ТЯГОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЕМКОСТНЫМИ НАКОПИТЕЛЯМИ ЭНЕРГИИ
DC TRACTION SUBSTATION WITH CAPACITIVE POWER STORAGE UNITS

Изобретение относится к системе тягового электроснабжения электрифицированного транспорта, содержащей тяговые подстанции постоянного тока, и может быть использовано на железнодорожном транспорте.
Известна тяговая подстанция постоянного тока, состоящая из полупроводникового выпрямителя, катодного трехполюсного выключателя, главной "плюс"- и главной "минус"-шины выпрямленного напряжения, диодных разрядных устройств, сглаживающего устройства и обходных разъединителей. В качестве главной "плюс"-шины в подстанции используется трехфазная система сборных шин, присоединенных через трехполюсный катодный выключатель к катодам раздельных вентилей катодной группы, образующей плюсовой вывод выпрямителя. При этом к сборным шинам присоединяются фидера постоянного тока, состоящие из трехполюсных выключателей, соответствующие полюса которых соединяются последовательно с управляемыми вентилями, причем катоды вентилей на каждом фидере соединяются электрически между собой, образуя плюсовые выводы фидеров. Регулирование напряжения непосредственно на фидерных зонах осуществляется фидерными управляемыми вентилями с помощью устройства плавного или дискретного изменения угла сдвига импульсов управления, а отключение фидера производится путем снятия импульсов управления с управляемых вентилей и подачи команды на отключение трехполюсного выключателя фидера (см. RU, №2115990, H02J 1/00, 1998).
Недостатками известного устройства тяговой подстанции являются невозможность достижения требуемого качества напряжения на электроподвижном составе (ЭПС) при ограниченной мощности питающей энергосистемы и негативное влияние неравномерности токопотребления от тяговой подстанции и питающей энергосистемы.
Данная тяговая подстанция не обеспечивает требуемой надежности электропитания ЭПС и повышает потери электроэнергии в оборудовании тяговой подстанции и энергосистеме.
Наиболее близким техническим решением является устройство тяговой подстанции постоянного тока со сверхпроводниковым индуктивным накопителем, содержащей силовой трансформатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр с реактором, блок конденсаторов, сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии, четыре криотрона, шесть полупроводниковых управляемых ключей, блок управления криотронами и полупроводниковыми ключами, датчики тока и напряжения (см. RU, №2259284, В60М 3/06, 2005).
Недостатками указанного устройства тяговой подстанции является то, что сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии имеет сложное устройство, алгоритм управления и конструкцию, и не устраняются повышенные потери напряжения и электроэнергии в реакторе тяговой подстанции при пиковых нагрузках.
Данная тяговая подстанция не обеспечивает повышения надежности работы и электропитания ЭПС, а также снижения потерь электроэнергии в реакторе.
Техническим результатом, согласно изобретению, является повышение качества напряжения, надежности работы и электропитания ЭПС, а также снижение потерь электроэнергии в реакторе.
Указанный технический результат достигается в устройстве тяговой подстанции постоянного тока, содержащей преобразовательный трансформатор, выпрямительно-инверторный агрегат, накопитель энергии, присоединенный одним концом к плюсовой шине тяговой подстанции, реактор, включенный между рельсом и минусовой шиной тяговой подстанции, контакторы, при этом накопитель энергии выполнен в виде батареи емкостных накопителей и присоединен к плюсовой шине через главный контактор и дополнительно установленный стабилизатор или ограничитель начального зарядного тока батареи емкостных накопителей энергии, при этом параллельно стабилизатору или ограничителю подключен шунтирующий контактор для замыкания стабилизатора или ограничителя при штатной работе тяговой подстанции, а для разряда батареи накопителей установлен разрядный контактор, подключенный одним полюсом к минусовой питающей шине, а другим к общей точке стабилизатора и главного контактора, при этом разрядный контактор сблокирован с главным контактором.
На чертеже представлена схема тяговой подстанции постоянного тока, согласно изобретению, на которой показаны: 1 - преобразовательный трансформатор, 2 - выпрямительно-инверторный агрегат, 3 - стабилизатор или ограничитель 4 - батарея емкостных накопителей энергии, 5 - реактор, 6 - шунтирующий контактор, 7 - главный контактор, 8 - разрядный контактор, 9 - рельс.
1
n
Работа схемы происходит следующим образом: при первой подаче напряжения на "+" "-" шины питания (тяговой подстанции) шунтирующий контактор 6 должен быть разомкнут, для заряда накопителей энергии 4 замыкается главный контактор 7 и размыкается разрядный контактор 8. Зарядный ток начинает поступать в батарею емкостных накопителей энергии 4 через стабилизатор или ограничитель 3 тока. В качестве ограничителя тока может быть использован резистор. При заряде батареи емкостных накопителей энергии 4 до напряжения, близкого к напряжению на шинах подстанции, происходит замыкание шунтирующего контактора 6. Стабилизатор или ограничитель 3 тока выключается из работы и в дальнейшей работе он не участвует. Параллельная работа на тяговую нагрузку тяговой подстанции и батареи емкостных накопителей энергии 4 будет определяться соотношением их электрических параметров. При появлении больших пиков тяговых нагрузок происходит медленное снижение напряжения в контактной сети и у подстанции из-за наличия запасенной энергии в емкостных накопителях энергии 4, чем у выпрямителя с реактором. При повышении напряжения выше номинального на шинах подстанции (это происходит при рекуперации электроподвижного состава) выпрямительно-инверторный агрегат 2 будет заперт повышенным напряжением и вся избыточная энергия будет поступать на заряд накопителей энергии 4. При повышении напряжения выше максимально допустимого включится выпрямительно-инверторный агрегат для передачи избыточной энергии в сеть. После завершения процесса рекуперации повышенное питающее напряжение на шинах будет поддерживаться батареей емкостных накопителей энергии 4 и питание всех потребителей будет осуществляться от нее. При разряде батареи емкостных накопителей энергии C-C до номинального напряжения открывается выпрямительно-инверторный агрегат и работает на питающие шины подстанции. Выбор параметров батареи емкостных накопителей энергии 4, согласование их с параметрами тяговой подстанции и существующих нагрузок будет определять эффективность их применения.
Разрядный контактор 8 служит для разряда батареи емкостных накопителей энергии 4, который включается при разомкнутых состояниях контакторов 7 и 8.