Использование устройств facts в системах внешнего электроснабжения железных дорог

рынков сбыта, привлечет дополнительных туристов и, соответственно, активизирует рост экономики района.

Далее, согласно проведенной оценке, следует Слюдянский район. У данного района наблюдается высокий потенциал для развития, но имеются сходные с Ольхонский районом проблемы.

Затем примерно на одинаковом уровне развития находятся Северо-Байкальский и Прибайкальский районы, в Баргузинском районе наблюдается скачкообразное развитие. В целом по всем районам происходит увеличение темпов развития и формируется положительная и стабильная динамика, что говорит об имеющихся возможностях для развития туристической и сопутствующих отраслей.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Батоцыренов Э. А. Рекреационное районирование республики Бурятия / Э. А. Батоцыренов //

Региональная политика России в современных социально-экономических условиях: географические аспекты : материалы IX науч. совещ. по приклад. геогр. (Иркутск, 21-23 апреля 2009 г.). Иркутск : Изд-во Ин-та географии им. В. Б. Со-чавы СО РАН, 2009. С. 49-50

2. Туризм и отдых в Приангарье : крат. стат. справ. Иркутск, 2011

3. Муниципальные образования Иркутской области : экон.-стат. сб. Ч. 1. Иркутск : Федер. служба гос. стат. по Иркут. обл., 2010.

4. Культура, туризм и отдых в Приангарье : стат. сб. Иркутск : Федер. служба гос. стат. по Ир-кут. обл., 2010

5. Самаруха А. В. Долгосрочное прогнозирование социально-экономического развития региона в условиях перехода на инновационную модель экономики : автореф. дисс... докт. экон. наук-Иркутск, 2010.

УДК 621.311:621.331 Закарюкин Василий Пантелеймонович,

д. т. н., профессор ИрГУПС, zakar@irk.ru Крюков Андрей Васильевич, д. т. н., профессор ИрГУПС, and_kryukov@mail.ru Ушаков Владислав Анатольевич, к. т. н., доцент ИрГУПС, vl-ushakov@mail.ru Алексеенко Владимир Александрович, аспирант ИрГУПС, bezvoprosov03@mail.ru

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УСТРОЙСТВ FACTS В СИСТЕМАХ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

V.P. Zakaryukin, A. V. Kryukov, V.A. Ushakov, V.A. Alekseenko

FACTS IN RAILWAY EXTERNAL ELECTRIC SYSTEMS

Аннотация. В системах внешнего электроснабжения железных дорог переменного тока может иметь место существенная несимметрия напряжений, вызванная однофазными тяговыми нагрузками. В энергосистемах Восточной Сибири доля тяговой нагрузки значительна, что приводит к уровням несимметрии в питающих сетях 110220 кВ, превышающим допустимые нормы. Улучшить качество электроэнергии в этих сетях можно на основе применения пофазно управляемых источников реактивной мощности, выполненных по технологиям FACTS.

Ключевые слова: системы внешнего электроснабжения железных дорог переменного тока, качество электроэнергии, устройства FACTS.

Abstract. Significant asymmetry in railway external electric systems may be caused by single-phase traction loads. In East Siberian electric systems traction loads are considerable and bring abnormal asymmetry. Approving quality of electric energy may be done by phase-managing FACTS.

Keywords: AC railway external electric systems, quality of electric energy, FACTS.

Введение. Формирование интеллектуальных электроэнергетических систем [1, 2] с активно-адаптивными сетями (ИЭЭС ААС) требует масштабного использования устройств управления режимами и качеством электроэнергии (ЭЭ):

• пофазно управляемых источников реактивной мощности, выполненных по технологиям

иркутским государственный университет путей сообщения

FACTS (flexible alternative current transmission systems) - комплекса технических и информационных средств для автоматического управления режимом ЭЭС) [3];

• активных фильтров высших гармоник [4];

• управляемых линий электропередачи, оснащенных фазоповоротными устройствами [5], и др.

Проектирование этих устройств, а также планирование режимов ИЭЭС ААС невозможно без применения современных компьютерных технологий для моделирования и управления. В настоящей статье рассматриваются вопросы моделирования пофазно управляемых источников реактивной мощности (FACTS). Моделирование осуществлялось применительно к сетям 110220 кВ, питающим тяговые подстанции (Т П) железных дорог Восточной Сибири [6]. Ввиду значительной доли однофазной нагрузки, создаваемой электроподвижным составом, эти сети характеризуются значительной несимметрией, существенно превышающей допустимые нормы. Коэффициент несимметрии по обратной последовательности может достигать в максимальных режимах 8...10 %.

