Повышение энергоэффективности тяговых подстанций постоянного тока для городского электротранспорта с использованием микропроцессорного управления и мониторинга тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Ланцев Дмитрий Юрьевич

• Ланцев Дмитрий Юрьевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Ланцев Дмитрий Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРАКТИЧЕСКИХ НАРАБОТОК В ОБЛАСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА

1.1 Общие сведения по системам электроснабжения городского электрического транспорта

1.2 Особенности работы тяговых сетей городского электротранспорта

1.3 Схемы питания и электрических соединений тяговых подстанций постоянного тока

1.4 Требования к качеству и причины отклонения показателей электроэнергии

1.5 Обзор применяемых выпрямительных агрегатов

1.6 Обзор типовых схем выпрямления для преобразовательных агрегатов

1.7 Научные наработки и перспективные схемы повышения энергоэффективности

1.8 Выводы к главе

1.9 Цель и задачи исследования

ГЛАВА 2 СОЗДАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ С НЕЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКОЙ

2.1 Выбор методов исследования и способов проведения имитационного моделирования

2.2 Состав и технические характеристики моделируемого оборудования тяговой подстанции

2.3 Разработка модели выпрямительного трансформатора

2.4 Создание модели неуправляемого выпрямителя и снятие его энергетических характеристик

2.5 Обоснование выбора нагрузки - трамвая с двигателями постоянного тока

2.6 Разработка уточненной модели тягового двигателя постоянного тока смешанного возбуждения для Ма^аЬ Simulink

2.7 Создание математической имитационной модели трамвая и ее линеаризация

2.8 Уточнение структурной схемы управляемого выпрямителя

2.9 Расчет фильтрокомпенсирующего устройства

2.10 Исследование алгоритмов синхронизации выпрямителя с сетью в условиях отклонения показателей качества электроэнергии питающей сети

2.11 Выбор алгоритма широтно-импульсной модуляции для формирования вектора тока

2.12 Модуль плавного ввода выпрямителя в работу и задания уставки

2.13 Реализация модели системы регулирования постоянного напряжения и компенсации реактивной мощности

2.14 Создание модели измерителя параметров электрической сети

2.15 Выводы к главе

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ С УПРАВЛЯЕМЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ В НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ И С ОТКЛОНЕНИЯМИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ

3.1 Исследование работы электротехнического комплекса в нормальных условиях

3.2 Исследование работы электротехнического комплекса в условиях отклонения показателей качества электроэнергии в питающей сети

3.3 Сравнение результатов имитационного моделирования с другими исследованиями по тематике работы

3.4 Выводы по главе

ГЛАВА 4 ПРАКТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ И МОНИТОРИНГА ДЛЯ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА

4.1 Выбор силовых транзисторов и расчет потерь

4.2 Тепловая модель нагрева контактной сети для быстрых расчетов на микроконтроллере

4.3 Экспериментальное исследование модели нагрева и тепловой защиты контактной сети.

4.4 Интеграция контроллера выпрямительного агрегата в информационную систему тяговой подстанции

4.5 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Диплом победителя конкурса грантов Санкт-Петербурга для студентов и аспирантов, молодых ученых, молодых кандидатов наук

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Справка о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы

ПРИЛОЖЕНИЕ В Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Исходные коды некоторых алгоритмов используемых в работе

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Схема имитационной модели электротехнического комплекса сеть-трансформатор-управляемый выпрямитель-трамвай

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение энергоэффективности тяговых подстанций постоянного тока для городского электротранспорта с использованием микропроцессорного управления и мониторинга»

Актуальность темы диссертации

Согласно «Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2035 года» [107], среди приоритетных направлений отмечены технологии автоматизированного управления и мониторинг технологических процессов, отмечена необходимость совершенствования силового электротехнического оборудования на основе полупроводниковых компонентов, статических компенсаторов реактивной мощности, инверторов, преобразователей и выпрямителей.

Электрический транспорт и, в частности, системы тягового электроснабжения постоянного тока городского электротранспорта (ГЭТ), являются одними из наиболее энергоемких отраслей экономики. Расширение городской застройки привело к возрастанию объемов перевозок населения городским общественным транспортом [86]. Увеличение транспортных потоков привело к возрастанию нагрузки на тяговую сеть. Соответственно увеличились рабочие токи при заданном напряжении [88]. Увеличение протекающих через контактную сеть токов приводит к возрастанию активных потерь, следовательно, приводит к потерям электроэнергии, а также к возможному превышению максимально допустимой температуры контактных проводов. Последний факт сказывается и на надежности контактной сети, поскольку повышенное старение проводов снижает прочность и может вызывать перекос струн и консолей [57].

Возрастание потребления активной мощности электроподвижным составом снижает напряжение в контактной сети, что связано с уменьшением выпрямленного напряжения на шинах тяговой подстанции. Данное явление приводит к снижению пропускной способности контактной сети. Таким образом, от выпрямительных агрегатов требуется поддерживать заданный уровень напряжения и выдерживать возможные перегрузки, а также необходимо добиваться снижения потерь электроэнергии путем повышения коэффициента

мощности и снижения коэффициента гармонических искажений напряжения и возвращаемого в сеть из выпрямительного агрегата тока.

Механическая энергия торможения в процессе рекуперации, может быть передана обратно в питающую сеть. Данное решение позволяет также повысить энергоэффективность, однако это требует применения управляемых выпрямителей, что в настоящее время практически не применяется на городском электротранспорте. Управляемые преобразователи, реализованные на современных микропроцессорных средствах, позволяют реализовывать самые разнообразные алгоритмы управления [74]. Алгоритмы позволяют успешно поддерживать напряжение и коэффициент мощности, даже при определенных уровнях отклонений показателей качества электроэнергии (ПКЭ) питающей сети. Внедрение таких устройств позволяет повысить степень автоматизации систем, реализовать энергоэффективные технологии, повысить надежность оборудования, увеличить срок его службы. Основными достоинствами управляемых выпрямителей является возможность обеспечивать значение входного коэффициента мощности, близкого к единице, а также точно поддерживать заданное значение выпрямленного напряжения, динамически менять уставку по каналам телемеханики, проводить обновление алгоритмов управления по мере их совершенствования, без замены аппаратной платформы.

