Simulation model for driving dynamics, energy use and power supply

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

O objetivo deste trabalho é simular a interação entre o sistema de alimentação de tração elétrica e o planeamento dos veículos de tração. Por forma a simular o sistema de tração elétrica são usados modelos e métodos de cálculo para a dinâmica de condução, para o uso de energia e aindapara o sistema de alimentação elétrica. Nestes modelos estão incluídas funcionalidades tais como: níveis de eficiência, aspetos térmicos e sistemas auxiliares dos veículos de tração. A escolha adequada do sistema de alimentação e as suas características técnicas implicam um estudo prévio do cálculo do trânsito de energia, por forma a se poder efetuar a escolha correta para ademanda do transporte ferroviário. Os modelos apresentados para a caracterização do sistema de alimentação em corrente alternada, assume diversas metodologias e interage com vários procedimentos distintos. A caracterização dos veículos de tração no seu percurso específico é efetuado através do software Pulzufa, embora o consumo dos mesmos veículos de tração seja calculado através de um método não interativo, o método de Aubepine. O cálculo do trânsito de energia é realizado através da análise nodal, usando um método não interativo. Além disso, algumas suposições adicionais são implementadas por forma a obter resultados viáveis e por forma a validar o modelo de simulação no sistema de alimentação convencional monofásico. O principal objetivo desta dissertação passa pela utilização de um modelo aproximado que simula a interação entre o sistema de alimentação de tração elétrica e o planeamento dos veículos de tração através da utilização de métodos de calculo não interativos, a fim de reduzir a complexidade do próprio sistema assim como o tempo de cálculo computacional.

Abstract: The aim of this thesis is to simulate the interaction between the traction power supply system and the traction vehicles planning. Models and calculation methods for driving dynamics, energy use and traction power supply systems are developed in order to simulate the traction power system. In these models are included functionalities as the efficiency degrees, thermal aspects and auxiliary systems of the traction vehicles. The choice of an adequate power supply system and their technical characteristics implies a previous study on the power flow calculation in order to do the accurate option for the railway transportation demand. The presented models for the power supply characterization in alternating current, assumes several methodologies and interacts with several distinct procedures. The characterization of the traction vehicles behavior in the specific route uses the Pulzufasoftware, although the traction vehicles consumption over the route is calculated through a noninteractive method called Aubepinemethod. The power flow calculation is carried out through the nodal analysis, using a non-interactive method. In addition some further assumptions are implemented to obtain more workable outcomes in order to validate the simulation model for the conventional single-phase feeding system. The main contribution of this thesis is the approximate model which simulates the interaction between the traction power supply system and the traction vehicles schedule thought a non-interactive method in order to reduce the system complexity andthe computational calculation times.