5: Curentul absorbit pentru accelerare/ debitat la franare
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Optimizarea consumului de energie electrică în transportul public urban [607517] (ID: 607517)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.