Научная проработанность темы исследования

Проблемами повышения энергетических показателей тяговых выпрямительных агрегатов и путей их решения, синтезом новых выпрямительных схем и их анализом занимался целый ряд ученых и научных деятелей. Среди них весомый вклад был внесен Бурковым А.Т. [12], Бурманом А.П., Евдокимовым С.А. [35; 37], Игольниковым Ю.С. [43; 66], Розановым Ю.К. [65; 78], Соповым В.И. [87], Щуровым Н.И. и др.

Исследованиям алгоритмов управления и проектирования регулируемых силовых преобразователей, в том числе на основе векторных принципов управления, посвящены работы Борисова П.А. [8; 9], Калачева Ю.Н. [44; 45; 46], Пронина М.В. [74], Шклярского Я.Э. [105]. В работах Герман-Галкина С.Г.

уделено особое внимание развитию анализа управления преобразованием электроэнергии методами компьютерного моделирования и теории автоматического регулирования [21; 22].

В опубликованных работах наряду с решением проблемы повышения уровня качества выпрямленного напряжения тяговых выпрямительных агрегатов, недостаточное внимание уделено вопросу рекуперации энергии в питающую сеть, рассмотрено только накопление в емкость для последующего использования [91; 106]. Небольшое число работ также посвящено вопросам повышения надежности работы и уменьшению потерь в контактной сети городского электротранспорта, защиты контактной сети от перегрева вследствие перегрузок по току [57]. Серьезные изыскания в настоящее время проводятся только в сфере железнодорожного транспорта [28; 82] и метрополитена. Из иностранных авторов был рассмотрен ряд работ выполненных Popescu M., Bitoleanu A., Suru V. В которых авторы проводили исследование по преобразованию однонаправленной железнодорожной тяговой подстанции 1,5 кВ постоянного тока с 12-пульсным выпрямителем в двунаправленную, с использованием управляемого активного фильтра [122], а также рассматривался управляемый выпрямитель, имеющий в основе PQ-метод управления [109] для ГЭТ.

Таким образом, разработка и совершенствование управляемых выпрямительных агрегатов для тяговых подстанций городского электротранспорта является актуальной задачей в условиях увеличения транспортных потоков и значительного нарастания объемов перевозок, а также в связи с происходящей в настоящее время заменой электрооборудования и модернизацией систем телемеханики [34].

Объект и предмет исследования

Объектом исследования является электротехнический комплекс в составе тяговой подстанции постоянного тока для городского электротранспорта, представляющий собой совокупность устройств распределения электроэнергии, управляемых и неуправляемых выпрямителей, трансформатора, устройств

телемеханики и автоматики и участок контактной сети с нагрузкой в виде тягового транспорта.

Предмет исследования - повышение технических характеристик и увеличение общей энергетической эффективности тяговой подстанции постоянного тока городского электротранспорта. Цель работы

Повышение энергоэффективности тяговых подстанций постоянного тока городского электротранспорта путем применения управляемых выпрямителей с алгоритмами коррекции коэффициента мощности и поддержания заданного напряжения, обеспечение снижения потерь электроэнергии и стабилизация напряжения в тяговой сети, в том числе при неблагоприятных входных параметрах питающей сети и при резких колебаниях потребляемой нагрузкой мощности. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработка релевантной модели трансформаторно-выпрямительного агрегата тяговой подстанции и нагрузки, отражающей условия эксплуатации тяговых агрегатов в стационарных и переходных режимах.

2. Создание имитационной модели управляемого выпрямителя, реализующего алгоритмы плавного ввода в работу, рекуперации, коррекции коэффициента мощности и поддержание заданного напряжения в звене постоянного тока при различных режимах эксплуатации и отклонения ПКЭ питающей сети.

3. Разработка методов и алгоритмов работы управляемого выпрямителя, а также мониторинга и управления состоянием контактной сети, как части электротехнического комплекса тяговой подстанции.

4. Проведение имитационного моделирования предлагаемых управляемых выпрямителей и алгоритмов управления в среде Matlab Simulink для определения их энергетической эффективности в сравнении с существующими решениями и моделями.

Методы исследования

Для решения поставленных в диссертации задач принят подход, заключающийся в анализе и обобщении данных научно-технической литературы с последующим применением теоретических и экспериментальных методов исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием методов структурного синтеза для декомпозиции задач на подзадачи, векторных диаграмм, частотного анализа, численного интегрирования и с применением фундаментальных методов математического анализа, а также теорий автоматического управления. При расчетах, построении имитационных моделей и анализе математических зависимостей применялись программы Mathcad и Matlab. При разработке уточненной модели трамвая решалась задача автоматизации многократного решения нелинейной задачи магнитостатики в программе ELCUT путем написания программы на языке C#. Научная новизна

В диссертационной работе решены теоретические задачи концептуального проектирования управляемого выпрямителя для городского электротранспорта на IGBT-транзисторах. Проведено имитационное моделирование работы энергетического комплекса при сложных условиях его эксплуатации с учетом старта с места уточненной модели трамвая ЛМ-68 и включением в модель трансформатора с нелинейным насыщением. Детально описан ход настройки составной системы управления активным выпрямителем. В ходе работы также получены следующие научные наработки:

1. Разработана модель силовой части управляемого выпрямительного агрегата. А также модель реализующая алгоритмы его системы управления, обеспечивающая повышение энергетической эффективности тяговой подстанции ГЭТ.

2. Проведено имитационное моделирование управляемого выпрямителя для подстанции ГЭТ в комплексе с тяговым трансформатором и детализированной моделью нагрузки в нормальных условиях и при отклонениях от ПКЭ питающей сети в сравнении с результатами,

полученными при идеальной нагрузке и питании, что обосновывает возможную неточность многих исследований других ученых при не учете небаланса и гармонических составляющих в питающем напряжении с их стороны.

3. Разработана уточненная математическая модель трамвая на двигателях постоянного тока ДК259Г для проведения исследований влияния нагрузки на работу выпрямителя, а также для оценки влияния качества выпрямленной энергии на нагрузку. Проведена линеаризация физической модели для ускорения вычислительных расчетов.

4. Разработан алгоритм определения температуры контактной сети по измеренному току присоединения от шины постоянного тока, пригодный для реализации на контроллере присоединения или контроллере выпрямительного агрегата (в случае если нет задачи вычислять температуру на определенном присоединении).

