ПОСТ СЕКЦИОНИРОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ГИБРИДНЫМ НАКОПИТЕЛЕМ ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к системам тягового электроснабжения, а именно к системе тягового электроснабжения железнодорожного транспорта, в частности к посту секционирования контактной сети постоянного тока.
Целью полезной модели является повышение эффективности использования энергии рекуперативного торможения, сглаживание графика электрической нагрузки тяговых подстанций, а также повышение минимального напряжения на шинах поста секционирования.
В настоящее время посты секционирования на полигонах постоянного тока реализуют две функции - повышение надежности электроснабжения контактной сети в аварийных режимах, а также снижение потерь электроэнергии в тяговой сети за счет электрического соединения секций контактных подвесок смежных путей (на двухпутных и многопутных участках). Применение накопителей электрической энергии на постах секционирования постоянного тока позволяет решать задачи снижения потерь электрической энергии, выравнивания графика электрической нагрузки и повышения эффективности применения рекуперативного торможения электроподвижного состава.
Для реализации данных возможностей предложено устройство поста секционирования постоянного тока с гибридным накопителем электрической энергии.
Известно устройство - пост секционирования контактной сети, содержащий высоковольтное оборудование, аппаратуру управления, датчики тока, блок определения направления тока, блок уставок релейной защиты и исполнительный блок [1]. Данное устройство не содержит накопителя электрической энергии и не может реализовать указанные возможности по повышению эффективности применения рекуперативного торможения и выравниванию графика электрической нагрузки тяговых подстанций.
Наиболее близкими к заявленному устройству являются пост секционирования постоянного тока с емкостным накопителем энергии (ЕНЭ) и пост секционирования постоянного тока с ЕНЭ и возможностью дополнительного подзаряда малыми токами [2, 3]. Подключение ЕНЭ к шинам постоянного тока поста секционирования осуществляется с помощью коммутационной аппаратуры. Заряд и разряд ЕНЭ осуществляется за счет транзисторных ключей.
Недостатком указанных устройств является:
1) отсутствие возможности приема или отдачи электроэнергии различными типами накопителя в зависимости от скорости изменения потребления или возврата энергии электроподвижным составом;
2) отсутствие возможности регулирования напряжения на шинах поста секционирования в различных режимах работы накопителя энергии;
3) значительная стоимость накопительных элементов, обусловленная необходимостью набора энергоемкости из накопителей емкостного типа.
Технический результат, достигаемый благодаря заявленному устройству, заключается в следующем:
1) появление дополнительной возможности снижения неравномерности тяговой нагрузки подстанций за счет использования гибридного накопителя электроэнергии с различными типами накопительных элементов;
2) появление дополнительной возможности регулирования уровня напряжения на шинах поста секционирования в различных режимах работы гибридного накопителя энергии за счет применения статического преобразователя постоянного напряжения в постоянное с двунаправленным потоком энергии;
3) снижение стоимости накопителя за счет замещения части энергоемкости ЕНЭ накопителем электрохимического типа.
Заявленные результаты достигаются за счет использования гибридного накопителя энергии совместно со статическим преобразователем постоянного в постоянное напряжение с двунаправленным потоком энергии.
Структурная и электрическая схемы предлагаемого устройства представлены на фиг. 1 и фиг. 2 соответственно. К шинам поста секционирования 1 через быстродействующий выключатель и разъединитель 2 подключен ЕНЭ 14 и электрохимический накопитель энергии 15. Цепь подключения гибридного накопителя к шинам поста секционирования включает в себя датчик тока 3, позволяющий измерять величину тока, и два статических преобразователя напряжения 12, 13 с установленными на выходе датчиками тока 5, 7 и датчиками напряжения 6, 8 соответственно, предназначенными для управления режимами работы накопителя. Для измерения уровня напряжения на ЕНЭ и электрохимическом накопителе энергии подключены датчики напряжения 9, 10 соответственно, для измерения уровня напряжения на шинах поста секционирования - датчик напряжения 4. Управление преобразователями 12, 13 осуществляется с помощью системы управления 11 на основе измерений, получаемых от датчиков тока и напряжения. Реактор 16 в цепи подключения к рельсовой сети обеспечивает сглаживание тока гибридного накопителя энергии.
Повышение напряжения на шинах ПС выше уровня напряжения холостого хода тяговых подстанций соответствует применению рекуперативного торможения электроподвижного состава. В случае, если в данный момент времени напряжение на ЕНЭ меньше чем максимально допустимого для элементов накопителя, производится заряд ЕНЭ до максимального допустимого напряжения. Если напряжение на ЕНЭ равно максимальному допустимому напряжению заряда, а напряжение на ПС выше уровня холостого хода тяговых подстанций, то производится заряд электрохимического накопителя (АКБ). Заряд осуществляется при условии, что напряжение АКБ меньше максимального допустимого напряжения. При достижении максимальных напряжений на ЕНЭ и АКБ устройство переходит в режим ожидания либо в режим разряда в зависимости от уровня напряжения на шинах ПС.
Режим разряда производится при понижении напряжения на шинах ПС до уровня стабилизации при условии, что на ЕНЭ и АКБ напряжение выше минимального допустимого напряжения заряда. Управление режимом разряда выполняется в следующем порядке. На первом этапе оценивается уровень напряжения на ЕНЭ. Если он выше минимального допустимого напряжения заряда, накопитель переводится в режим разряда. При достижении напряжения на ЕНЭ уровня минимального допустимого напряжения заряда на разряд подключается АКБ. Режим разряда осуществляется до тех пор, пока напряжение не достигнет уровня минимального допустимого напряжения заряда АКБ. При отсутствии условий перехода накопителя в режим разряда или заряда накопитель на ПС находится в режиме ожидания.
Библиографический список
1. Пат. на изобретение 2139203 РФ. МПК В60М 1/00. Пост секционирования контактной сети / С.X. Дарчиев, В.Н. Пупынин, В.Л. Солдатов, А.А. Цернант.(РФ) - №97122070/28; Заявлено 29.12.1997; опубл. 10.10.1999.
2. Пат. 147814 Российской Федерации, МПК В60МЗ/00 (2006.01), H02J 1/00 (2006.01). Пост секционирования постоянного тока с емкостным накопителем энергии [Текст] / В.Т. Черемисин, В.Л. Незевак, А.П. Шатохин; Заявитель и патентообладатель ОмГУПС. - №2014112916; заявл. 02.04.2014; опубл. 20.11.2014 бюл. №32. - 6 с.: 8 ил.
3. Пат. 155368 Российской Федерации, МПК В60М 3/00 (2006.01), H02J 1/00 (2006.01). Пост секционирования постоянного тока с емкостным накопителем энергии [Текст] / В.Т. Черемисин, В.Л. Незевак, А.П. Шатохин; Заявитель и патентообладатель ОмГУПС. - №2015114253; заявл. 16.04.2015; опубл. 10.10.2015 бюл. №28. - 6 с.: 8 ил.