Анализ пиковой мощности комплекса электроприводов крана-штабелёра автоматизированного склада; Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов; Т. 337, № 8
| Parent link: | Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов=Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering/ Национальный исследовательский Томский политехнический университет.— .— Томск: Изд-во ТПУ, 2015-.— 2413-1830 Т. 337, № 8.— 2026.— С. 255-267 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Other Authors: | , |
| Summary: | Актуальность. Комплексы электроприводов подъёмно-транспортных механизмов с общим звеном постоянного тока (краны-штабелёры автоматизированных складов, стакеры-реклаймеры перевалочных терминалов) характеризуются повторно-кратковременной нагрузкой с чередованием двигательного и генераторного режимов. Пиковая мощность потребления из питающей сети определяет требуемую установленную мощность объекта и формирует капитальные затраты на технологическое присоединение. Промышленно применяемый метод координации скоростей осей (выравнивание времён перемещения) используется ведущими производителями оборудования как инженерная эвристика без формального обоснования оптимальности. Цель. Теоретическое обоснование оптимальности критерия выравнивания длительностей перемещения осей в задаче минимизации пиковой мощности потребления из сети и количественная оценка эффективности метода на примере крана-штабелёра автоматизированного склада. Методы. Имитационное моделирование на упрощённой энергетической модели крана-штабелёра, параметрическое исследование на регулярной сетке из 24000 расчётных точек, прямое сопоставление с глобальным оптимумом методом полного перебора по уставке скорости с локальным уточнением. Результаты и выводы. Задача координации формализована как минимаксная задача с целевой функцией – пиковой мощностью. Доказано утверждение о точной оптимальности критерия выравнивания длительностей в идеализированном симметричном случае: оптимальность обеспечивается монотонностью суммарной мощности потребления по уставке скорости быстрой оси. Параметрическое исследование показало, что метод снижает пиковую мощность потребления из сети медианно на 46 % (до 62 % в отдельных рабочих точках) в 94 % рабочих циклов без увеличения длительности цикла. Прямое сопоставление с глобальным оптимумом на 24000 точках показало медианное отклонение 0,03 %; метод реализует более 95 % потенциала снижения пиковой мощности в 93 % расчётных точек. Максимальное ухудшение не превышает 2,1 %. Сформулированы практические рекомендации по применению метода на двух уровнях: без компьютерной модели (критерий выравнивания длительностей или калибровочная таблица длительностей) и с компьютерной моделью (пошаговая методика верификации оптимальности). Предложенная методика верификации сформулирована в общем виде и применима к произвольным комплексам электроприводов с общей шиной постоянного тока Relevance. Electric drive systems for hoisting and transport mechanisms with a common DC link (stacker cranes in automated warehouses, stacker-reclaimers at transshipment terminals) are characterized by intermittent short-term loads with alternating motor and generator modes. Peak power consumption from the power grid determines the required installed capacity of the facility and the capital expenditures for technological connection. The industrially used method of coordinating axle speeds (aligning travel times) is used by leading equipment manufacturers as an engineering heuristic without formally substantiating its optimality. Aim. To theoretically substantiate the optimality of the criterion for aligning axle travel times in the problem of minimizing peak power consumption from the grid and to quantitatively evaluate the method effectiveness using a stacker crane in an automated warehouse as an example. Methods. Simulation on a simplified energy model of a stacker crane, parametric study on a regular grid of 24000 computational points, and direct comparison with the global optimum using an exhaustive search method for the speed setpoint with local refinement. Results and conclusions. The coordination problem is formalized as a minimax problem with the objective function of peak power. The authors proved the exact optimality of the duration equalization criterion in the idealized symmetric case: optimality is ensured by the monotonicity of the total power consumption based on the fast axis speed setpoint. A parametric study showed that the method reduces peak power consumption from the grid by a median of 46% (up to 62% at individual operating points) in 94% of operating cycles without increasing the cycle duration. Direct comparison with the global optimum on 24000 points showed a median deviation of 0.03%. The method realizes more than 95% of the peak power reduction potential at 93% of the calculation points. The maximum degradation does not exceed 2.1%. The authors stated practical recommendations for applying the method at two levels: without a computer model (duration alignment criterion or duration calibration table) and with a computer model (step-by-step optimality verification method). The proposed verification method is formulated in general terms and is applicable to arbitrary electric drive systems with a common DC bus Текстовый файл |
