СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ СТАТИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ НА ПОСТУ СЕКЦИОНИРОВАНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ Российский патент 2023 года по МПК B60M3/02 H02J3/18 

Изобретение относится к системам электроснабжения железных дорог, а именно к системам тягового электроснабжения переменного тока железных дорог, содержащей регулируемые устройства компенсации реактивной мощности, относящихся к классу статических генераторов реактивной мощности.

Целью изобретения является повышение энергетической эффективности системы тягового электроснабжения за счет регулирования мощности статического генератора реактивной мощности в зависимости от режима напряжения на шинах смежных тяговых подстанций и их нагрузочного режима.

Однофазные статические генераторы реактивной мощности в системе тягового электроснабжения переменного тока нашли применение на постах секционирования. Это обусловлено необходимостью повышения напряжения в середине межподстанционной зоны за счет компенсации реактивной составляющей тока тяговой нагрузки.

В настоящее время регулирование статических генераторов реактивной мощности осуществляется по уровню напряжения на шинах поста секционирования, к которым они подключены. Указанное регулирование не зависит от полупроводниковых приборов, с помощью которых осуществляется регулирование, и от схемной реализации, для которой регулируется индуктивная или емкостная составляющая.

Недостатком указанного регулирования является явление перекомпенсации реактивной мощности или неполной компенсации реактивной составляющей тяговой нагрузки.

При разработке способа регулирования может рассматриваться гармонический состав тока, свидетельствующей о наличии тяговой нагрузки на межподстанционной зоне и позволяющий отличить нагрузочный режим от режима холостого хода, при котором наблюдается протекание уравнительных токов, а гармонические составляющие практически отсутствуют.

Оценка гармонического состава тягового тока в условиях постепенной замены парка электроподвижного состава с выпрямительными установками на электроподвижной состав с асинхронными тяговыми двигателями в перспективе приведет к снижению уровня гармонического состава, кроме того и снижению потребления реактивной мощности.

В ряде случаев для понижения напряжения в контактной сети требуется использовать статический генератор в качестве индуктивной нагрузки. Если в случае компенсации реактивной мощности регулирование осуществляется во втором квадранте, при понижении напряжения регулирование должно осуществляться в первом квадранте.

Известен способ регулирования мощности статического генератора реактивной мощности (СГРМ) поста секционирования тяговой сети с выпрямительными установками (прототип), основанный на плавном регулировании СГРМ для компенсации реактивной мощности в зависимости от значения третьей гармоники тока в тяговой сети [1]. В способе 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.

Недостатками указанного способа являются следующие:

- отсутствие возможности регулирования напряжения при повышении его уровня выше допустимого на шинах поста секционирования;

- отсутствие возможности построения рабочей характеристики с учетом уровня напряжения на шинах тяговых подстанций и суммарной индуктивной нагрузки в границах межподстанционной зоны.

В предлагаемом способе реализуется плавное регулирование мощности статического компенсатора на основе измеренного уровня напряжения на шинах поста секционирования, уровня гармонических составляющих тока тяговой сети, уровня напряжения на шинах тяговых подстанций и суммарной составляющей реактивного тока в границах межподстанционной зоны.

Реализация способа осуществляется на основе измерительных трансформаторов, установленных в границах межподстанционной зоны.

Рассмотрение способа поясняется составом оборудования и порядком передачи данных для построения рабочей характеристики и регулирования статического генератора реактивной мощности.

На межподстанционной зоне находится пост секционирования (ПС) 17 (чертеж) к шинам которого подключены измерительные трансформаторы тока (ТТ) 5 и напряжения (ТН) 6. К токоведущим частям от ТТ 5 подключен преобразователь (П) 14, позволяющий регулировать ток в реакторной группе (Р) 15 или батарее конденсаторов (К) 16 в зависимости от схемной реализации генератора.

На смежных тяговых подстанциях (ТП) 1 и 2 установлены измерительные трансформаторы ТТ и ТН 3, 4 и 7, 8 соответственно. Данные измерений с трансформаторов ТТ и ТН поступают в шкафы передачи данных подстанции (ШПДТ) 9 и 10, откуда передаются по сети передачи данных на шкаф приема данных поста секционирования (ШПДП) 11. На вход ШПДП 11 поступают данные измерений с трансформаторов ТТ и ТН 5 и 6. Выход ШПДП 11 соединен со входом шкафа управления (ШК) 12, соединенного входами-выходами с расчетным блоком (РБ) 13.

Регулирование мощности статического генератора осуществляется на основе данных измерений, позволяющих выполнить плавное регулирование мощности статического генератора в первом (индуктивная нагрузка) или во втором (емкостная нагрузка) квадрантах.

В перечень данных измерений входят следующие:

- напряжение на шинах поста секционирования и тяговых подстанций;

- ток нагрузки тяговых подстанций и статического генератора;

- фазовый сдвиг тока относительно напряжения.

