СПОСОБ НАПРАВЛЕННОГО ОБМЕНА ЭНЕРГИЕЙ МЕЖДУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СЕТЯМИ КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА И ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОГО ТРАНСПОРТА Российский патент 2014 года по МПК H02J5/00 B60M3/02 

Настоящее изобретение относится к электротехнике, в частности к городским электрическим сетям коммунального хозяйства и городского электрифицированного транспорта.

Известен способ регулирования напряжения на высокой стороне коммунальной трансформаторной подстанции путем переключения механическим переключателем отпаек первичной обмотки главного трансформатора, когда он находится в отключенном состоянии (ПБВ) (см. Электротехнический справочник: В 3-х т.Т. 2. Электротехнические изделия и устройства / Под общ. ред. проф. МЭИ (гл. ред. И.Н. Орлов) и др. - 7-е изд., скор. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с.194). Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает автоматическую стабилизацию напряжения.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ обмена энергией между электрическими сетями коммунального хозяйства и городского электрифицированного транспорта при помощи вольтодобавочных устройств (Патент РФ на полезную модель №110560 от 12.05.2011 г., H02J 5/00, / В.С. Климаш, Е.А. Чичеров, Д.В. Пименов (Россия)). Этот способ позволяет обмениваться электрической энергией между сетями в обоих направлениях - из коммунальной сети передавать энергию в транспортную сеть и наоборот, из транспортной в коммунальную. Направление передачи зависит только от величины напряжения на входе коммунальной подстанции, при этом вольтодобавочные устройства могут работать как в режиме вольтоприбавления (энергия потребляется из транспортной сети), так и в режиме вольтовычитания (энергия генерируется в транспортную сеть).

Недостатком этого способа является то, что величина и направление потоков энергии между сетями не способствуют стабилизации напряжения в транспортной сети.

Задачей предложенного способа является улучшение качества напряжения как в коммунальной, так и в транспортной сети. А именно на участках пониженного напряжения в транспортной сети для вольтодобавочных устройств необходимо создать условия, обеспечивающие генерацию энергии в транспортную сеть из коммунальной сети, а на участках с повышенным напряжением в транспортной сети вольтодобавочным устройствам необходимо создать условия для потребления энергии из транспортной сети и передачи ее в коммунальную сеть.

Для решения поставленной задачи будем исходить из следующего.

1. Вольтодобавочные устройства, работая в режиме стабилизации напряжения на входе коммунальных трансформаторных подстанций и у потребителей при пониженном (повышенном) напряжении на нагрузке потребляют энергию из источника (генерируют энергию в источник), к которому подключен инвертор напряжения.

2. Механическим переключателем отпаек на высокой стороне главного трансформатора коммунальной трансформаторной подстанции без возбуждения (с общепринятым названием в литературе ПБВ - переключатель без возбуждения) можно специально устанавливать повышенное (пониженное) напряжение на нагрузке и при помощи стабилизатора на основе вольтодобавочного трансформатора и инвертора напряжения, поддерживая его на заданном уровне, целенаправленно перевести вольтодобавочное устройство в режим вольтовычитания с генерацией энергии в транспортную сеть (вольтоприбавления с потреблением энергии из транспортной сети).

Исходя из этих условий при постановке задачи, она решается за счет того, что в середине участка транспортной сети между двумя тяговыми подстанциями коэффициенты трансформации трансформаторных подстанций городских микрорайонов устанавливают пониженными, а в точках подключения транспортной сети к тяговым подстанциям устанавливают повышенными и по мере приближения от середины в ту или другую сторону к тяговым подстанциям коэффициенты трансформации трансформаторных подстанций городских микрорайонов увеличивают от пониженного до повышенного значения относительно номинального.

Техническим результатом, обеспечиваемым предлагаемым способом, является выравнивание напряжения в тяговой сети и быстродействующая стабилизация напряжения на входе коммунальных трансформаторных подстанций и у коммунальных потребителей, независимо от жесткости внешней характеристики коммунальной сети, величины и характера нагрузки. В результате этого будут снижены потери в объединенной системе городского электроснабжения, увеличен срок службы трансформаторных подстанций и электрооборудования на транспорте, улучшены условия для управления городским электрифицированным транспортом, повышающие комфорт пассажирских перевозок.

Сущность заявленного способа поясняется нижеследующим описанием и прилагаемым к нему чертежом, где на схеме объединенного электроснабжения приведены элементы (вольтодобавочные устройства и механические переключатели отпаек) и связи между ними, при помощи которых реализуются операции способа, а в описании последовательность и взаимосвязь этих операций.

На чертеже введены следующие обозначения: основная тяговая подстанция (1), дополнительная тяговая подстанция (2), секция контактной сети (3), транспортные средства (4, 5), коммунальные трансформаторные подстанции (6, 7, 8), вольтодобавочные устройства (9, 10, 11), с вольтодобавочным трансформатором (12), с инвертором напряжения (13), с индуктивно-емкостным фильтром (14); главные трансформаторы коммунальных трансформаторных подстанций (15, 16, 17) с механическими переключателями отпаек (ПБВ), коммунальные потребители (18, 19, 20).

