RU2739397C1 - Способ регулирования мощности статического генератора реактивной мощности (сгрм) поста секционирования тяговой сети с выпрямительными установками - Google Patents

Способ регулирования мощности статического генератора реактивной мощности (сгрм) поста секционирования тяговой сети с выпрямительными установками Download PDF

Info

Publication number
RU2739397C1
RU2739397C1 RU2020125076A RU2020125076A RU2739397C1 RU 2739397 C1 RU2739397 C1 RU 2739397C1 RU 2020125076 A RU2020125076 A RU 2020125076A RU 2020125076 A RU2020125076 A RU 2020125076A RU 2739397 C1 RU2739397 C1 RU 2739397C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
harmonic
traction network
current
svg
power
Prior art date
Application number
RU2020125076A
Other languages
English (en)
Inventor
Леонид Абрамович Герман
Камиль Субханвердиевич Субханвердиев
Иван Петрович Карпов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ)
Priority to RU2020125076A priority Critical patent/RU2739397C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2739397C1 publication Critical patent/RU2739397C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

Изобретение относится к системам электроснабжения железных дорог с установками поперечной емкостной компенсации для компенсации реактивной мощности в тяговой сети. Задача изобретения - повысить точность регулирования мощности СГРМ для повышения эффективности снижения потерь мощности в тяговой сети. Для достижения поставленной задачи предложен способ регулирования мощности статического генератора реактивной мощности СГРМ поста секционирования тяговой сети с выпрямительными установками электроподвижного состава, основанный на плавном регулировании СГРМ для компенсации реактивной мощности в зависимости от значения третьей гармоники тока в тяговой сети. В способе используют трансформатор напряжения поста секционирования и трансформатор тока СГРМ для измерения гармонических составляющих тока и напряжения и выделяют третью гармонику напряжения шин поста секционирования тяговой сети, по которой определяют нескомпенсированную третью гармонику тока тяговой сети делением третьей гармоники напряжения шин поста секционирования на входное сопротивление поста секционирования, суммируют его с током третьей гармоники, генерируемым СГРМ, для получения третьей гармоники нескомпенсированной тяговой сети, которую делят на отношение токов третьей и первой гармоник тока нескомпенсированной тяговой сети, и определяют генерируемый ток первой гармоники СГРМ для компенсации реактивной мощности тяговой сети путем регулирования мощности СГРМ. 1 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системам электроснабжения железных дорог с установками поперечной емкостной компенсации для снижения реактивной мощности в тяговой сети.
Уровень техники
Способы регулирования установок поперечной емкостной компенсации известны, например, из [1]. Внедрение статических регуляторов реактивной мощности (СГРМ) [2] на постах секционирования (ПС) тяговой сети переменного тока кардинально решает проблемы пропускной способности железных дорог. Однако контроль тяговой нагрузки для регулирования мощности СГРМ происходит косвенно - по уровню напряжения на шинах ПС, поэтому не всегда происходит полная компенсация реактивной нагрузки, а зачастую наблюдается и режим перекомпенсации нагрузки, отнесенной к ПС. Это приводит к повышенным значениям потерь мощности в тяговой сети.
В связи с указанным предлагается контролировать ток тяговой нагрузки путем контроля гармонических составляющих тока по аналогии с [3]. Действительно, большая часть электровозов в грузовом движении на отечественных железных дорогах работает с выпрямительными установками и отличается наличием гармоник 3, 5, 7 и т.д. В частности, самая большая 3 гармоника тока составляет 19-24% от основной гармоники по данным [4] и достигает 25% по данным [1]. Следует отметить: несмотря на то, что проявились электровозы с асинхронными двигателями, на отечественных железных дорогах еще много десятилетий в грузовом движении будут обращаться выпрямительные электровозы с коллекторными двигателями.
Раскрытие изобретения
Итак, в соответствие с прототипом [3] рассматривается способ регулирования мощности статического генератора реактивной мощности (СГРМ) поста секционирования тяговой сети с выпрямительными установками электроподвижного состава, основанный на плавном регулировании СГРМ для компенсации реактивной мощности в зависимости от значения третьей гармоники тока в тяговой сети.