| Language: | Russian |
| Published: |
2026
|
| Subjects: | |
| Online Access: | bulletin_tpu-2026-v337-i8-21.pdf https://doi.org/10.18799/24131830/2026/8/5798 |
| Format: | Electronic Book Chapter |
| KOHA link: | https://koha.lib.tpu.ru/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=688541 |
| Summary: | Актуальность. Комплексы электроприводов подъёмно-транспортных механизмов с общим звеном постоянного тока (краны-штабелёры автоматизированных складов, стакеры-реклаймеры перевалочных терминалов) характеризуются повторно-кратковременной нагрузкой с чередованием двигательного и генераторного режимов. Пиковая мощность потребления из питающей сети определяет требуемую установленную мощность объекта и формирует капитальные затраты на технологическое присоединение. Промышленно применяемый метод координации скоростей осей (выравнивание времён перемещения) используется ведущими производителями оборудования как инженерная эвристика без формального обоснования оптимальности. Цель. Теоретическое обоснование оптимальности критерия выравнивания длительностей перемещения осей в задаче минимизации пиковой мощности потребления из сети и количественная оценка эффективности метода на примере крана-штабелёра автоматизированного склада. Методы. Имитационное моделирование на упрощённой энергетической модели крана-штабелёра, параметрическое исследование на регулярной сетке из 24000 расчётных точек, прямое сопоставление с глобальным оптимумом методом полного перебора по уставке скорости с локальным уточнением. Результаты и выводы. Задача координации формализована как минимаксная задача с целевой функцией – пиковой мощностью. Доказано утверждение о точной оптимальности критерия выравнивания длительностей в идеализированном симметричном случае: оптимальность обеспечивается монотонностью суммарной мощности потребления по уставке скорости быстрой оси. Параметрическое исследование показало, что метод снижает пиковую мощность потребления из сети медианно на 46 % (до 62 % в отдельных рабочих точках) в 94 % рабочих циклов без увеличения длительности цикла. Прямое сопоставление с глобальным оптимумом на 24000 точках показало медианное отклонение 0,03 %; метод реализует более 95 % потенциала снижения пиковой мощности в 93 % расчётных точек. Максимальное ухудшение не превышает 2,1 %. Сформулированы практические рекомендации по применению метода на двух уровнях: без компьютерной модели (критерий выравнивания длительностей или калибровочная таблица длительностей) и с компьютерной моделью (пошаговая методика верификации оптимальности). Предложенная методика верификации сформулирована в общем виде и применима к произвольным комплексам электроприводов с общей шиной постоянного тока Relevance. Electric drive systems for hoisting and transport mechanisms with a common DC link (stacker cranes in automated warehouses, stacker-reclaimers at transshipment terminals) are characterized by intermittent short-term loads with alternating motor and generator modes. Peak power consumption from the power grid determines the required installed capacity of the facility and the capital expenditures for technological connection. The industrially used method of coordinating axle speeds (aligning travel times) is used by leading equipment manufacturers as an engineering heuristic without formally substantiating its optimality. Aim. To theoretically substantiate the optimality of the criterion for aligning axle travel times in the problem of minimizing peak power consumption from the grid and to quantitatively evaluate the method effectiveness using a stacker crane in an automated warehouse as an example. Methods. Simulation on a simplified energy model of a stacker crane, parametric study on a regular grid of 24000 computational points, and direct comparison with the global optimum using an exhaustive search method for the speed setpoint with local refinement. Results and conclusions. The coordination problem is formalized as a minimax problem with the objective function of peak power. The authors proved the exact optimality of the duration equalization criterion in the idealized symmetric case: optimality is ensured by the monotonicity of the total power consumption based on the fast axis speed setpoint. A parametric study showed that the method reduces peak power consumption from the grid by a median of 46% (up to 62% at individual operating points) in 94% of operating cycles without increasing the cycle duration. Direct comparison with the global optimum on 24000 points showed a median deviation of 0.03%. The method realizes more than 95% of the peak power reduction potential at 93% of the calculation points. The maximum degradation does not exceed 2.1%. The authors stated practical recommendations for applying the method at two levels: without a computer model (duration alignment criterion or duration calibration table) and with a computer model (step-by-step optimality verification method). The proposed verification method is formulated in general terms and is applicable to arbitrary electric drive systems with a common DC bus Текстовый файл |
|---|---|
| DOI: | 10.18799/24131830/2026/8/5798 |