Assessing the applicability of energy storage system for plug-in hybrid traction system in rail rolling stock

Abstract

EN: This study examines the rolling stock that currently employs or could be equipped with plug-in hybrid traction systems. Existing methodologies for selecting energy storage systems often limit their applicability, which creates certain constraints when choosing a solution for hybrid traction systems. As a result of the study, a well-founded preliminary selection of an energy storage system based on expert evaluation and the Harrington desirability function was carried out. Engaging experts in relevant fields makes it possible to obtain up-to-date information on technology development and assess whether parameters meet specific requirements. The application of methods for evaluating expert consensus provides a foundation for using the results in subsequent calculations. Harrington desirability function makes it possible to combine parameters with varying units of measurement and other differences, yielding a single value that can simplify decision-making. Using expert-derived evaluations, weighting coefficients for various parameters were calculated for the defined types of rolling stock. In the current research, three types of energy storage systems were selected for locomotives and multiple-unit rolling stock, meeting the specified conditions. These include battery, supercapacitor-based and flywheel-based storage systems, with overall desirability scores (without weighting coefficients) of 0.638, 0.636, and 0.573, respectively. Modifying the set of parameters, introducing additional constraints, and adjusting weighting coefficients in conjunction with motion optimization tasks makes it possible to adapt the methodology to the requirements for specific projects for constructing or upgrading rolling stock with plug-in hybrid traction systems.

UA: Об’єктом дослідження є рейковий рухомий склад, на якому використовуються або можуть бути впроваджені plug-in гібридні тягові системи. Існуючі методики вибору накопичувачів енергії здебільшого обмежують сферу застосування, що накладає певні обмеження на можливість їх використання при виборі накопичувача енергії для гібридних тягових систем. В результаті проведеного дослідження зроблено обґрунтований первинний вибір накопичувача енергії за допомогою експертного оцінювання та визначення загальної бажаності за функцією Харрінгтона. Залучення експертів у відповідних галузях дозволяє отримувати актуальну інформацію про стан розвитку технологій і встановлювати відповідність параметрів тим чи іншим вимогам. Оцінка узгодженості думок експертів дає підґрунтя для подальшого застосування отриманих результатів. Функція бажаності Харрінгтона дозволяє об’єднувати параметри з різними одиницями виміру та іншими відмінностями для отримання одного значення, що може полегшувати прийняття рішення. Використовуючи оцінки, отримані від експертів, для різних параметрів були розраховані вагові коефіцієнти відповідно до визначених типів рухомого складу. В проведеному дослідженні для локомотивів та моторвагонного рухомого складу було вибрано три типи накопичувачів енергії, які відповідають поставленим умовам. Це батарейні накопичувачі, накопичувачі на базі EDLC та інерційні накопичувачі з маховиками, значення загальної бажаності яких без вагових коефіцієнтів 0,638, 0,636, 0,573 відповідно. Зміна набору параметрів, введення додаткових обмежень та вагових коефіцієнтів у поєднанні з задачами оптимізації руху дозволяє адаптувати методику до вимог конкретних проєктів з побудови або модернізації рухомого складу з plug-in гібридними тяговими системами.