Задача изобретения - повысить точность регулирования мощности СГРМ для повышения эффективности снижения потерь мощности в тяговой сети.
Однако в рассматриваемом генераторе СГРМ, работающем с активными фильтрами на третью и другие гармоники, значения генерируемых гармоник изменяются в зависимости от управления СГРМ. Поэтому в этом случае контроль за гармониками тока тяговой нагрузки на ПС следует выполнять по другому, по сравнению с [3].
Для достижения поставленной задачи предложен способ регулирования мощности статического генератора реактивной мощности СГРМ поста секционирования тяговой сети с выпрямительными установками электроподвижного состава, основанный на плавном регулировании СГРМ для компенсации реактивной мощности в зависимости от значения третьей гармоники тока в тяговой сети. В способе используют трансформатор напряжения поста секционирования и трансформатор тока СГРМ для измерения гармонических составляющих тока и напряжения и выделяют третью гармонику напряжения шин поста секционирования тяговой сети, по которой определяют нескомпенсированную третью гармонику тока тяговой сети делением третьей гармоники напряжения шин поста секционирования на входное сопротивление поста секционирования, суммируют его с током третьей гармоники, генерируемый СГРМ, для получения третьей гармоники нескомпенсированной тяговой сети, которую делят на отношение токов третьей и первой гармоник тока нескомпенсированной тяговой сети и определяют генерируемый ток первой гармоники СГРМ для компенсации реактивной мощности тяговой сети путем регулирования мощности СГРМ.
Нескомпенсированная тяговая сеть работает без установок поперечной емкостной компенсации, то есть с естественным коэффициентом реактивной мощности.
Краткое описание чертежей
В качестве пояснения к работе изобретения представлена схема подключения СГРМ на посту секционирования. На Фигуре представлен пост секционирования с СГРМ, подключенный к тяговой сети, питающейся от двух тяговых подстанций 1 и 2.
Осуществление изобретения
На Фигуре приведены следующие обозначения:
1 и 2 - левая и правая тяговые подстанции рассматриваемой межподстанционной зоны соответственно;
3 - тяговая сеть;
4 и 5 - тяговые нагрузки правого и левого участков рассматриваемой зоны относительно поста секционирования (ПС);
6 - шины ПС;
7 - фиктивная нагрузка ПС, полученная разнесением тяговой нагрузки между подстанциями и ПС;
8 - измерительный трансформатор напряжения на ПС;
9 - устройство СГРМ;
10 - разъединитель в цепи устройства СГРМ;
11 - вакуумный выключатель в цепи устройства СГРМ;
12 - измерительный трансформатор тока в цепи устройства СГРМ;
13 - вакуумный выключатель, шунтированный резистором 13 в цепи устройства СГРМ;
14 - токоограничивающий резистор заряда;
15 - вводной реактор в цепи устройства СГРМ;
16 - блок силовых ячеек в цепи устройства СГРМ;
17 - выходной реактор в цепи устройства СГРМ;
18 - шкаф управления устройством СГРМ;
19 - расчетный блок.
В шкаф управления устройством СГРМ 18, связанный с расчетным блоком 19 заведены токовые цепи от измерительного трансформатора тока ТА 12 и цепи напряжения от измерительного трансформатора напряжения сети TV 8.
Расчеты начинаются с определения тяговых нагрузок межподстанционной зоны, относящихся к посту секционирования - ток 7 на Фигуре. Для этого все нагрузки тяговой сети распределяются между подстанциями и постом секционирования, представляющим, так называемую фиктивную подстанцию [5]. На ПС трансформатор напряжения измеряет напряжение, которое формируется как разность напряжения холостого хода ПС и потерь напряжения от первой и остальных гармоник токов электровозов:
Figure 00000001
где UCxx - напряжение холостого хода ПС (определяется при отсутствии тяговой нагрузки);
Σn i=1ΔU(1)i - сумма потерь напряжения до ПС от токов первой гармоники i-тых электровозов (всего n-электровозов);
Σm,n j,i=1ΔU(j)i - сумма потерь напряжения до ПС от j-тых гармоник токов (всего m гармоник) i-тых электровозов.
Предлагается следующий алгоритм определения тока первой гармоники СГРМ для полной компенсации реактивной мощности нагрузки, относящейся к посту секционирования.
- По напряжению на шинах ПС Uc от трансформатора напряжения определяется третья гармоника напряжения U'(3), то есть она выделяется из суммы в (1)
Figure 00000002
Отметим, что по данным [4] напряжение третьей гармоники в тяговой сети переменного тока может быть в пределах 3,5-12%.
Уточним принятые обозначения. Если токи (напряжения) относятся к тяговой сети, то они отмечаются одним штрихом (I', U'), если токи (напряжения) относятся к СГРМ, то они отмечаются двумя штрихами (I'', U'').
