Крюков А. В. Моделирование несинусоидальных режимов в системах электроснабжения железных дорог при движении локомотивов с асинхронными тяговыми двигателями / А. В. Крюков, А. В. Черепанов, А. Р. Шафиков // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. ‑ 2018. ‑ Т. 60, № 4. ‑ С. 99–108. ‑ DOI: 10.26731/1813-9108.2018.4(60).99-108
10.26731/1813-9108.2018.4(60).99-108
Выпрямительные электровозы обладают нелинейными вольтамперными характеристиками и генерируют в питающие сети высшие гармоники (ВГ), что сопровождается следующими негативными эффектами: снижение сроков службы оборудования, искажение учета электроэнергии, возникновение резонансных процессов и т. д. Поэтому задача снижения уровней гармонических искажений в сетях, примыкающих к тяговым подстанциям железных дорог переменного тока, имеет повышенную актуальность.
Уровень генерации ВГ зависит от конструктивных особенностей электровозов. Электроподвижной состав с зонно-фазовым регулированием создает большие гармонические искажения; при этом возрастают потери мощности в тяговой сети и снижается надежность электроснабжения. Электровозы нового поколения, оснащенные асинхронными двигателями (АЭД) и 4q-S-преобразователями, позволяют формировать кривую тока, близкую к синусоидальной, и уменьшают гармонические искажения.
Для количественной оценки степени уменьшения гармонических искажений при движении локомотивов с АЭД проведено имитационное моделирование несинусоидальных режимов типовой системы тягового электроснабжения 25 кВ для двух вариантов используемых локомотивов: ВЛ-80Р с зонно-фазовым регулированием; UTY-1 с асинхронными двигателями и четырехквадрантными преобразователями.
В основу методики определения несинусоидальных режимов положена технология моделирования электроэнергетических систем в фазных координатах с применением решетчатых схем с полносвязной топологией. Такие схемы построены с использованием элементов с параметрами, зависящими от частоты. Поэтому они могут быть достаточно просто пересчитаны на частоты ВГ. Зависимости от текущего режима параметров, характеризующих источники гармоник, не оказывают существенного влияния на результаты расчетов. Это связано с тем, что первая гармоника является доминирующей и параметры источников определяются путем предварительного расчета режима на основной частоте. Предложенный подход обладает универсальностью и может быть использован для исследования несинусоидальных режимов в специфических и перспективных системах тягового электроснабжения.
Результаты моделирования показали, что проблема повышенного уровня гармонических искажений в сетях, питающих тяговые подстанции, может быть полностью решена при замене существующих локомотивов на электровозы нового поколения с асинхронными электроприводами и четырехквадрантными преобразователями.
1. Марквардт К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М. : Транспорт, 1982. 528 с.
2. Тимофеев Д.В. Режимы в электрических системах с тяговыми нагрузками. М.-Л. : Энергия, 1965. 224 с.
3. Steimel A. Electric traction motive power and energy supply. Basics and practical experience. Munchen: Oldenbourg Industrieverlag, 2008. 334 p.
4. Energieversorgung elektrischer bannen / H. Biesenack, E. Braun, G. George, etc. / Wiesbaden: B.G. Teubner Verlag. 2006. 732 p.
5. Аррилага Д. Гармоники в электрических системах / Д. Аррилага, Д. Брэдли, П. Боджер. М. : Энергоатомиздат, 1990. 320 с.
6. Оценка дополнительных потерь мощности от снижения качества электрической энергии в элементах систем электроснабжения / С.Ю. Долингер и др. // Омский научн. вестник. 2013. № 2(120). С. 178–183.
7. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л., Горпинич А.В. Влияние качества электроэнергии на сокращение срока службы и снижение надежности электрооборудования // Электрика. 2008. № 3. С. 14–20.
8. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М. : Энергоатомиздат, 2000. 331 с.
9. Каргин С.В., Краснова А.Н., Бекбулатов Р.Р. Управление качеством электроэнергии в распределительных сетях общего назначения. М. : Энергопрогресс, 2012. 108 с.
10. Карташов И.И., Зуев Э.Н. Качество электроэнергии в системах электроснабжения. Способы его контроля и обеспечения. М. : Изд-во МЭИ, 2000. 120 с.
11. Управление качеством электроэнергии / И.И. Карташов и др. М. : Изд-во МЭИ, 2006. 320 с.
12. Третьяков Е.А. Управление качеством электрической энергии в распределительных сетях железных дорог. Омск : Изд-во ОмГУПС, 2013. 195 с.
13. Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повышение качества энергии в электрических сетях. Киев : Наукова думка, 1985. 268 с.
14. Шидловский А.К., Новский В.А., Каплычный Н.Н. Стабилизация параметров электрической энергии в распределительных сетях. Киев : Наукова думка, 1989. 312 с.
15. Долгов А.П., Кандаков С.А., Закарюкин В.П. Улучшение качества электроэнергии в системах внешнего электроснабжения железных дорог Восточной Сибири // Электрификация и развитие инфраструктуры энергообеспечения тяги поездов на железнодорожном транспорте. СПб, 2011. С. 37–38.
16. Суднова В.В. Качество электроэнергии. М : Энергосервис, 2000. 80 с.
17. Бурков А.Т., Мирсаитов М.М. Режимы электротяговой сети при эксплуатации электровозов ВЛ–80Р и UTY–1 // Современные технологии – транспорту. 2016. № 2. С. 146–160.
18. Закарюкин В.П., Крюков А.В., Черепанов А.В. Интеллектуальные технологии управления качеством электроэнергии. Иркутск : Изд-во ИрНИТУ, 2015. 218 с.
19. Закарюкин В.П., Крюков А.В. Методы совместного моделирования систем тягового и внешнего электроснабжения железных дорог переменного тока. Иркутск: изд-во ИрГУПС, 2011. 160 с.
20. Закарюкин В.П., Крюков А.В. Сложно-несимметричные режимы электрических систем. Иркутск : Изд-во Иркут. гос. ун-т. 2005. 273 с.