Simulation of the operation of the on-board energy storage in the tractional system of a quarry locomotive

Abstract

The ways of updating the rolling stock of open-pit railways have been considered and the main methods of using the energy storage on the locomotive for open-pit railways have been determined. A mathematical model has been developed, which includes a model of train movement along the railway section and during maneuvering and a model of energy processes in the traction system with onboard energy storage. Simulations were performed in a cycle that included movement from the crushing plant to the transshipment point with empty dump trucks, maneuvering during loading, movement from the crushing plant to the transshipment point with loaded dump trucks, and maneuvering during unloading. The simulation took into account the limitation of power consumption at the level of 4000 kW. The parameters of the energy storage device were determined, for which Toshiba SCiB 20Ah-HP cells were selected. The power of the energy storage is 3600 kW, and the energy capacity is 414 kWh. The use of modules for the formation of an energy storage device is proposed. It was determined that the energy consumption per work cycle with the selected energy exchange algorithm taking into account electrodynamic braking is about 200 kWh, and the charge reduction per drive cycle is 36%. The service life of the energy storage with the selected cells is estimated at 8 years.Розглянуто шляхи оновлення рухомого складу кар’єрних залізниць та визначені основні способи застосування накопичувача енергії на локомотиві для кар’єрних залізниць. Розроблено математичну модель, яка включає модель руху поїзда по ділянці залізниці та упродовж маневрування і модель енергетичних процесів у тяговій системі з бортовим накопичувачем енергії. Виконано моделювання у циклі, який включає рух від дробарної фабрики до пункту перевантаження з порожніми думкарами, маневрування при навантаженні, рух від дробарної фабрики до пункту перевантаження з навантаженими думпкарами та маневрування при розвантаженні. При моделюванні враховано обмеження споживаної потужності на рівні 4000 кВт. Визначено параметри накопичувача енергії, для якого обрані комірки Toshiba SCiB 20Ah-HP cell. Потужність накопичувача енергії складає 3600 кВт, енергоємність – 414 кВт·год. Запропоновано застосування модулів для формування накопичувача енергії. Визначено, що споживання енергії за цикл роботи при обраному алгоритмі енергетичного обміну з урахуванням електродинамічного гальмування складає близько 200 кВт·год, а зменшення заряду за цикл руху становить 36%. Термін служби накопичувача енергії з вибраними комірками оцінюється у 8 років.