- Если в этот момент работает активный фильтр СГРМ с генерацией инверсного тока третьей гармоники I''(3), то выполняется корректировка напряжения третьей гармоники нескомпенсированной тяговой сети:
Figure 00000003
В связи с тем, что реактивное сопротивление значительно превосходит активное, допустимо в указанных расчетах заменить полное сопротивление Zвх на реактивное Хвх.
- Определяется ток третьей гармоники нескомпенсированной тяговой нагрузки
Figure 00000004
- Определяется ток первой гармоники СГРМ для компенсации реактивной мощности.
Figure 00000005
где К0 - расчетное значение отношения третьей и первой гармоник тока тяговой сети, методика определения дана в [3]. Далее подробно остановимся на расчете К0.
Из [1] известно, что для эффективного снижения первой гармоники реактивных токов нагрузки в однородной тяговой сети ток первой гармоники, генерируемый СГРМ, должен быть равным в каждый момент i
Figure 00000006
где k - номер электровоза, ближайшего к КУ на участке между КУ и подстанцией 1;
i - номер электровозов, начиная от подстанции 1;
I(1)i - первая гармоника тока i-того электровоза;
γ(I(1)i) - функция от токов I(1)i, i=1, 2, …n, определяющая нагрузку, относящуюся к посту секционирования;
ϕ - среднее значение фазы тока;
Figure 00000007
- расстояние между тяговой подстанцией и постом секционирования;
Figure 00000008
- длина межподстанционной зоны.
Для компенсации третьей гармоники результат аналогичен (2), но с заменой первой гармоники тока I(1) на третью I(3):
Figure 00000009
где d - отношение токов первой и третьей гармонических составляющих нескомпенсированной тяговой сети,
или
Figure 00000010
где I(3)i - третья гармоника тока i-того электровоза.
В результате получим компенсированный ток третьей гармоники, генерируемой СГРМ
Figure 00000011
Итак, для компенсации токов первой и третьей гармоник нескомпенсированной тяговой сети определены токи СГРМ (5) и (7).
Разделив токи третьей и первой гармоник в СГРМ, получим закон регулирования мощности СГРМ
Figure 00000012
Этот закон регулирования свидетельствует о том, что регулировать СГРМ (ток первой гармоники) нужно так, чтобы для нескомпенсированной тяговой сети всегда отношение третьей гармоники тока, определяемое по напряжению шин ПС с учетом генерации этой гармоники СГРМ, и первой гармоники генерируемых СГРМ, соответствовало условию (9).
Как было указано [1,4], величина тока третьей гармоники составляет 19-25% от первой. Более точные результаты значения d можно получить на конкретном участке по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии.
Технико-экономический расчет применения СГРМ можно выполнить по работе [6], где рассмотрен эффект от повышения пропускной способности участка железной дороги и эффект от снижения потерь электроэнергии в тяговой сети за счет компенсации реактивной мощности.
Реализация управления СГРМ на посту секционирования. Рассмотрим пример расчета. По трансформатору напряжения шин ПС определили напряжение третьей гармоники (действующее значение) 4,2% от номинального 27,5 кВ. При входном сопротивлении 6,1 Ом ток третьей гармоники тяговой нагрузки (действующее значение), относящейся к ПС будет равен (3):
Figure 00000013
К моменту измерений СГРМ генерирует третью гармонику тока 110 А (амплитудное значение), действующее значение, которого составит
Figure 00000014
Поэтому сумма токов третьей гармоники, которая необходима для компенсации третьей гармоники тока тяговой сети в соответствии с (2), равна
Figure 00000015
Соотношение третьей и первой гармоник тока при d=1/4 и sinϕ=0,6 равно (9)
Figure 00000016
В результате в примере ток первой гармоники генерации СГРМ при измеренном напряжении третьей гармоники на шинах ПС 4,2% от номинального 27,5 кВ равен
Figure 00000017
Литература
1. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1986. 183 с.
2. Герман Л.А. Регулируемые фильтрокомпенсирующие установки в тяговой сети переменного тока. Часть 2. ЭЭТ №6-2018. С. 36-40.
3. Изобретение №628580 от 13.04.1977 Способ регулирования мощности поперечной емкостной компенсации в тяговой сети с выпрямительными установками (Герман Л.А.), опубл. в Б.И. №38 - 1978.
4. Мамошин P.P. Повышение качества энергии на тяговых подстанциях дорог переменного тока. М.: Транспорт, 1973 - 224 с.
5. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1982, - 528 с.
6. Герман Л.А. Эффективность регулируемых малоступенчатых фильтрокомпенсирующих установок в тяговой сети переменного тока. Вестник ВНИИЖТ №5-2018, с. 288-294.

