СПОСОБ НАПРАВЛЕННОГО ОБМЕНА ЭНЕРГИЕЙ МЕЖДУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СЕТЯМИ КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА И ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОГО ТРАНСПОРТА
METHOD OF DIRECTIONAL ENERGY EXCHANGE BETWEEN POWER GRIDS OF MUNICIPAL SERVICES AND URBAN ELECTRIC RAILWAY

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.