Постановка задачи

Для улучшения качества ЭЭ в таких сетях могут эффективно использоваться пофазно управляемые источники реактивной мощности -FACTS, одним из видов которых являются статические тиристорные компенсаторы (СТК), рис. 1. Силовые блоки этих устройств, представляющие собой реакторы (Р) и батареи статических конденсаторов (БК), могут соединяться по схемам «звезда» (рис. 2) или «треугольник» (рис. 3).

Моделирование осуществлялось на основе комплекса программ «Fazonord - Качество», разработанного в ИрГУПС [7]. Модели устройств, выполненных по схеме «звезда», построены путем фиксации необходимых уровней напряжений в соответствующих узлах сети с заданием ограничений по генерируемой реактивной мощности:

Q A < Q{a)< Q A •

s^ j min — Ä^j — z^jmax''

Q (B) < Q (B) < Q (B) •

л., j min — Ä^j — Ä-- j max '

q

л., j min — Ä^j — z^jmax?

где Qj^.Qf,Lx - ограничения по реактивной мощности, генерируемой СТК по фазе k = A, B, C.

Рис. 1. Схема СТК

Рис. 2. СТК по схеме «звезда»

Рис. 3. СТК по схеме «треугольник»

Ub—const

Рис. 4. Модель СТК по схеме «треугольник»

Результаты моделирования

стационарных режимов

Для моделирования СТК, блоки которого соединены по схеме «треугольник», использовался следующий прием. В программном комплексе «Fazonord - Качество» была подготовлена модель разделительного трансформатора с соединением обмоток A /Y и номинальной мощностью 500 МВ-А (рис. 4). Напряжение короткого замыкания и ток холостого хода заданы равными 0,01 %. Мощности холостого хода и короткого замыкания приняты равными 0,01 кВт. Нейтраль вторичной обмотки заземлялась. Такой трансформатор практически не вносит искажений в режим расчетной схемы сети и трансформирует соединение «звезда» в соединение «треугольник». Для равенства

эквивалентных сопротивлений обмоток номинальные напряжения катушек выбраны равными 230 кВ. Номинальные напряжения обмоток при этом составляют 230/398 кВ. Задание на вторичной обмотке Ри-узлов (рис. 4) позволяет рассчитать величины мощностей фаз СТК в режиме поддержания заданных модулей напряжений.

Для получения токов первичной обмотки соединение в треугольник осуществляется через ЯЬ--элементы малого сопротивления (рис. 5). Ниже приведены результаты моделирования режимов реальной сети 220 кВ, питающей тяговые подстанции одной из магистральных железных дорог Восточной Сибири. Фрагмент расчетной схемы сети, реализованный в комплексе программ «Fazonord - Качество», показан на рис. 5. Результаты моделирования представлены на рис. 6-9. На основе их анализа можно сделать следующие выводы:

• при отсутвии средств управления режимами коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности превышает нормально допустимые пределы (рис. 6);

• установка СТК на шинах 220 кВ одной из ТП позволяет ввести показатели качества ЭЭ в допустимые пределы;

• применение СТК с силовыми блоками, соединенными в треугольник, обеспечивает лучшее симметрирование;

• соединение фаз СТК в звезду с заземленной нейтралью приводит к появлению напряжения нулевой последовательности (рис. 7); СТК, блоки которого соединены в треугольник, свободны от этого недостатка.

иркутским государственный университет путей сообщения

4.5 4

3.5 3 2.5 2 1.5 1

0.5

о

- СУ и тк.тп очеш

жО >;t;— —ж— —ж^ .включено У по схеме ' "звезда"

""¡е- —к"" "N V

Ж — — ж-*" ^.Ж—ш =лИ Включено СУ по схеме \ \

\ ¡К

\

ТП1 ТП2 7Т13 ТП4 ТП5 ТП6 ТП7 ТП8 ТП9 ТЛЮ ТП11 "ТП12 ТП13 ТП14 ТП15 ТП16 ¥117 ТП18

Рис. 6. Максимальные значения коэффициентов несимметрии по обратной последовательности

на шинах 220 кВ ТП

0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00

!г % ?

1

Вклк звез чено да СУ п \ о схе N ме

Л-

в Ключ ено 'У по схем е

ТП1 ТП2 ТПЗ ТП4 ТП5 ТП6 ТП7 ТП8 7Ш ТП10 ТП11 ТП12 ТП13 ТП14 "ГП15 ТП16 ТП17 ТП18

Рис. 7. Максимальные значения коэффициентов несимметрии по нулевой последовательности

на шинах 220 кВ ТП

На рис. 8 и 9 показаны графики изменения во времени мощностей и сопротивлений фаз СТК, соединенного по схеме «треугольник». Эти графики характеризуются значительной динамикой, что связано с резкопеременным характером тяговой нагрузки.