Теоретическая значимость работы

1. Разработана имитационная модель силовой схемы и алгоритмы регулирования управляемого выпрямителя для тяговой подстанции городского электротранспорта в МаАаЬ Simulink, проведена детальная проработка выбора и настройки блока синхронизации с сетью.

2. Определены энергетические характеристики существующих и предлагаемых решений, позволяющие оценить энергетическую эффективность и актуальность подобных решений. Выполнен расчет энергетических потерь в транзисторах.

3. Значимость исследования подтверждена грантом РФФИ, номер проекта 20-38-90216.

4. Исследовательский проект «Модернизация и цифровизация тяговых электрических подстанций для городского электротранспорта» по теме диссертации был признан победителем конкурса грантов Санкт-Петербурга для студентов и аспирантов, молодых ученых, молодых кандидатов наук 2021 г., о чем есть диплом серия ПСП № 21241 ПРИЛОЖЕНИЕ А, а также

список победителей опубликован в сети URL:

http://knvsh.gov.spb.ru/media/uploads/приложение_N^_1(_перечень_победит

елей_ст_асп_2021). docx Практическая значимость работы

1. Реализован ряд алгоритмов и программных модулей на языке C для устройств управления оборудованием тяговой подстанции. Разработан и на практике опробован алгоритм тепловой защиты контактной сети для применения на контроллере присоединения тяговой подстанции. Алгоритмы внедрены в промышленное оборудование, что подтверждается справкой о внедрении ПРИЛОЖЕНИЕ Б.

2. Разработана программа для ЭВМ, позволяющая автоматизировать вычислительные расчеты в ELCUT потоков возбуждения и якоря тягового двигателя постоянного тока от протекающего через обмотки тока, в дальнейшем данные могут быть использованы при уточнении других моделей для создания блока Sim Power System (SPS) для Matlab Simulink и их последующей линеаризации. Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2023618963 ПРИЛОЖЕНИЕ В. Основные положения, выносимые на защиту

1. Схемотехнические и алгоритмические решения для управляемых выпрямительных агрегатов тяговой подстанции, позволяющие повысить стабильность выпрямленного напряжения на шинах ТП ГЭТ, в том числе при отклонении ПКЭ питающей сети и снизить потери электроэнергии.

2. Имитационная модель электроэнергетического комплекса, включающая в себя совокупность моделей тяговой подстанции с управляемым выпрямителем, алгоритмами его управления и нагрузкой в виде уточненной модели трамвая ЛМ-68. Результаты моделирования работы электротехнического комплекса.

3. Методика получения уточненной математической модели нагрузки с двигателями постоянного тока смешанного возбуждения. Последующий перевод системы дифференциальных уравнений в модель в блок,

пригодный для использования в составе SPS для применения в Matlab

Simulink, а также способы ее линеаризации для использования в составе

более крупной модели и ускорения расчетов. 4. Методика определения температуры контактной сети по измеренному току

присоединения, пригодная для реализации на контроллере присоединения.

Достоверность результатов работы

Определяется обоснованностью принятых допущений и адекватностью используемых при исследовании математических и имитационных моделей. Подтверждается сходимостью результатов при сопоставлении теоретических расчетов и цифрового моделирования в среде Matlab Simulink с аналитическими данными из справочной литературы или сопоставимых исследований близких объектов-аналогов.

Апробация результатов работы

Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на: Международной научной электроэнергетической конференции: ISEPC-2019 (г. Санкт-Петербург, 23-24 мая 2019 г.), VII Международной научно-практической конференции Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: IPDME-2020 (г. Санкт-Петербург, 23-24 апреля 2020 г.), Международной научной электроэнергетической конференции: ISEPC-2021 (г. Санкт-Петербург, 17-19 мая 2021 г.), Конференции российских молодых исследователей в области электротехники и электроники: ElConRus-2022 (г. Санкт-Петербург, 25-28 января 2022 г.). «Неделя науки в Институте Энергетики» Научно-техническая конференция (г. Санкт-Петербург, 25-27 апреля 2023 г.)

Диссертация выполнена в рамках исследований по государственному заданию Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема FSEG-2023-0012).

Публикации по теме работы

Полученные результаты по основным разделам диссертационного исследования опубликованы в 5 печатных изданиях, из них 4 работы проиндексированы в международной базе Scopus (включая одну публикацию в международной базе Web of Science). Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад автора

Постановка цели и задачи исследования, определение проблематики исследования. Выполнение анализа научно-технической и справочной литературы по теме исследования. Создание имитационных моделей и проведение по ним экспериментальных исследований. Обработка полученных данных, формулировка выводов. Подготовка публикаций и научных докладов, а также рукописи диссертации.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 139 наименований и 5 приложений. Работа изложена на 164 страницах машинописного текста, включает 80 рисунков и 13 таблиц.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРАКТИЧЕСКИХ НАРАБОТОК В ОБЛАСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА

1.1 Общие сведения по системам электроснабжения городского электрического транспорта

Электрическая энергия в основном используется для электроснабжения различных потребителей, таких как промышленность, трамваи, троллейбусы и других. Для этого энергия генерируется в виде переменного трехфазного тока частотой 50 Гц на электрических станциях и теплоэлектроцентралях. После генерации энергия передается на большие расстояния от электростанций к потребителям по линиям электропередачи (ЛЭП). Чтобы снизить потери энергии в этих линиях, напряжение повышается на трансформаторных подстанциях до уровня 35, 110, 220 кВ и более, в зависимости от удаленности потребителей. Рядом с местом потребления напряжение снижается до 6 и 10 кВ на понижающих подстанциях, откуда электроэнергия поступает к самим потребителям. Тяговые подстанции городского электротранспорта получают электроснабжение через кабельные или реже воздушные трехфазные линии [5].

На этих подстанциях напряжение понижается до 600 В, а затем переменный ток преобразуется в постоянный с помощью выпрямителей. Электроэнергия подается к трамвайным или троллейбусным контактным проводам через двухпроводные питающие линии. Электроснабжение электроподвижного состава (трамваев и троллейбусов) осуществляется через контактные подвески и контактные токоприемники. В трамвайных сетях обратный контакт устанавливается через колесные пары и ходовые рельсы, в то время как троллейбусные сети имеют две параллельные гибкие воздушные контактные подвески с положительной и отрицательной полярностью. Контактная сеть включает в себя различные устройства, такие как опоры, поддерживающие устройства, контактную подвеску, тросовую систему, усиливающие провода,

арматуру и специальные компоненты, которые обеспечивают передачу электроэнергии к подвижному составу через прямой контакт с токоприемником.

