NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
CUNG CẤP ĐIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG SẮT

TS. LÊ MẠNH VIỆT
Khoa Điện – Điện tử
Trường Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Bài báo tổng quát hoá ý nghĩa, yêu cầu và đặc điểm của mô hình mô phỏng,
thông qua nó các mối liên quan thực tế giữa các đại lượng vật lý - cơ học - điện từ có thể đánh
giá tổng quát dựa trên kỹ thuật và kinh tế của cung cấp năng lương điện khí hoá đường sắt.
Bài báo còn thiết lập mô hình mô phỏng khá đầy đủ và toàn diện cho một phân đoạn trong hệ
thống cung cấp điện giao thông đường sắt.

Summary: The article has generalised the meaming, requirement and specification of the
simulation model, through which the actual relations between physical – mechanical -
electrical quantities can be generally evaluated in terms of the technique and economy of the
railway electrification’s power supply. The article also sets up fairy comprehendsive
simulation model for a section of a raiway transportation power supply system.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Nước ta đã bắt đầu xây dựng các dự án giao thông điện đô thị, nó gồm mêtrô, trôlêybus và
sắp tới là giao thông điện khí hoá đường dài. Như bất cứ một quốc gia tiên tiến nào, theo qui
luật phát triển, vấn đề thiết kế và sau đó là vận hành hiệu quả hệ thống cung cấp điện giao thông
sẽ phải đặt ra. Ở các nước tiên tiến vấn đề trên đã được nhiên cứu và áp dụng cho những bài
toán cụ thể và rất đa dạng với rất nhiều mức độ chính xác khác nhau. Nhằm tiến tới việc thiết kế
hiện đại, quản lý và khai thác vận hành tối ưu hệ thống điện khí hoá giao thông đặc thù Việt
Nam tương lai, bài báo này mở đầu cho những nghiên cứu liên quan tới mục đích trên. Nội dung
là phân tích, xây dựng để đưa ra mô hình mô phỏng hoàn chỉnh cho một phân đoạn trong hệ
thống cung cấp điện giao thông đường sắt.
CT 2
II. NỘI DUNG

B
C
22
19
20
1921 22
23
18
7
8
8
9
5
b
a
C
6
4
11
12
13
3
4
4
10
15
16
17
CC2D
14

CC2D- Hệ thống 2 dây trời và ray, A,B và C –Các pha của đường dây cao áp,
a,b và c– Các pha của máy biến thế. ĐMĐ- Đầu máy điện
Hệ thống cung cấp điện kéo là rất phức tạp, nó không những chứa nhiều hệ thống nhỏ mà
các hệ thống nhỏ ấy còn tương tác với nhau. Việc tính toán thiết kế và vận hành toàn hệ thống
dựa theo việc lựa chọn các thông số thiết bị hoặc các chế độ làm việc cho phép đối với từng khu
đoạn đường sắt sẽ càng phức tạp khi chúng được xác định không bởi các giá trị riêng mà là tất
cả các quá trình thay đổi theo thời gian và không gian (do chuyển động các đoàn tàu). Tổng thể
các nhân tố không thể liệt kê khi giải bài toán thực tế, song thường phải đưa ra một vài giả thiết
hạn chế nào đó. Trước đây vì các giả thiết hạn chế quá nhiều nên kết quả nhận được nằm trong
độ chính xác thấp. Việc sử dụng mô hình mô phỏng cho hệ thống cung cấp điện kéo với kỹ
thuật và công nghệ mới hiện nay đã cho những đáp án càng ngày càng chính xác. Những nghiên
cứu về lĩnh vực này là không có điểm dừng để kết quả càng ngày càng tốt hơn. Phần lớn các
thông số kinh tế cơ bản của hệ thống cấp điện giao thông đều là hàm của các phụ tải ngẫu nhiên
của thiết bị cung cấp điện mà nguyên nhân do hoạt động của đoàn tàu tạo ra. Vì vậy các chỉ tiêu
và khả năng làm việc của hầu hết các thiết bị phụ thuộc không chỉ vào các chế độ cực trị riêng
mà phụ thuộc vào đặc tính thay đổi phụ tải của chúng. Mô hình mô phỏng tốt cần phải đưa vào
đầy đủ các khả năng có thể sảy ra của hệ thống, các tương quan, ràng buộc, khoảng giới hạn,
các thông số, các chế độ gần như thực tế vốn có của nó. Đó là bài toán, mô hình phức tạp.
2. Cấu trúc mô hình mô phỏng các thông tin và thiết bị cho hệ thống cung cấp điện
giao thông đường sắt
Dựa theo các mối quan hệ của các đại lượng vật lý - cơ học - điện từ và kinh tế trong hệ
thống cung cấp điện giao thông đường sắt, có thể đưa ra sơ đồ (hình vẽ 2) tương đối đầy đủ
tương đương cho nó. Trong sơ đồ này gồm 3 loại khối chức năng cơ bản sau:
CT 2

