СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ЗАГРУЗКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ, ВКЛЮЧЕННЫХ ПАРАЛЛЕЛЬНО Российский патент 2023 года по МПК H02P13/06 H02J3/46 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электроснабжения, в частности в системе тягового электроснабжения постоянного тока железнодорожного транспорта, для решения задач по повышению пропускной и провозной способности и энергетической эффективности.

Целью изобретения является повышение эффективности параллельной работы преобразовательных агрегатов тяговых подстанций на основе оценки внешних характеристик, полученных по данным измерений.

Предлагаемый способ позволяет определить коэффициент неравномерности загрузки преобразовательных агрегатов и оценить эффективность их параллельной работы.

Известен ряд устройств в области повышения эффективности параллельной работы преобразовательных агрегатов. Недостатком данных устройств является то, что они не учитывают фактические внешние характеристики, зависящие от технического состояния оборудования.

Известен способ регулирования вторичного напряжения трансформатора [1], в котором регулирование осуществляется за счет переключения ответвлений обмотки высокого напряжения. Недостатком способа является то, что не учитываются особенности переключения ответвлений при параллельной работе с другим трансформатором.

Известен способ включения трансформаторов на параллельную работу, при котором первичные обмотки трансформаторов с одинаковыми коэффициентами трансформации подключаются к общему источнику (линии), а вторичные обмотки подключаются к общему приемнику [2]. Недостатком способа является то, что не оценивается эффективность параллельной работы трансформаторов.

Известен способ параллельного включения двух трансформаторов, заключающийся в установке (с помощью переключателей ПБВ или РПН) одинаковых коэффициентов трансформации и подключении обмоток высокого напряжения к питающей сети, а обмоток низкого напряжения - к сети потребителей [3]. Недостатком способа является то, что не оценивается эффективность параллельной работы трансформаторов.

Известен способ параллельного включения трансформатора, заключающийся в определении коэффициента трансформации, по выведенной расчетной формуле [4]. Недостатком указанного способа является то, что не определяется значение коэффициента неравномерности загрузки трансформатора, выведенного геометрическим способом.

Известен способ (прототип) определения технологических потерь электроэнергии на тягу на тяговых подстанциях постоянного тока железнодорожного транспорта [5], заключающийся в измерениях напряжения и тока на тяговой подстанции постоянного тока на уровне напряжения 3,3 кВ. Недостатком данного способа является отсутствие возможности определения внешней характеристики преобразовательных агрегатов и определения неравномерности их загрузки при параллельной работе.

Способ обеспечивает определение коэффициента неравномерности загрузки преобразовательных агрегатов для оценки технического состояния и проверки напряжения холостого хода, соответствующего их эффективной параллельной работе.

Технический результат обеспечивается за счет оценки загрузки преобразовательных агрегатов на основе определения коэффициента неравномерности загрузки графоаналитическим способом.

Технический результат обеспечивается за счет оценки загрузки преобразовательных агрегатов на основе определения коэффициента неравномерности загрузки графоаналитическим способом.

Заявленное изобретение предназначено для использования в системе тягового электроснабжения постоянного тока, содержащей тяговые подстанции с преобразовательными агрегатами, работающими параллельно.

Заявленный способ определения неравномерности загрузки преобразовательных агрегатов для их параллельной работы заключается в определении площадей прямоугольных трапеций, образованных фактическими внешними характеристиками (фиг. 1).

Коэффициент неравномерности, определяемый по внешней характеристике преобразовательных агрегатов определяется по выражению:

где - площадь прямоугольной трапеции, боковые стороны которой образованы внешней характеристикой i-го преобразовательного агрегата и осью абсцисс (площадь «под внешней характеристикой»);

- среднее арифметическое площадей прямоугольных трапеций. Внешняя характеристика, определяющая уровень напряжения на выходе в зависимости от нагрузки, определяется по данным измерений и представляет собой уравнение линейной регрессии:

где а и b - коэффициенты линейной регрессии, определяемые по данным измерений значений выпрямленного тока и напряжения.

Для определения площади прямоугольной трапеции (фиг. 1), соответствующей внешней характеристике i-го преобразовательного агрегата, используется выражение:

где А и В - длины оснований прямоугольной трапеции;

Н - высота трапеции.

Стороны прямоугольной трапеции по результатам измерений для соответствующего преобразовательного агрегата определяются по следующим выражениям:

где - максимальное значение выпрямленного тока преобразовательного агрегата.