На основании изложенного можно сделать следующий вывод: применение СТК, силовые блоки которого соединены в треугольник (по сравнению с СТК, построенному по схеме «звезда»), не приводит к появлению напряжений нулевой последовательности и обеспечивает более эффективное снижение уровней несимметрии в сетях 220 кВ, питающих тяговые подстанции железной дороги переменного тока.

Результаты моделирования динамических режимов Схема СТК включает реакторы, управляемые тиристорными вентилями по 6- или 12-фазной

схеме, и конденсаторную батарею неизменной мощности. Тиристорно-реакторная группа (ТРГ), выполненная по 6-фазной схеме, состоит из трех реакторов с последовательно включенными тири-сторными ключами, соединенных в треугольник или в звезду. СТК, построенный по 12-фазной схеме, состоит из двух 6-фазных блоков, питаемых от вторичных обмоток трансформатора связи, одна из которых соединена в треугольник, а другая -в звезду. Для моделирования СТК, имеющего 12-фазную систему фазового регулирования, была разработана модель в среде Matlab (рис. 10), содержащая трехобмоточный трансформатор связи и две секции ТРГ. Конденсаторная батарея Qc включается параллельно ТРГ. Между трансформатором связи и секциями ТРГ установлены выключатели Three-Phase Breaker, позволяющие включать и отключать ТРГ.

Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство _Экономика и управление_

ш

60000

30000

Ас,

XАС л ее

лЛл

Л л А

1 А .-Г"

л - ——

1430 1440

Время, мин

Рис. 8. Изменение сопротивлений плеч СТК во времени

20 —

1 360 1370 1380 1330 1400 1410 1420 1430 1440

Рис. 9. Изменение реактивных мощностей по плечам СТК во времени

СО

1п1

<3>»

А1

В1

о>+

С1

Рис. 10. Схема двухсекционной модели ТРГ тиристорного компенсатора

иркутским государственный университет путей сообщения

ЗыЬЕуБ1ет1

Рис. 11. Модель секции с пофазным управлением

Рис. 12. Модель тиристорного ключа

В состав модели секции ТРГ входят три реактора (Ь1, Ь2, Ь3) и тиристорные ключи К1исИ1...К1исИ3, представляющие собой тиристоры, соединенные встречно-параллельно (рис. 12), схемы измерения межфазных напряжений иаЬ, иЬс, иса, преобразователи мгновенных значений напряжений в действующие, регуляторы reg1...reg3, схемы синхронизации и формирования управляющих импульсов (рис. 11). Ниже приведены результаты моделирования системы внешнего электроснабжения (СВЭ) железной дороги переменного тока совместно с СТК, снабженными системами плавного регулирования тока в каждой фазе трехфазных реакторов. На рис. 13 представлены результаты моделирования несимметричного режима при отсутствии СТК.

На верхнем участке осциллограммы показаны действующие значения фазных напряжений на вводах ТП, а на нижнем - коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности к2(7. На начальном интервале моделирования

к2(7 = 2,36 %. В момент времени ^ = 0,3 с дополнительно подключается несимметричная нагрузка, и коэффициент несимметрии к2(7 возрастает до

4 %. На рис. 14 показано влияние СТК на уровни фазных напряжений и к2(7 . До момента времени ^ = 0,1 с ТРГ отключены. При этом уровни напряжений и кж соответствуют начальному интервалу моделирования, представленному на рис. 13. В момент ^ = 0,1 с подключаются обе секции ТРГ и система регулирования выводит фазные напряжения на заданный уровень, осуществляя тем самым симметрирование. Коэффициент к2(7 к моменту времени I = 0,3 с снижается до 0,2 %. В момент времени I = 0,3 с дополнительно подключается несимметричная нагрузка. Коэффициент к2и

кратковременно возрастает до 1,5 %, а затем снижается до 0,6 %.

На рис. 15, 16 показаны осциллограммы токов фазоуправляемых реакторов до и после подключения дополнительной несимметричной нагрузки.

На основании изложенного можно сделать вывод о том, что система управления СТК обеспечивает эффективное регулирование уровней напряжений и снижение несимметрии в условиях питания резко переменной тяговой нагрузки.

Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство _Экономика и управление_

ш

Рис. 13. Осциллограмма напряжений и k2U при отключенных секциях ТРГ

О 0.0Б 0.1 0.1 Б 0.2 0.2Б 0.3 О.ЗБ 0.4 0.4Б 0.Б Рис. 14. Осциллограмма напряжений и k2U при включении секций ТРГ

Рис. 15. Токи одной секции реакторной группы до подключения дополнительной несимметричной нагрузки

Рис. 16. Токи той же секции реакторной группы после подключения дополнительной несимметричной нагрузки

Заключение

1. Предложена методика моделирования FACTS в фазных координатах, применимая для решения практических задач, возникающих при формировании активно-адаптивных электрических сетей, питающих тяговые подстанции железных дорог переменного тока.