Способ осуществляют следующим образом. На коммунальной трансформаторной подстанции (7), расположенной и подключенной к середине участка транспортной сети, между двумя тяговыми подстанциями (1, 2), с помощью механического переключателя отпаек дополнительных обмоток устанавливают пониженный коэффициент трансформации. Это делается для того, чтобы повысить напряжение на выходных шинах подстанции. В то же время напряжение на этом участке в транспортной сети оказывается сниженным в большей степени, чем на других участках. Это объясняется тем, что участок наиболее удален от тяговых подстанций и потери в контактном проводе здесь самые большие. При повышенном напряжении в коммунальной сети и пониженном напряжении в транспортной сети создается условие для стабилизации напряжения в обоих сетях (коммунальной и транспортной) при помощи вольтодобавочного устройства. Вольтодобавочное устройство (10), смонтированное на коммунальной трансформаторной подстанции (7) и включенное первичной обмоткой вольтодобавочного трансформатора в цепь первичной обмотки главного трансформатора (16) коммунальной подстанции (7), а вторичной обмоткой через инвертор напряжения к середине участка транспортной сети, будет работать в режиме вольтовычета, направляя электрическую энергию из сети с заранее повышенным напряжением (коммунальной) в сеть с пониженным напряжением (транспортную). При обмене энергией между сетями произойдет снижение напряжения в коммунальной сети и повышение напряжения в тяговой сети. Вольтодобавочное устройство (10) позволяет обеспечить быстродействующую стабилизацию напряжения у коммунальных потребителей (19), получающих питание от этой подстанции, и выровнять напряжение на соответствующем участке транспортной сети (3).

В точках подключения транспортной сети (3) к тяговым подстанциям (6, 8) напряжение повышено. В этом случае для снижения напряжения необходимо создать условия для обратного перетока энергии из транспортной сети в коммунальную. Для этого на коммунальных трансформаторных подстанциях (6, 8), расположенных и подключенных к транспортной сети рядом с тяговыми подстанциями (1, 2) с помощью механического переключателя отпаек первичной обмотки главного трансформатора (15, 17) устанавливают наибольший коэффициент трансформации, и следовательно, пониженное напряжение на выходных шинах коммунальной подстанций (6, 8). Вольтодобавочные устройства (9, 11) работают в режиме вольтоприбавления с потреблением энергии через инвертор (13) из транспортной сети (3). При этом так же, как и в первом случае, вольтодобавочные устройства (9, 11) осуществляют точную и быструю стабилизацию напряжения у коммунальных потребителей (18, 20) этих микрорайонов и достигается дополнительная загрузка транспортной сети и требуемое снижение в ней напряжения.

На остальных коммунальных трансформаторных подстанциях (подключаемых на интервалах транспортной сети (3), обозначенных на чертеже пунктиром) коэффициенты трансформации равномерно увеличивают по мере приближения от середины в ту или другую сторону к тяговым подстанциям.

Следует отметить, что конденсатор индуктивно-емкостного фильтра (14) является не только фильтром напряжения на входе инвертора, но и накопителем рекуперативной энергии и демпфером флуктуации напряжения.

Предлагаемый способ, как более совершенный, может найти применение в городах, имеющих трамваи или троллейбусы, причем эффект от применения способа тем выше, чем крупнее город.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в городских электрических сетях коммунального хозяйства и городского электрифицированного транспорта. Технический результат - снижение потерь в объединенной системе городского электроснабжения, увеличение срока службы трансформаторных подстанций и электрооборудования на транспорте и улучшение условий для управления городским электрифицированным транспортом, повышение комфортности пассажирских перевозок. Способ направленного обмена энергией между коммунальными сетями и транспортными сетями городского электрифицированного транспорта заключается в том, что на участках с повышенным (пониженным) напряжением в транспортной сети механические переключатели отпаек на высокой стороне главных трансформаторов коммунальных подстанций устанавливают на пониженное (повышенное) выходное напряжение, заставляя тем самым стабилизаторы напряжения на высокой или на низкой стороне коммунальных трансформаторных подстанций работать в режиме вольтоприбавления (вольтовычитания), потребляя энергию из транспортной сети (отдавая энергию в транспортную сеть) через инверторы напряжения и вольтодобавочные трансформаторы. Степень потребления или отдачи электрической энергии обеспечивается соответствующей установкой уровня понижения или повышения выходного напряжения у коммунальных подстанций. 1 ил.

Способ направленного обмена энергией между электрическими сетями коммунального хозяйства и городского электрифицированного транспорта, при котором транспортная сеть имеет основную тяговую подстанцию и при протяженных маршрутах, проходящих через городские микрорайоны, одну или несколько дополнительных тяговых подстанций, при этом трансформаторные подстанции жилых микрорайонов, выполненные с возможностью дискретного регулирования коэффициента трансформации, подключены к коммунальной сети через последовательные обмотки вольтодобавочных трансформаторов, в то время как их параллельные обмотки через инверторы напряжения подключены к транспортной сети постоянного тока и при помощи систем управления с широтно-импульсной модуляцией соответствующими инверторами напряжения осуществляют стабилизацию напряжения питания коммунальных потребителей, отличающийся тем, что в середине участка транспортной сети между двумя тяговыми подстанциями коэффициенты трансформации трансформаторных подстанций городских микрорайонов устанавливают пониженными, а в точках подключения транспортной сети к тяговым подстанциям устанавливают повышенными и по мере приближения от середины в ту или другую сторону к тяговым подстанциям коэффициенты трансформации трансформаторных подстанций городских микрорайонов увеличивают от пониженного до повышенного значения относительно номинального.