Отклонение коэффициентов неравномерности для параллельно работающих агрегатов не должно превышать допустимое значение с учетом их технического состояния. Приближение значения отклонения к единичному значению означает равномерную загрузку и высокую эффективность параллельной работы. В случае отклонения от единичного значения степень эффективности параллельной работы падает. Отклонение от единичного значения определяется по результатам измерений за заданный период времени и для двух параллельно работающих агрегатов рассчитывается по выражению:

Применение способа можно проиллюстрировать на механизме его реализации.

На первом этапе на основе зафиксированных измерений тока и напряжения, хранящихся на сервере обработки данных, для оценки эффективности параллельно работающих преобразовательных агрегатов на тяговой подстанции определяются уравнения регрессии по формуле (2). Фиксируется максимальное значение выпрямленного тока преобразовательного агрегата. Полученные уравнения и значения позволяют определить площадь прямоугольных трапеций, соответствующих внешним характеристикам преобразовательных агрегатов по выражениям (3) - (6). По расчетным значениям площадей определяются коэффициенты неравномерности и их отклонение по выражениям (1) и (7) соответственно. Значение отклонения от единичного значения позволяет оценить эффективность параллельной работы преобразовательных агрегатов - чем ближе значение отклонения к единице, тем выше эффективность и наоборот.

Достоинством предлагаемого способа является возможность решения задач по повышению пропускной способности и энергетической эффективности системы тягового электроснабжения по данным измерений.

Библиографический список

1. Пат. на изобретение DE 19837659 С2. Vorrichtung zur Leistungseinstellung/ заявл. 19.08.1998, опубл. 10.01.2002.

2. Касаткин А.С., Немцев М.В. Курс электротехники. М.: Высш. шк., 2005. - 542 с.

3. Иванов И.И., Равдоник B.C. Электротехника. - М: Высш. шк., 1984. - 375 с.

4. Способ параллельного включения двух трансформаторов. Пат. на изобретение RU 2740778 C1, Н02Р 13/06 (2006.01), Н02М 5/10(2006.01), H02J 3/46(2006.01) / Плотников С.М., Колмаков О.В. (РФ). 2020111858/20. Заявл. 23.03.2020; опубл. 21.01.2021 / Бюл. №3.

5. Способ определения технологических потерь электроэнергии на тягу на тяговых подстанциях постоянного тока железнодорожного транспорта. Пат. на изобретение RU 2573098, МПК B60L 3/00 (2006.01), G01R 21/133 (2006.01) / Каштанов А. Л, Незевак В. Л., Черемисин В. Т. и др. (РФ). 2014110565/11. Заявл. 19.03.2014; опубл. 20.01.2016 / Бюл. №2.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электроснабжения, в частности в системе тягового электроснабжения постоянного тока железнодорожного транспорта, для решения задач по повышению пропускной и провозной способности и энергетической эффективности. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности параллельной работы преобразовательных агрегатов тяговых подстанций на основе оценки внешних характеристик, полученных по данным измерений. Способ обеспечивает определение коэффициента неравномерности загрузки преобразовательных агрегатов для оценки технического состояния и проверки напряжения холостого хода, соответствующего их эффективной параллельной работе. Технический результат обеспечивается за счет оценки загрузки преобразовательных агрегатов на основе определения коэффициента неравномерности загрузки графоаналитическим способом. 1 ил.

Способ определения неравномерности загрузки преобразовательных агрегатов, включенных параллельно, на тяговой подстанции постоянного тока на уровне напряжения 3,3 кВ, отличающийся тем, что контролируют внешнюю характеристику каждого преобразовательного агрегата, данные контроля заносят на сервер обработки данных, определяют коэффициент неравномерности загрузки каждого из преобразовательных агрегатов по выражению:

где - площадь прямоугольной трапеции одного преобразовательного агрегата, одна из сторон которой равна напряжению холостого хода, а другая напряжению на выходе соответствующего преобразовательного агрегата при его максимальном токе, а - среднее арифметическое площадей прямоугольных трапеций всех преобразовательных агрегатов,

определяют отклонение от единичного значения для любых двух параллельно работающих преобразовательных агрегатов в соответствии с выражением:

при этом приближение значения отклонения к единичному значению означает равномерную загрузку параллельно работающих агрегатов.