Hình 2. Cấu trúc mô hình mô phỏng hệ thống cung cấp điện Giao thông đường sắt
a. Các khối dữ liệu nguồn: chứa thông số cơ học và đặc tính đoàn tàu (1), chứa số liệu

)(
)(
tI
tT
tT
td
ba
cl

CT 2
Hình 3. Sơ đồ tổng hợp mô hình mô phỏng hệ thống cung cấp điện Giao thông đường sắt
Để thực hiện mô phỏng hệ thống cung cấp điện giao thông đường sắt có thể xây dựng sơ
đồ tổng hợp (hình 3), nó gồm các khối chức năng sau:
Khối phản ánh trạng thái lưới điện bên ngoài (cao áp nguồn) HTĐBN, khối phản ánh trạng
thái của các trạm điện kéo (k = 1,2,3) TRAMk, khối phản ánh trạng thái của lưới điện tiếp xúc
LTXUC, khối tự động tính toán dòng điện của các đầu máy theo thời gian hệ thống AI(t), khối
tự động thiết lập toạ độ của các đầu máy AS(t), khối phân bố các đoàn tàu trên đồ thị chuyển
động PBĐTAU, khối xử lý thông tin trạng thái của lưới tiếp xúc XLLTX, khối tính toán tự động
điện áp trên các tuyến đường (các fider k = 1, 2, 3, 4) ATĐGk. Về nhiệm vụ có thể tách thành 2
nhóm: nhóm khối cung cấp điện gồm HTĐBN, TRAMk, LTXUC và nhóm khối phụ tải là
PBĐTAU, AS(t), AI(t), ATĐGk. Các khối có thể vừa xử lý vừa nhận dữ liệu đầu vào, đó là:
HTĐBN, TRAMk, PBĐTAU, AS(t). Các dữ liệu đầu vào gồm các tín hiệu: Xbng – thông tin về
điện áp nguồn lưới điện bên ngoài đưa vào HTĐBN, Xtrk – thông tin về tải không điện kéo và
nhiệt độ môi trường đưa vào TRAMk, Xđt – thông tin về phụ tải, không gian hoạt động của nó,
phân bố các ga, điểm dừng tàu, khoảng cách ngắn nhất giữa hai đoàn tàu và mật độ xác suất suất
hiện của chúng, thông tin này đưa vào PBĐTAU, Xi,t – thông tin về dòng điện đoàn tàu và lý
trình của nó (chứa quãng đường đi được), chúng được đưa vào khối thiết lập toạ độ AS(t) và sau
đó vào AI(t). Khi cần tính toán chính xác ảnh hưởng của điện áp lưới tới hoạt động của đoàn
tàu, thì trong tín hiệu Xi,t sẽ chứa cả các dữ liệu về bình đồ và hình dáng đường sắt. Các khối


Sử dụng mô hình mô phỏng khi thiết kế và vận hành hệ thống cung cấp điện giao thông
đường sắt đáp ứng được yêu cầu cần thiết cho nền giao thông điện hiện đại. Mô hình phải thể
hiện được đầy đủ các mối quan hệ toán học cho các đại lượng vật lý - cơ học - điện từ - kinh tế
trong cả không gian và thời gian về hoạt động của các đoàn tàu, các tương tác qua lại của phụ
tải với lưới điện kéo (chứa biến áp, chỉnh lưu, mạng tiếp xúc điện). Vì vậy nhờ nó có thể tính
toán thực tế tất cả các nhân tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn hay kiểm tra các thông số thiết bị
điện trong hệ thống mà nó mô phỏng.
Tài liệu tham khảo
[1]. M.A. Clepxôpva. Akađema. Axnôvưi êlêctricheccôvơ transprta., Matcơva 2006.
[2]. M.A.Clepxôpva. Êlêctrỗnabơzenhie êlêctricheccôvơ transprta MÊI 2001.
[3]. Barơđuxcơ Blep. Côntrôn, upravlenhie i điagnôctrika xixchem triagôvơvơ êlêctrỗnabơzenhia na
axnôve vưchitlichennôi checkhơnhiki. Ircutxơc 2006.
[4]. Turan Gonen. Electric Power Transmission System Engineering. New York, 1998.
[5]. Lê Mạnh Việt, Trần Hồng Mạnh. Ứng dụng công nghệ vi xử lí, vi tính để tự động điều chỉnh nâng cao
chất lượng nguồn điện cung cấp cho đoàn tàu. Tạp chí GTVT 11/1996♦