Первый опытный участок троллейбусной линии был открыт в 1882 году фирмой Сименс-Гальске под Берлином. Напряжение подводилось к подвижной единице по двум гибким проводам от трубы, в которой размещались токоприемники (челноки-скользуны). Трубы с прорезями в нижней части подвешивались к стальным тросам, таким образом, это была первая линия с верхними гибкими контактными проводами [57].

1.2 Особенности работы тяговых сетей городского электротранспорта

Работа тяговых сетей отличается от работы других систем электроснабжения по ряду существенных особенностей. Для трамвая и троллейбуса, согласно ГОСТ 6962-75 [26], установлено номинальное напряжение 600 В с допустимыми отклонениями на токоприемнике электроподвижного состава в пределах от 400 В до 700 В. Тяговые нагрузки на контактной сети постоянно меняются как по времени, так и по месту их приложения. Во время торможения тяговые двигатели подвижного состава могут переходить в генераторный режим и отдавать электрическую энергию в тяговую сеть, осуществляя рекуперацию. При этом максимальное значение напряжения не должно превышать 720 В.

Наибольшее требование по надежности выдвигается к контактной сети. Данное обстоятельство связано с невозможностью обеспечить резервирование путем её дублирования. Монтажные работы и ремонт контактной сети значительно затруднен из-за интенсивных транспортных потоков. Изложенные выше обстоятельства требуют подходить к проектированию, монтажу и эксплуатации тяговой электросети с большой ответственностью. Любое повреждение элемента контактной сети может привести к прекращению движения, как городского электротранспорта, так и автомобильного, из-за необходимых ремонтных работ.

Для защиты подземных металлических коммуникаций от воздействия блуждающих токов применяется ряд дополнительных технических мер. Одной из них, является использование подземных экранов или экранирующих покрытий в зонах силовых кабелей и трубопроводов. Данные экраны предотвращают проникновение токов в подземные коммуникации, тем самым уменьшают возможность коррозии и разрушения металлических элементов. Также следует уделять внимание заземлению и электрической изоляции подземных коммуникаций. Корректное заземление позволяет отводить блуждающие токи в землю, уменьшая тем самым их негативное воздействие на коммуникационные системы. Надлежащая изоляция металлических элементов также помогает предотвратить их разрушение, вызванное электролизом и коррозией.

1.3 Схемы питания и электрических соединений тяговых подстанций постоянного тока

Электроснабжение тяговых подстанций относят к 1 -й категории надежности [98]. Это означает, что потребители должны питаться от двух независимых источников, а перерыв в электроснабжении допускается только на время работы автоматического восстановления питания. В этом случае при возникновении аварии можно перейти на запасную линию при помощи автоматического ввода резерва (АВР). Также для питания шин первичного напряжения тяговой подстанции устанавливаются отдельные силовые трансформаторы. Источником питания являются районные подстанции. Бесперебойность электроснабжения и надежность работы тяговых подстанций обеспечиваются правильным выбором типа и мощности преобразовательных агрегатов, схемой питания, аппаратурой распределительных устройств и системы управления автоматикой и релейной защиты подстанции и присоединений в целом [75].

На Рисунке 1.1 представлен типовой проект двухагрегатной тяговой подстанции для электроснабжения трамваев и троллейбусов мощностью 2400/1200 кВт.

Рисунок 1.1 - Схема электрических соединений тяговой подстанции [31]

Тяговая подстанция предназначается для питания тяговой сети трамвая и троллейбуса в системе децентрализованного электроснабжения. Подстанция запроектирована автоматической, телеуправляемой с диспетчерского пункта, предусматривается возможность местного управления во время ревизии или ремонта. В настоящее время тяговые подстанции ГЭТ в Санкт-Петербурге в основном соответствуют данной типовой схеме, отличие лишь в номинальных мощностях конкретно установленного типового оборудования и в более новых объектах, используется другой тип выпрямительных агрегатов, и применяются комплектные распределительные устройства КРУм-600 [18]. Основные элементы схемы: два независимых кабельных ввода, трансформаторы для питания

собственных нужд, два кремниевых выпрямительных агрегата типа ВАКЛЕ-2000/600-Н с естественным охлаждением и преобразовательными трансформаторами ТПМУ-2000/10У; РУ 6(10) кВ по схеме одна общая система шин. Данное РУ состоит из камер серии КСО-266; РУ 600 В постоянного тока серии РУ0-600, ячейки отрицательной шины; шкафа управления и автоматики агрегата, шкафа собственных нужд, шкафа телемеханики.

РУ 600 В состоит из 2-х камер катодных выключателей ВАБ-43-4000/10К, 4-х камер линейных токоограничивающих выключателей ВАТ-43-2000/10Л [17] и камеры запасного выключателя ВАТ-43-2000/10Л. К отрицательной сборной шине -600 В, кроме нулевых выводов трансформаторов, через разъединители РВК-10/2000 присоединяются 4 фидерные линии для питания контактной сети.

1.4 Требования к качеству и причины отклонения показателей электроэнергии

В настоящее время требования к показателям качества электрической энергии (ПКЭ) и показатели для ее оценивания для сетей промышленной частоты, определяются согласно ГОСТ 32144-2013 [25]. Стандартом установлены действующие нормы, показатели и характеристики качества электроэнергии.

Основными показателями КЭ являются:

• Отклонение от основной промышленной частоты сети, не допускается более чем на Гц.

• Отклонение напряжения , может быть связано с активными потерями на передачу, либо с авариями в питающей сети.

• Несинусоидальность напряжения характеризуется наличием высших гармонических составляющих до 40-ой гармоники включительно. Источниками гармонических составляющих напряжения являются нелинейные нагрузки пользователей электрических сетей, Гармонические токи, протекающие в электрических сетях, создают дополнительные падения напряжений на импендансах электрических сетей. Продолжительное воздействие повышает температуру

токоведущих частей и обмоток электрического оборудования Несинусоидальностью тока и напряжения обусловливаются дополнительные тепловые потери на создание электромагнитных полей и нагрев оборудования, а также ускоренное старение изоляции.