Claims (1)

  1. Способ регулирования мощности статического генератора реактивной мощности СГРМ поста секционирования тяговой сети с выпрямительными установками электроподвижного состава, основанный на плавном регулировании СГРМ для компенсации реактивной мощности в зависимости от значения третьей гармоники тока в тяговой сети, отличающийся тем, что используют трансформатор напряжения поста секционирования и трансформатор тока СГРМ для измерения гармонических составляющих тока и напряжения и выделяют третью гармонику напряжения шин поста секционирования тяговой сети, по которой определяют нескомпенсированную третью гармонику тока тяговой сети делением третьей гармоники напряжения шин поста секционирования на входное сопротивление поста секционирования, суммируют его с током третьей гармоники, генерируемым СГРМ, для получения третьей гармоники нескомпенсированной тяговой сети, которую делят на отношение токов третьей и первой гармоник тока нескомпенсированной тяговой сети, и определяют генерируемый ток первой гармоники СГРМ для компенсации реактивной мощности тяговой сети путем регулирования мощности СГРМ.
RU2020125076A 2020-07-28 2020-07-28 Способ регулирования мощности статического генератора реактивной мощности (сгрм) поста секционирования тяговой сети с выпрямительными установками RU2739397C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020125076A RU2739397C1 (ru) 2020-07-28 2020-07-28 Способ регулирования мощности статического генератора реактивной мощности (сгрм) поста секционирования тяговой сети с выпрямительными установками

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020125076A RU2739397C1 (ru) 2020-07-28 2020-07-28 Способ регулирования мощности статического генератора реактивной мощности (сгрм) поста секционирования тяговой сети с выпрямительными установками

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2739397C1 true RU2739397C1 (ru) 2020-12-23

Family

ID=74062929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020125076A RU2739397C1 (ru) 2020-07-28 2020-07-28 Способ регулирования мощности статического генератора реактивной мощности (сгрм) поста секционирования тяговой сети с выпрямительными установками

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2739397C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2790740C1 (ru) * 2022-11-16 2023-02-28 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учереждение Высшего Образования "Самарский Государственный Универститет Путей Сообщения"(Самгупс) Устройство управления комбинированной установкой поперечной емкостной компенсации

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU628580A1 (ru) * 1977-04-13 1978-10-15 German Leonid A Способ регулировани мощности поперечной емкостной компенсации в т говой сети с выпр мительными установками
DE3341984C2 (ru) * 1983-11-21 1989-02-09 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen, De
RU2212086C2 (ru) * 2001-10-16 2003-09-10 ООО "ЭЛМЕХтранс А" Устройство для компенсации реактивной мощности
RU2644150C2 (ru) * 2016-06-02 2018-02-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II" (МГУПС (МИИТ)) Способ снижения потерь мощности в тяговой сети переменного тока