2. Разработана методика построения динамических моделей СВЭ железных дорог с пофазно управляемыми СТК.

3. Результаты моделирования сети 220 кВ, питающей ТП одной из железных дорог Восточной Сибири, показали, что применение СТК, силовые блоки которого соединены в треугольник, не приводит к появлению напряжений нулевой последовательности и обеспечивает эффективное снижение уровней несимметрии в сетях 220 кВ, питающих тяговые подстанции железной дороги переменного тока.

4. Моделирование динамических режимов показало, что СТК обеспечивает эффективную стабилизацию уровней напряжений в сети 220 кВ и снижение несимметрии.

иркутским государственный университет путей сообщения

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Дорофеев В. В. «Умные» сети в электроэнергетике. URL : http: //www.energyland.mfo/anaHtic-show-45305. (дата обращения 13.09.2011).

2. Дорофеев В. В. Активно-адаптивная сеть - новое качество ЕЭС России / В. В. Дорофеев, А. А. Макаров // Энергоэксперт. 2009. № 4. С. 29-34.

3. Куро Ж. Современные технологии повышения качества электроэнергии при ее передаче и распределении. [Электронный ресурс] // Новости электротехники. 2005. № 1 (31). URL: http://news.elteh.ru/arh (дата обращения 15.12.2008).

4. Куско А. Сети электроснабжения. Методы и средства обеспечения качества электроэнергии

/ А. Куско, М. Томпсон. М. : Додэка-XXI, 2011. 336 с.

5. Новые средства передачи электроэнергии в энергосистемах / Г. Н. Александров, Г. А. Ев-докунин, Т. А. Лисочкина и др. Л. : Ленингр. ун-т. 1987. 232 с.

6. Долгов А. П. Улучшение качества электроэнергии в системах внешнего электроснабжения железных дорог Восточной Сибири / А. П. Долгов, С. А. Кандаков, В. П. Закарюкин // Электрификация и развитие инфраструктуры энергообеспечения тяги поездов на железнодорожном транспорте. СПб, 2011. С. 37-38.

7. Закарюкин В. П. Сложнонесимметричные режимы электрических систем / В. П. Закарюкин, А. В. Крюков. Иркутск : Изд-во Иркут. ун-та, 2005.273 с.

УДК 625.111 Мамитко Андрей Александрович,

аспирант кафедры «Изыскания, проектирование, постройка железных дорог и управление недвижимостью» ИрГУПС, тел. 8 914 8956450, e-mail: mamitko@yandex.ru

Подвербный Вячеслав Анатольевич, директор Восточно-Сибирского института проектирования транспортных систем (ВСИПТС ИрГУПС),

заведующий кафедрой «Изыскания, проектирование, постройка железных дорог и управление недвижимостью» ИрГУПС, тел. 8 9025 665 131, e-mail: vpodverbniy@irgups.ru

КОМБИНИРОВАНИЕ СТРЕЛОВЫХ И КООРДИНАТНЫХ

МЕТОДОВ СЪЕМКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ОЧЕРТАНИЙ ПЛАНА ЛИНИИ

A.A. Mamitko, V.A. Podverbnyy

COMBINING COORDINATE AND CURVATURE RAILWAY TRACK SURVEY METHODS TO IMPROVE ACCURACY OF SPATIAL OUTLINE ESTIMATION OF TRACK HORIZONTAL ALIGNMENT

Аннотация. В статье рассматривается принцип и этапы работы метода комбинирования данных стрелового и координатного способа съемки плана линии железнодорожного пути. В результате комбинирования достигается объединение традиционно сильных сторон координатных и стреловых способов съемки: высокой достоверности определения параметров плана пути и локальных изменений его кривизны в каждой отдельной точке. Проверка работоспособности метода выполнена с использованием разработанного автором программного обеспечения, реализующего представленный в статье метод.

Ключевые слова: план пути, проектирование плана пути, расчет параметров плана пути,

координатная съемка, съемка методом стрел, повышение точности съемки.

Abstract. Railway track survey methods based on curvature and coordinates (GPS, geodetic etc.) measurements have orthogonal strengths and weaknesses. First ones provide accurate information about local curvature values of track line but as a result of error accumulating fail on track global outline estimation. Second ones otherwise are good «in global» but are weak in local measurements because of limited precision of meter devices. This article describes an approach of combining coordinate and curvature survey. Combined survey provides accurate values of curvature in each point of track line and reliable information about global track alignment elements