Обработка данных измерений позволяет определить:

- напряжение холостого хода на шинах тяговых подстанций (по уровню нагрузки и току третьей гармоники);

- реактивную составляющую тока тяговой нагрузки (по току нагрузки и фазовому углу).

На основе полученных результатов для статического генератора корректируются уставки по минимальному и максимальному уровню напряжения на шинах поста секционирования. Корректировка выполняется при соответствующем изменении уровня напряжения холостого хода на шинах подстанций.

Условием работы статического генератора во втором квадранте является снижение уровня напряжения на шинах поста секционирования ниже минимального уровня:

при этом:

где U_{ш пс i} - напряжение на шинах поста секционирования в i-й момент времени;

U_{ш мин} - уставка минимального напряжения статического генератора;

U_х.х - напряжение холостого хода на шинах тяговых подстанций, определяемое при отсутствии тяговой нагрузки по уровню тока третьей гармоники I₍₃₎.

Для исключения случаев перекомпенсации реактивной мощности при понижении напряжения холостого хода на тяговых подстанциях в нормальном или вынужденном режимах работы уставка по минимальному напряжению статического генератора должна удовлетворять условию (2).

При невыполнении неравенства (2) уставка по минимальному напряжению статического генератора корректируется:

где ΔU - отстройка по уровню регулирования напряжения.

Уставка по максимальному напряжению статического генератора предназначена для регулирования тока в первом квадранте с целью понижения напряжения в контактной сети. В связи с необходимостью ограничения напряжения в контактной сети по условиям устойчивой работы электрооборудования электроподвижного состава указанная уставка по максимальному напряжению для статического генератора является постоянной.

Регулирование тока во втором квадранте выполняется с учетом следующих условий:

1) напряжение на шинах поста секционирования ниже уровня U_{ш мцн} (2);

2) суммарная реактивная составляющая тока тяговой нагрузки носит индуктивный характер и отлична от нуля:

при выполнении данных условий регулирование осуществляется таким образом, чтобы ток статического генератора был равен измеренной реактивной составляющей:

где I_сумм, I_j - суммарный ток присоединений контактной сети, питающих межподстанционную зону, и ток j-го присоединения контактной сети соответственно;

ϕ - угол сдвига фаз между током и напряжением.

Регулирование тока в первом квадранте осуществляется для понижения уровня напряжения до уставки максимального напряжения при выполнении условия:

по выражению:

где Z_кс - сопротивление секций контактной сети от тяговой подстанции до поста секционирования.

Техническим результатом изобретения является регулирование мощности статического генератора на посту секционирования, позволяющее обеспечить регулирование напряжение на шинах поста секционирования, как при его понижении, так и при его повышении, и исключить эффект перекомпенсации реактивной мощности в границах межподстанционной зоны.

Указанный технический результат достигается за счет регулирования реактивной мощности статического генератора на основе обработки данных. измерений тока и напряжения на шинах поста секционирования и тяговых подстанций.

Предлагаемое устройство позволяет повысить энергетическую эффективность системы тягового электроснабжения за счет повышения эффективности регулирования статического генератора реактивной мощности на посту секционирования контактной сети.

Библиографический список

1. Пат. 2 739 397 РФ, СПК H02J 3/18 (2020.08) / Л.А. Герман, К.С. Субханвердиев, И.П. Карпов; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ). - №2020125076; заявл. 28.07.2020; опубл. 23.12.2020, Бюл. №6.

Изобретение относится к системам электроснабжения железных дорог. Способ регулирования мощности статического генератора реактивной мощности на посту секционирования контактной сети заключается в том, что регулирование мощности статического генератора при понижении напряжения осуществляют по уровню напряжения, измеренного на шинах поста секционирования и смежных тяговых подстанций, с учетом суммарного реактивного тока тяговой нагрузки, измеренного трансформаторами тока смежных тяговых подстанций в межподстанционной зоне, где установлен статический генератор. При повышении напряжения регулирование мощности статического генератора осуществляют с учетом уровня напряжения холостого хода смежных тяговых подстанций и значения третьей гармоники в измеренном тяговом токе. Технический результат заключается в повышении эффективности работы статического генератора реактивной мощности в системе тягового электроснабжения. 1 ил.

Способ регулирования мощности статического генератора реактивной мощности на посту секционирования контактной сети, основанный на плавном регулировании реактивной мощности статического генератора в зависимости от третьей гармоники тока в тяговой сети, отличающийся тем, что регулирование мощности статического генератора при понижении напряжения осуществляется по уровню напряжения, измеренного на шинах поста секционирования и смежных тяговых подстанций, с учетом суммарного реактивного тока тяговой нагрузки, измеренного трансформаторами тока смежных тяговых подстанций в межподстанционной зоне, где установлен статический генератор, при повышении напряжения регулирование мощности статического генератора реализуется с учетом уровня напряжения холостого хода смежных тяговых подстанций и значения третьей гармоники в измеренном тяговом токе.