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU628580A1 (ru) * 1977-04-13 1978-10-15 German Leonid A Способ регулировани мощности поперечной емкостной компенсации в т говой сети с выпр мительными установками
DE3341984C2 (ru) * 1983-11-21 1989-02-09 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen, De
RU2212086C2 (ru) * 2001-10-16 2003-09-10 ООО "ЭЛМЕХтранс А" Устройство для компенсации реактивной мощности
RU2644150C2 (ru) * 2016-06-02 2018-02-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II" (МГУПС (МИИТ)) Способ снижения потерь мощности в тяговой сети переменного тока

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2790740C1 (ru) * 2022-11-16 2023-02-28 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учереждение Высшего Образования "Самарский Государственный Универститет Путей Сообщения"(Самгупс) Устройство управления комбинированной установкой поперечной емкостной компенсации
RU2795889C1 (ru) * 2022-12-22 2023-05-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" Способ регулирования мощности статического генератора реактивной мощности на посту секционирования контактной сети
RU2819464C1 (ru) * 2023-06-27 2024-05-21 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учереждение Высшего Образования "Самарский Государственный Универститет Путей Сообщения" (Самгупс) Способ регулирования статического генератора реактивной мощности

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Design and analysis of adaptive impedance structure for cophase railway traction supply power quality conditioner
Gidd et al. Modelling, analysis and performance of a DSTATCOM for voltage sag mitigation in distribution network
CN111009906A (zh) 一种全电缆网架的无功补偿平衡方法
Liudvinavičius Compensation of reactive power of AC catenary system
RU2739397C1 (ru) Способ регулирования мощности статического генератора реактивной мощности (сгрм) поста секционирования тяговой сети с выпрямительными установками
Qingzhu et al. Model for optimal balancing single-phase traction load based on Steinmetz's method
RU203358U1 (ru) Пост секционирования переменного тока с гибридным накопителем электроэнергии
RU2420848C1 (ru) Трехфазный компенсатор реактивной мощности
Shadlu Harmonic and imbalance compensation in electric railway systems using modular multilevel converters under varying load conditions
Enrique Use of capability curves for the analysis of reactive power compensation in solar farms
RU2790740C1 (ru) Устройство управления комбинированной установкой поперечной емкостной компенсации
Guohong et al. Analysis and design of an active power filter for three-phase balanced electrified railway power supply system
RU2795889C1 (ru) Способ регулирования мощности статического генератора реактивной мощности на посту секционирования контактной сети
RU2562830C1 (ru) Способ регулирования мощности установки поперечной емкостной компенсации в тяговой сети
Bondarenko et al. Analysis of energy efficiency of operating modes of electrical systems with the traction loads
RU2761459C1 (ru) Устройство регулирования мощности секционной установки поперечной емкостной компенсации поста секционирования контактной сети перемененного тока
RU2802915C1 (ru) Способ регулирования компенсатора реактивной мощности
Proykov et al. Study of the possibilities for optimization of reactive power according to the criterion" electric power quality" in the power supply system of a port complex
KR102399580B1 (ko) 스코트 변압기의 2차측 전력을 이용한 고속철도용 전력 보상 장치
Kilter et al. Assessment of transmission network voltage unbalance in connection of high-speed electrical railway connection
Lakshmikantha et al. Mitigation of voltage unbalance in traction system
Paul et al. Effects of two phase traction loading on a three phase power transformer
Nikolovski et al. Using a FACTS Device as a Power Conditioner Suitable for Dynamic Reactive Power Compensation in Railway Application
Duganov et al. Study on Influence of RL Load on the Operation Conditions of Capacitor Banks in a TCSC
Sanam et al. Impact on Voltage Profile and Power Loss in Electrical Distribution Networks with the Integration of DG using Exhaustive Search based Load Flow Algorithm