• Несимметрия напряжений в трехфазных системах обусловлена несимметрией элементов электрической сети или несимметричными нагрузками потребителей, данная проблема приводит к протеканию токов обратной и нулевой последовательности и дополнительным потерям.

Для оценки степени нелинейности искажений сигнала (тока или напряжения для электротехники) удобно пользоваться коэффициентом нелинейных искажений сигнала . Определяется, как среднеквадратичное значение всех высших гармоник сигнала к напряжению первой гармоники:

ТНБ = ^

уп тт2

ук=2 ик (1 1)

1.5 Обзор применяемых выпрямительных агрегатов

Одним из ключевых элементов тяговой подстанции является выпрямительный агрегат ВАКЛЕ-2000/600-Н. Расшифровывается как выпрямительный агрегат на кремниевых лавинных вентилях с естественным охлаждением. Внешний вид данного оборудования представлен на Рисунке 1.2. Приводится внешний вид шкафа выпрямительного агрегата, после реконструкции систем автоматики подстанции, в нем же расположен блок телемеханики и автоматики, интегрированный в информационную систему управления и диспетчеризации. Также показаны выпрямительные диоды и информационные таблички.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ланцев Дмитрий Юрьевич, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абдуллин А. А. , Поляков Н. А. Синтез системы фазовой автоподстройки частоты для трехфазного активного выпрямителя напряжения // Приборостроение. - 2013. - №12. - С. 38-43.

2. Агунов А.В. Сглаживающее устройство тяговых подстанций постоянного тока на основе силового активного фильтра // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2013. - №2 (35). - С. 96-99.

3. Алешин Ф.Ю. Автоматизированный тяговый электропривод, трамвай с тремя тележками модели В85300М: Дипломный проект — Минск, 2019. — 128 с.

4. Астапович Ю.М., Радионова М.В., Митяшин Н.П. Построение передаточных функций автономных инверторов // Научное обозрение. Технические науки. - 2014. - № 1. - С. 58-58.

5. Афанасьев А.С. Контактные сети трамваи и троллейбуса. - М.: Транспорт, 1988. - 264 с.

6. Беркович Е. И., Боровой А.И., Венделанд В.М. Полупроводниковые выпрямители / под ред. Ф.И. Ковалева и Г.П. Мостковой. Москва: Энергия, 1967. - 480 с.

7. Беркович Е. И., Ковалев В. Н., Ковалев Ф. И. Полупроводниковые выпрямители / под ред. Ф.И. Ковалева и Г.П. Мостковой. 2-е изд., переработ. - М: Энергия, 1978. - 448 с.

8. Борисов П.А., Поляков Н.А., Киреев А.А. Моделирование системы управления трехфазным активным выпрямителем напряжения с преобразованием координат // Новые программные и технические средства автоматизированного электропривода. Известия ТулГУ. Технические науки. - 2010. - Вып. №3: в 5 ч. Ч. 2. - С. 59-64.

9. Борисов П.А., Томасов В.С. Расчет и моделирование выпрямителей. Учебное пособие по курсу "Элементы систем автоматики" (Часть I). СПб: СПб ГУ ИТМО, 2009. - 169 с.

10. Буклет «Каталог продукции ЗАО «НПП Энергия». ЗАО «НПП ЭНЕРГИЯ», 2012.

11. Бурлака В.В., Поднебенная С.К., Дьяченко М.Д. Обзор методов управления активными фильтрами // ЕЛЕКТРОМЕХАНГЧШ I ЕНЕРГОЗБЕР1ГАЮЧ1 СИСТЕМИ. - 2011. - №1 (13). - С. 51-54.

12. Бурков А.Т. Электроника и преобразовательная техника: учебник: в 2т. М.: ФГБОУ "Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте", 2015. Т.2: Электронная преобразовательная техника. 307 с.

13. Бурман А.П. Розанов Ю.К. Шакарян Ю.Г. Управление потоками электроэнергии и повышение эффективности электроэнергетических систем. Москва : МЭИ, 2012. - 360 с.

14. Быков К.В., Лазарева Н.М., Яров В.М. Влияние характеристик нелинейного трансформатора на работу инвертора // Вестник Чувашского университета. -2020. - № 3 - С. 46-57.

15. Веприков А.А. Обоснование структуры и параметров высокоэффективных электротехнических комплексов для электропитания промышленных потребителей постоянного тока большой мощности : дис. ... канд. техн. наук : 05.09.03. СПб, 2017. 133 с.

16. Вольдек А. И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. Изд.2-е, перераб. и доп. - Л.: Энергия, 1974. - 839 с.

17. Выключатели для защиты тяговых подстанций городского электротранспорта, метро ВАТ-43. Технические характеристики. [Электронный ресурс] // Каталог НПУП Электромашпром. URL : https://electromash.nt-rt.ru/images/manuals/VAT-43.pdf (дата обращения: 09.04.2022).

18. Выпрямители типа В-ТПЕД на токи 1000 и 2000 А для тяговых подстанций. [Электронный ресурс] // УЭТМ каталог продукции. URL: https://www.uetm.ru/katalog-produktsii/item/vypryamitelitipav-tpednatoki1000i2000adlyatyagovyhpodstanciy/ (дата обращения: 09.04.2022).

19. Гебель Е.С., Пастухова Е. И. Теория автоматизации технологических процессов опасных производств : учеб. пособие / Минобрнауки России, ОмГТУ. Омск: изд. ОмГТУ, 2017. - 94 с.

20. Гельман, М.В., Дудкин М.М., Преображенский К.А. Преобразовательная техника: учебное пособие / - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2009. - 425 с.

21. Герман-Галкин С.Г. Школа МЛТЬЛВ. Урок 18. Аналитическое и модельное исследование активного трехфазного полупроводникового выпрямителя // Силовая электроника. - 2014. - №2. - С. 82-88.

22. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в МЛТЪЛВ 6.0 : учебное пособие / - СПб.: КОРОНА, 2001. - 320 с.

23. ГОСТ 16772-77. Трансформаторы и реакторы преобразовательные. - М.: Издательство стандартов, 1999.

24. ГОСТ 18142.1-85 Выпрямители полупроводниковые мощностью свыше 5кВт. - М.: Издательство стандартов, 1986.

25. ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - М.: Стандартинформ, 2014.

26. ГОСТ 6962-75 Транспорт электрофицированный с питанием от контактной сети. - М.: Издательство стандартов, 1976.

27. ГОСТ Р 52776-2007 Машины электрические вращающиеся. Номинальные данные и характеристики. Москва : Стандартинформ, 2008.

28. Гречишников В.А., Бредихин Я.В., Петрова М.Н., Кокушкин Р.В. Создание единой модели системы тягового и внешнего электроснабжения в Ма1ЪаЬ/81тиНпк // Молодой ученый. 2021. - №36(378). - С. 19-24.

29. Давыдова И.К., Попов Б.И., Эрлих В.М. Справочник по эксплуатации тяговых подстанций и постов секционирования. М: Транспорт, 1974. 415 с.

30. Данг Вьет Фук Повышение качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения метрополитена за счет внедрения 12-пульсовых выпрямителей : дис. ... канд. техн. наук : 05.14.02. Москва, 2016. 171 с.

31. Двухагрегатная тяговая подстанция для электроснабжения трамваев и троллейбусов мощностью 2400/1200 кВт. (Децентрализованная система). Паспорт типовой проект №507-33. - М. : Мосгортранспроект, 1972. - 3 с.

32. Демин И. О., Саблина Г. В. Исследование методов настройки параметров ПИД-регулятора // Автоматика и программная инженерия. 2020. №1 (31). URL: https://cyberleninka.ru/article/n7issledovanie-metodov-nastroyki-parametrov-pid-regulyatora (дата обращения: 28.04.2022).

33. Дерюжкова Н.Е., Васильченко С.А. Расчет тиристорного преобразователя для электропривода постоянного тока : методические указания к расчетному заданию по дисциплине «Преобразовательная техника» / Комсомольск-на-Амуре : ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2015. - 30 с.

34. Документация на проведение аукциона в электронной форме, на выполнение строительно-монтажных и пусконаладочных работ по переводу тяговой подстанции № 23 спб гуп «Горэлектротранс» на систему телемеханики на основе микропроцессорных устройств [Электронный ресурс] // СПб ГУП "Горэлектротранс". Реестровый номер закупки 547/2020-ЭА. - 2020. - 188c. URL: https://rostender.info/region/sankt-peterburg-gorod/49779854-tender-vypolnenie-stroitelno-montajnyh-i-puskonaladochnyh-rabot-po-perevodu-tyagovoj-podstancii-23-spb-gup-gorelektrotrans-na-sistemu (дата обращения: 01.05.2022).

35. Евдокимов С.А. Анализ и синтез схемных решений вентильных преобразователей для электрического транспорта : дис. ... канд. техн. наук : 05.09.03. Новосибирск, 2008. - 234 с.

36. Евдокимов С.А. Ротация фазосдвинутых систем напряжений в вентильных преобразователях // Научный вестник НГТУ. - 2010. - № 3(40). - С. 127-143

37. Евдокимов С.А. Структурный синтез многофазных вентильных преобразователей : монография / С.А. Евдокимов, Н.И. Щуров. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2010. - 423 с.

38. Емельянов А.П., Свириденко А.О. Алгоритм управления электроприводом с вентильным двигателем и преобразователем частоты с активным выпрямителем // Записки Горного института. - 2011. - C. 87-90.

39. Жемеров Г.Г., Ковальчук О.И. Характеристики мощного шестипульсного мостового неуправляемого выпрямителя с емкостным фильтром // Електротехшка i Електромехашка. - 2011. - №1. - С. 19-24.

40. Жуйков В.Я., Кузнецов Н.Н. Анализ передаточных функций трансформатора с использованием метода гармонического баланса // Электроника и связь 4' Тематический выпуск «Электроника и нанотехнологии», 2011. - С.87-92

41. Зеленин, П. В. Описание тяговой подстанции в протоколе МЭК 61850 / П. В. Зеленин, Е. Ю. Тряпкин // Электропривод на транспорте и в промышленности : труды II Всероссийской научно-практической конференции, Хабаровск, 20-21 сентября 2018 года. - Хабаровск: Дальневосточный государственный университет путей сообщения, 2018. - С. 357-360.

42. Иванов А., Арзамасов В. Определение параметров уравнительного реактора в 12-пульсных преобразователях напряжения // Силовая электроника. - 2008. - № 16. - С. 100-102.

43. Игольников Ю.С., Курганов А.А. Анализ, моделирование и экспериментальная проверка кольцевой схемы выпрямления с уравнительным реактором [Электронный ресурс] // Мордовский гос. Университет им. Н. П. Огарева. 2009. URL: http://fetmag.mrsu.ru/2009-1/pdf/Igolnikov_Kurganov.pdf (дата обращения: 09.04.2022).

44. Калачев Ю.Н., Александров А.Г. Преобразователи автономных источников электроэнергии. Москва : ДМК Пресс, 2021. - 80 с.

45. Калачев Ю.Н. Векторное регулирование (заметки практика). - М.: ЭФО, 2013. - 72 с.

46. Калачев Ю.Н. SimlnTech моделирование в электроприводе. - М.: ДМК Пресс, 2019. - 98 с.

47. Ключев В.И. Теория электропривода: учеб. для вузов / - М.: Энергоатомиздат, 2001. - 704 с.

48. Козлов, М. Д. Векторное управление активным выпрямителем напряжения / М. Д. Козлов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 9 (113). — С. 184-189. — URL: https://moluch.ru/archive/113/29440/ (дата обращения: 30.04.2022).

49. Корягина Е.Е., Коськин О.А. Электрооборудование трамваев и троллейбусов : учебное пособие. Москва : Транспорт, 1982. - 296 с.

50. Кривошеев В. П., Рыбалев А. Н., Лебедко В. Ю. К задаче компенсации перекрестных связей двусвязного объекта // Вестник Амурского государственного университета. Серия: Естественные и экономические науки. - 2010. №51. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/k-zadache-kompensatsii-perekrestnyh-svyazey-dvusvyaznogo-obekta (дата обращения: 10.04.2022).

51. Лазарева Н.М. Экспериментальное определение передаточных функций объектов управления // Вестник Чувашского университета. - 2022. - № 1. - С. 7387.

52. Ланцев Д.Ю. Реализация современной цифровой тепловой защиты контактной сети на контроллерах присоединения тяговых подстанций. // VII Международной научно-практической конференции «Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: IPDME-2020» / Санкт-Петербургский горный университет. Санкт-Петербург, 2020. - С. 542-546.

53. Лейтис Л.В. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов - М.: Энергия, 1981. - 392 с.

54. Линдер С. Силовые полупроводниковые приборы. В центре тихой революции / С. Линдер. — ABB Review 4, 2003. - С. 27-31.

55. Лучко А. Р., Страколист Е. В. Уточненная имитационная модель тягового электродвигателя постоянного тока со смешанным возбуждением // Електротехшка i електроенергетика. - 2008. - №1. - C. 31-36.

56. Марпл.-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения : Пер. с англ. Москва : Мир, 1990. - 584 с.

57. Михеев В.П. Контактные сети и линии электропередачи: Учебник для вузов ж.-д. транспорта. — М.: Маршрут, 2003.— 416 с.

58. Моделирование несимметричных режимов работы трехфазного трансформатора в пакете Simulink / А.А. Кралин, Б.Ю. Алтунин, И.А. Карнавский, В.В. Гуляев // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева, 2014, № 2(104). С. 166-172.

59. Мятеж С.В. Трансформаторные преобразователи числа фаз с улучшенными энергетическими показателями : дис. ... канд. техн. наук : 05.09.01. - Новосибирск, 2003. - 247 с.

60. Неугодников, И. П. Защита и диагностика преобразователей тяговых подстанций : монография / Уральский государственный университет путей сообщения. - Екатеринбург : УрГУПС, 2018. - 90 с.

61. Новаш И. В., Румянцев Ю. В. Расчет параметров модели трехфазного трансформатора из библиотеки MatLab-Simulink с учетом насыщения магнитопровода // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. - 2015. - №1. - С. 12-24.

62. Новаш В. И., Томкевич А. П. Броски тока намагничивания трехфазных силовых трансформаторов при неполнофазном включении // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2005. №4. - С.5-12.

63. Новиковский Е.А. Учебное пособие «Работа в системе MathCAD». -Барнаул : Типография АлтГТУ, 2013. - 114с.

64. Обухов С.Г., Чаплыгин Е.Е., Раменский Д. Широтно-импульсная модуляция в трехфазных инверторах напряжения // Электричество. - 2008. №7. - С. 23a-31. URL: https://www.researchgate.net/publication/332876010_SIROTNO-IMPULSNAA_MODULACIA_V_TREHFAZNYH_INVERTORAH_NAPRAZENIA (дата обращения: 30.04.2022).

65. Пат. 155594U1 Российская Федерация, МПК Н02М7/04. Многофункциональный регулятор качества электроэнергии для трехфазных распределительных систем электроснабжения 0,4 кВ / Розанов Ю.К., Бурман А.П., Крюков К.В., Лепанов М.Г., Киселев М.Г.; заявитель и патентообладатель Розанов Ю.К. - №2014145190/07; заявл. 11.11.2014 ; опубл. 10.10.2015, Бюл. № 28. - 9 с.

66. Пат. 2325025 Российская Федерация, МПК Н02М7/06. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное / Игольников Ю.С.; заявитель

и патентообладатель Мордов.гос. ун-т. - №2007110012/09; заявл. 19.03.2007 ; опубл. 20.05.2008, Бюл. № 14 (3 ч.). - 7 с.

67. Пат. 2467462 Российская Федерация, МПК Н02М7/217. Трехфазный активный выпрямитель / Козярук А.Е., Васильев Б.Ю., Свириденко А.О.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный горный университет. - №2011133095/07; заявл. 05.08.2011 ; опубл. 20.11.2012, Бюл. № 32 - 7 с.

68. Пат. 76756U1 Российская Федерация, МПК Н02М7/06. Многопульсовый выпрямитель тяговых подстанций / Бургеев В.А.; Кириллов Н.П., Лободанова

A.В., Ранта А.Р. заявитель и патентообладатель РГОТУПС - №2008111316/22; заявл. 26.03.2008 ; опубл. 27.09.2008, - 6 с.

69. Повышение точности измерения частоты гармонических сигналов / Мелентьев В. С., Ярославкина Е. Е., Бурдукский Н. С., Нефедьев Д. И. // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2015. - №3 (13). - С.47-53.

70. Поляков Н. А., Борисов П. А. Синхронизация трехфазных активных выпрямителей напряжения с питающей сетью // Науч.-техн. вестн. информационных технологий, механики и оптики. - 2012. - № 4 (80). - С. 55-60.

71. Программирование прямого и комплементарного ШИМ-сигналов с настройкой «мертвого времени» на микроконтроллере STM32 / А.А. Емельянов,

B.В. Бесклеткин, А.Ю. Иванин [и др.] // Молодой ученый. 2017. № 24 (158). С.1-10.

72. Проектирование тяговой подстанции №90 (рассмотрение вопросов по месторасположению подстанции, компоновки силового оборудования) [Электронный ресурс] // Реферат Ко URL : https://referat.co/referat/762787-fizika-proektirovanie-tyagovoy-podstantsii-n90-rassmotrenie-voprosov-po-mestoraspolozheniyu-podstantsii-komponovki-silovogo-oborudovaniya/download (дата обращения: 22.04.2022).

73. Проектирование электрических машин / Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф.: М.: Высш. шк., 2002 - 3-е изд., испр. и доп. - 757 c.

74. Пронин М.В., Воронцов А.Г. Силовые полностью управляемые полупроводниковые преобразователи (моделирование и расчет) / Под ред. Крутякова Е.А. СПб: «Электросила», 2003. - 172 Тяговые и трансформаторные подстанции.

75. Прохорский А.А. Тяговые и трансформаторные подстанции. М.: Транспорт, 1983, 496 с.

76. Разработка нелинейной модели трехфазного трансформатора для исследования влияния несимметрии магнитной системы на работу устройства в произвольных режимах / А.И. Тихонов, А.В. Стулов, А.А. Каржевин, А.В. Подобный // Вестник ИГЭУ. - 2020. - № 1. - С. 22-31.

77. Разработка и исследование динамической модели однофазного трансформатора с сердечником из аморфной стали / Тихонов А. И., Каржевин А. А., Подобный А. В., Дрязгов Д. Е. // Вестник ИГЭУ. - 2019. - №2. - С. 43-51.

78. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А. Силовая электроника : учебник для вузов / 2-е изд. - М.: Издательский дом МЭИ, 2009. 632 с.

79. Резник М.Я., Кулаков Б.М. Трамвайный вагон ЛМ-68 / М.Я. Резник, Б.М. Кулаков. - М : Транспорт, 1977. - 192 с.

80. Рекомендации по проектированию тяговых подстанций и линейных устройств тягового электроснабжения на современной элементной базе / Комитет ОСЖД. - Варшава, 2011.

81. Рулевский В. М., Юдинцев А. Г., Чех В. А. Управление трехфазным автономным инвертором напряжения с предмодуляцией третьей гармоники в системе электропитания глубоководного аппарата // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. - 2018. -№5. - С.1075-1086.

82. Салита Е. Ю., Ковалева Т. В., Комякова Т. В. Улучшение показателей энергетической эффективности многопульсовых выпрямителей тяговых подстанций // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. -2017. - № 3 (31). - С. 114 - 123.

83. Сергеенков Б.Н., Киселев В.М., Акимова Н.А. Электрические машины. Трансформаторы. М.: Высшая школа, 1989 г., - 352 с.

84. Сидоров С.Н., Лунина Н.А. Теория автоматического управления в задачах электропривода : учебное пособие. - Ульяновск : УлГТУ, 2013. - 122 с.

85. Славутский А. Л. Учет остаточной намагниченности в трансформаторе при моделировании переходных процессов // Вестник ЧГУ. - 2015. - №1. - С. 122130.

86. Смирнов А. Ю. Анализ развития транспортной системы Санкт-Петербурга // Мир новой экономики. - 2021. - С.89-96.

87. Сопов В.И., Щуров Н.И. Системы электроснабжения электрического транспорта на постоянном токе : учебное пособие. - Новосибирск : Издательство НГТУ, - 2013. - 726 с.

88. Степанов А.А. Повышение энергоэффективности тяговых подстанций постоянного тока на основе многофазных трансформаторно-выпрямительных агрегатов : дис. ... канд. техн. наук : 05.09.03. - Новосибирск, 2019. - 168 с.

89. СТО 56947007-29.200.80.210-2015 Контроллеры присоединения. Типовые технические требования. ПАО «ФСК ЕЭС». - 2015. - 58 с.

90. СТО 56947007-29.240.10.256-2018 Технические требования к аппаратнопрограммным средствам и электротехническому оборудованию ЦПС, ПАО «ФСК ЕЭС». - 2018. - 130 с.

91. Сулим А. А. Расчет электроэнергии рекуперации электрифицированного городского транспорта при установке накопителя на тяговой подстанции // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. - 2014. - №4. - С. 30-41.

92. Схема замещения однофазного вентильного преобразователя для расчета гармоник тока / А.И. Федотов, Н.В. Чернова, Ю.А. Рылов, Е.А. Федотов // Проблемы энергетики. - 2006. - № 1-2. - С. 94-99.

93. Тановицкий Ю.Н., Халиляев Т.Ф., Кобзев Г.А. Алгоритм адаптивного управления стабилизированными преобразователями напряжения с широтно-

импульсным регулированием // Электроника, измерительная техника, радиотехника и связь. - 2010. - № 1 (21). - С. 80-85.

94. Теория электропривода [Электронный ресурс] : метод. рек. к практич. занятиям для студентов / сост. Б. Б. Скарыно. - Могилев : Белорус.-Рос. ун-т, 2021. - 47с.

95. Терехин В.Б. Моделирование систем электропривода в Simulink (MatLab 7.0.1): учеб. пособие / Национальный исследовательский Томский политехнический университет. - Томск, 2010. - 210 с.

96. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника : Справочное руководство. Пер. с нем. М.: Мир, 1982. - 512 с.

97. Толстикова А.Н. Тепловая защита контактной сети электротранспорта / А.Н. Толстикова, Н.Г. Толстиков // Восточно-Европейский Журнал Передовых Технологий. - 2010. Т.2. - С.30 - 32.

98. Тяговые подстанции / Бей Ю.М., Мамошин Р.Р. , Пупынин В.Н., Шалимов М.Г. Издательство: М.: Транспорт, 1986. 320 с.

99. Уточнения к основам теории нагревания проводов воздушных линий электропередачи / Фигурнов Е.П., Жарков Ю.И., Петрова Т.Е., Кууск А.Б.// Известия высших учебных заведений, электромеханика, Новочеркасск. 2013. Н.1, С.3640.

100. Фишлер Я.Л., Урманов Р.Н., Пестряева Л.М. Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок. - М.: Энергоатомиздат, 1989. -320 с.

101. Фролов В.Я., Смородинов В.В., Зверев С.Г. Силовая электроника : Учеб.пособие. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. - 281 с.

102. Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в МА^АВ, SimPowerSystems и Simulink. - СПб.: Питер, 2008. - 288 с.

103. Шаряков В.А. Двадцать лет внедрения асинхронного электропривода на городском электротранспорте // Control Engineering. - 2014. - №3(51). - С. 67-69.

104. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. - М., Энергоатомиздат. -2007. -549 с.

105. Шклярский Я.Э., Барданов А.И. Управление активным выпрямителем напряжения в составе частотно-регулируемого привода при провалах напряжения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2018. - № 4. - С. 414-425

106. Шпиганович А. Н., Бойчевский А. В., Панов М. С. Расчет емкости накопителя энергии рекуперации для участка трамвайной сети г. Липецка // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2019. - №11.

107. Энергетическая стратегия России на период до 2035 года / Распоряжение Правительства Российской Федерации от 9 июня 2020 г. № 1523-р, 2020.

108. A Double Update PWM Method to Improve Robustness for the Deadbeat Current Controller in Three-Phase Grid-Connected System / Yang L., Chen Y., Luo A., Huai K., Zhou L., Zhou X., Wu W., Tan W., Xie Z. // Hindawi Journal of Electrical and Computer Engineering. - 2018. - Vol. 2018. Article ID 2972379. - 13 p.

109. A DSP-Based Implementation of the p-q Theory in Active Power Filtering Under Nonideal Voltage Conditions / Popescu M., Bitoleanu A., Suru V. // IEEE Transactions on Industrial Informatics. Vol. 9(2) - 2013. - p. 880-889.

110. A New Bidirectional Three-phase Neutral Point Clamped (NPC) Grid-Connected Converter: Analysis and Simulation. / Ogoulola C., Angelo R., Gonzatti B., Vinicius Z., Marcos L., Alfonso E., