Снижение провалов напряжения в системах электроснабжения нетяговых потребителей железных дорог

Библиографический список

1. Ряшенцев Н.П., Угаров Г.Г., Львицин А.В. Электромагнитные прессы. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. 216 с.

2. Пат. № 2127017, РФ, МКИ H02K 33/02. Способ управления однообмоточным линейным электромагнитным двигателем ударного действия / Г.Г. Угаров, В.Ю. Нейман, К.М. Уса-нов; № 95119633/09; заявл. 21.11.95; опубл. 27.02.99. Бюл. № 6.

3. Нейман В.Ю., Скотников А.А., Нейман Л.А. Тенденции в развитии конструкций синхронных двухобмоточных элек-тромагнитых машин для импульсных технологий // Актуальные проблемы энергетики АПК: мат-лы II междунар. науч.-практ. конф. Саратов: ФГОУ ВПО Саратовский ГАУ. 2011. С.209-211.

4. Нейман Л.А., Нейман В.Ю. Рабочий цикл двухкатушеч-ной синхронной электромагнитной машины со свободным выбегом бойка // Известия вузов. Электромеханика. 2013. № 6. С. 48-52.

5. Нейман Л.А. Анализ процессов энергопреобразования в однокатушечной синхронной электромагнитной машине с двухсторонним выбегом бойка // Известия Томского политехнического университета. 2013. № 4. Т 323. С. 112-116.

6. Нейман Л.А. Синхронный электромагнитный механизм для виброударного технологического оборудования // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2014. № 6 (207). С. 17-19.

7. Нейман В.Ю. Интегрированные линейные электромагнитные двигатели для импульсных технологий // Электротехника. 2003. № 9. С. 25-30.

8. Нейман В.Ю. Анализ процессов энергопреобразования линейных электромагнитных машин с предварительным аккумулированием магнитной энергии в динамических режимах // Электротехника. 2003. № 2. С. 30-36.

9. Нейман В.Ю., Скотников А.А., Нейман Л.А. Структурный анализ синхронных электромагнитных машин ударного действия // Автоматизированные электромеханические системы: сб. науч. тр. / под общ ред. В.Н. Аносова. Новосибирск: Изд-во НГТУ. 2011. С. 106-120.

10. Нейман Л.А. К решению задачи рационального выбора электромагнитного двигателя заданного габарита и веса на

основе численного эксперимента // Научный вестник НГТУ. 2013. № 4. С. 184-190.

11. Нейман Л.А. Оценка конструктивного совершенства систем охлаждения синхронных электромагнитных машин ударного действия // Научный вестник НГТУ. 2013. № 4. С. 177-183.

12. Нейман Л.А., Рогова О.В. К исследованию тяговых характеристик электромагнитных приводов с учетом зубчатости элементов магнитопровода // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. 2013. № 1 (20). С. 100-108.

13. Мошкин В.И., Нейман В.Ю., Угаров Г.Г. Импульсные линейные электромагнитные двигатели. Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та. 2010. 220 с.

14. Нейман Л.А., Скотников А.А., Нейман В.Ю. Исследование нагрева электромагнитного двигателя в переходных режимах // Известия вузов. Электромеханика. 2012. № 6. С. 50-54.

15. Нейман В.Ю., Нейман Л.А., Петрова А.А. Расчет показателя экономичности силового электромагнита постоянного тока с помощью моделирования магнитного поля // Транспорт: Наука, техника, управление: Науч. информ. сб. М.: Изд-во ВИНИТИ. 2008. № 6. С. 21-24.

16. Нейман В.Ю., Нейман Л.А., Петрова А.А. Сравнение геометрически подобных систем электромагнитов по условию постоянства теплового критерия // Электротехника. 2011. № 12. С. 14-16.

17. Малинин Л.И., Нейман В.Ю. Предельные силовые характеристики электромагнитных двигателей постоянного тока // Электротехника. 2009. № 12. С. 61-67.

18. Петрова А.А., Нейман В.Ю. Моделирование в FEMM магнитного поля для расчета тяговых характеристик электромагнитных двигателей постоянного тока // Сб. науч. тр. Новосибирского государственного технического университета. 2008. № 2. С. 101-108.

19. Neyman V.Yu., Neyman L.A., Petrova A.A. Calculation of efficiency of DC electromagnet for mechanotronbic systems // IFOST 2008: Proceedings of the 3d International Forum on Strategic Technology, June 23-29. 2008. Novosibirsk, Tomsk. P. 452-454.

УДК 621.311

СНИЖЕНИЕ ПРОВАЛОВ НАПРЯЖЕНИЯ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НЕТЯГОВЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

© Чан Зюй Хынг1

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

На основе компьютерного моделирования показано, что глубокие провалы напряжения в системах электроснабжения нетяговых потребителей электроэнергии железных дорог могут быть снижены на основе применения сетевых кластеров и литий-ионных накопителей электроэнергии. Существует принципиальная возможность уменьшения длительности провалов напряжения небольшой глубины на основе регулирования коэффициента модуляции инвертора.

Ключевые слова: системы электроснабжения нетяговых потребителей; сетевой кластер; провал напряжения.

DECREASING VOLTAGE DIPS IN POWER SUPPLY SYSTEMS OF NON-TRACTION RAILWAY CONSUMERS Tran Duy Hung

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

1Чан Зюй Хынг, аспирант, тел.: 9041154347, e-mail: tranduyhung86@mail.ru Tran Duy Hung, Postgraduate, tel.: 9041154347, e-mail: tranduyhung86@mail.ru

Using computer modeling it is shown that deep voltage dips in the power supply systems of non-traction railway consumers of electric power can be lowered due to the application of network clusters and lithium ion energy storage units. There is a possibility in principle to reduce the duration of insignificant voltage dips based on the regulation of the inverter modulation coefficient. 12 figures. 14 sources.

Keywords: power supply systems of non-traction consumers; network cluster; power failure.

Введение. Под провалом напряжения (ПН) понимается кратковременное снижение или полная потеря его действующего значения (RMS) [1]. Параметрами провала являются длительность и значение минимальной величины остаточного напряжения, обычно выражаемое в процентах от номинального RMS. При возникновении ПН требуемая энергия не поступает к нагрузке в полном объеме, что может приводить к существенному экономическому ущербу. На предприятиях железнодорожного транспорта весьма велика доля оборудования для цифровой обработки данных, крайне чувствительного к провалам напряжения, поэтому задача снижения ущербов от ПН в районах электроснабжения (РЭС) нетяговых потребителей имеет несомненную актуальность [1, 2]. В работах [314] предложено использовать в рЭс сетевые кластеры, построенные на основе вставок постоянного тока (ВПТ). Применение такой структуры позволяет получить ряд положительных эффектов, связанных с повышением надежности электроснабжения и качества электроэнергии по отклонениям, несимметрии и несинусоидальности напряжения. В статье приведены результаты исследований, направленных на снижение провалов напряжения с помощью ВПТ.

Постановка задачи. Схема сетевого кластера представлена на рис. 1. В состав ВПТ входит выпрямитель и инвертор. Для повышения гибкости системы электроснабжения потребителей, объединенных в

сетевой кластер, может использоваться связь, шунтирующая ВПТ - байпас.

На основе ВПТ решается задача уменьшения длительности провалов напряжения, а также их полной ликвидации. Для этого можно использовать следующие методы:

• применение литий-ионных накопителей энергии (НЭ), подключаемых на стороне постоянного тока;

• регулирование коэффициента модуляции инвертора.

Ниже приведены результаты моделирования, позволяющие оценить эффективность указанных методов снижения (ликвидации) ПН.

Результаты моделирования. Моделирование ВПТ с литий-ионным аккумулятором осуществлялось в среде Matlab c использованием пакета SimPowerSys-tem. Схема модели представлена на рис. 2.

Результаты моделирования в виде осциллограмм мгновенных и действующих значений напряжений на шинах 6 кВ сетевого кластера представлены на рис. 3-6. Провал напряжения создавался отключением основного питания в момент времени t = 1 а При t = 2 с электроснабжение восстанавливалось. Моделирование осуществлялось в двух вариантах:

• при отсутствии литий-ионного аккумулятора (рис. 3, 4);

• при наличии накопителя электроэнергии (рис. 5, 6).

Рис. 1. Схема сетевого кластера: ТП - тяговая подстанция; ЭПС - электроподвижной состав; РП - распределительный пункт 6 кВ; КП - контактная подвеска; НЭ - накопитель энергии (литий-ионный аккумулятор); АР - автоматический регулятор коэффициента модуляции инвертора; АЭД - асинхронный двигатель

Рис. 2. Схема модели ВПТ

Рис. 3. Осциллограмма амплитудных значений напряжений на шинах 6 кВ кластера при провале

аиии 7000 6000 иА,в-

1

............................

2000

П V ! Время, с

Рис. 4. Осциллограмма действующего значения напряжения фазы А на шинах 6 кВ кластера при провале

о.Б 1 1.5 г г.5

Рис. 5. Осциллограмма амплитудных значений напряжений на шинах 6 кВ при наличии НЭ

Рис. 6. Осциллограмма действующего значения напряжения фазы А на шинах 6 кВ при наличии НЭ

Моделирование ВПТ с регулированием коэффициента модуляции инвертора также осуществлялось в

среде МаАаЬ с использованием пакета БтРсмегвуз-tem. Схема модели представлена на рис. 7, 8.

Рис. 8. Модель кластера при асинхронной нагрузке

Результаты моделирования в виде осциллограмм мгновенных и действующих значений напряжений на шинах 6 кВ сетевого кластера представлены на рис. 9-12. Провал напряжения создавался запуском 4 асинхронных двигателей общей мощностью 1,6 МВт в момент времени t = 1 c. RMS напряжения снижалось примерно на 22% от средненоминального значения

иср = 6,3 кВ. Моделирование осуществлялось в двух вариантах:

• с постоянным значением коэффициента модуляции кмоо инвертора (рис. 9, 10);

• при регулировании кмов (рис. 11, 12).

Рис. 9. Осциллограмма амплитудных значений напряжений на шинах 6 кВ кластера при провале

/иии Я .................... "с ........ ............................ ...........................

6000

5000

0 Бремя, с

15

2.5

Рис. 10. Осциллограмма действующего значения напряжения фазы А на шинах 6 кВ кластера при провале

Рис. 11. Осциллограмма амплитудных значений напряжений на шинах 6 кВ при наличии автоматического регулирования коэффициента модуляции

1 1.5 2 2.5

Рис. 12. Осциллограмма действующего значения напряжения фазы А на шинах 6 кВ при наличии автоматического

регулирования коэффициента модуляции

Заключение. Из анализа полученных результатов можно сделать следующие выводы:

• с помощью литий-ионных накопителей энергии и вставок постоянного тока может быть решена задача обеспечения надежного электроснабжения при провалах напряжения в системах электроснабжения нетяговых потребителей железных дорог переменного тока;

• показана принципиальная возможность снижения длительности провалов напряжения небольшой глубины на основе регулирования коэффициента модуляции инвертора; такие провалы могут часто возникать в РЭС, например, вследствие пуска электродви-

гателей; достоинство данного способа состоит в незначительных дополнительных затратах, связанных с установкой устройства автоматического регулирования величины кмоо;

• при отключении дополнительной нагрузки наблюдается кратковременное повышение напряжения; в рассматриваемой модели величина U достигает 110% от значения иср, что является вполне допустимым; следует отметить, что наблюдаемый всплеск снижается на основе ограничителей напряжения.

Статья поступила 27.11.2014 г.

Библиографический список

1. Чэпмэн Д. Провалы напряжения: введение // Энергосбережение. 2005. № 4. С. 93-98.

2. Бардушко В.Д., Закарюкин В.П., Крюков А.В. Принципы построения систем электроснабжения железнодорожного транспорта. Москва: Теплотехник, 2014. 166 с.

3. Арсентьев М.О., Арсентьев О.В., Крюков А.В. Системы электроснабжения железнодорожного транспорта с установками распределенной генерации. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2013. 152 с.

4. Арсентьев М.О., Арсентьев О.В., Крюков А.В., Чан Зюй Хынг. Распределенная генерация в системах электроснабжения железных дорог: монография. Иркутск: Изд-во ИрГУПС, 2013. 164 с.

5. Крюков А.В., Чан Зюй Хынг. Влияние установок распределенной генерации на качество электроэнергии в системах электроснабжения железных дорог // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2012. № 4 (36). С. 162-167.

6. Крюков А.В., Чан Зюй Хынг. Сетевые кластеры в системах электроснабжения железных дорог переменного тока // Системы. Методы. Технологии. 2013. № 1 (17). С. 59-64.

7. Крюков А.В., Чан Зюй Хынг. Анализ симметрирующего эффекта распределенной генерации. Транспортная инфраструктура Сибирского региона. Иркутск: Изд-во ИрГУПС, 2012. С. 75-81.

8. Крюков А.В., Чан Зюй Хынг. Моделирование систем электроснабжения железных дорог, включающих сетевые кластеры // Информационные системы контроля и управле-

ния в промышленности и на транспорте. 2013. Вып. 22. С. 96-100.

9. Крюков А.В., Чан Зюй Хынг. Моделирование аварийных режимов в сетевых кластерах. Транспортная инфраструктура Сибирского региона. Иркутск: Изд-во ИрГУПС, 2013. Т. 2. С. 52-56.

10. Крюков А.В., Чан Зюй Хынг. Применение технологий сетевых кластеров в системах электроснабжения нетяговых потребителей железных дорог. Информационные и математические технологии в науке и управлении. Иркутск: Изд-во ИСЭМ СО РАН, 2013. Ч. I. С. 115-120.

11. Крюков А.В., Ушаков В.А., Чан Зюй Хынг. Снижение провалов напряжения в системах электроснабжения нетяговых потребителей. Транспортная инфраструктура Сибирского региона. Иркутск: Изд-во ИрГУПС, 2014. Т. I. С. 52-57.

12. Крюков А.В., Ушаков В.А., Чан Зюй Хынг. Уменьшение динамических искажений напряжения в системах электроснабжения нетяговых потребителей. Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири. Иркутск: Изд-во ИрГУПС, 2014. Т. 2. С. 289-293.

13. Крюков А.В., Ушаков В.А., Чан Зюй Хынг. Моделирование провалов напряжения в системах электроснабжения нетяговых потребителей. Информационные и математические технологии в науке и управлении. Иркутск: Изд-во ИСЭМ СО РАН. Ч. I. 2014. С. 47-53.

14. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Чан Зюй Хынг. Нечеткие регуляторы для ветрогенерирующих установок // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2014. № 7-8. С. 60-69.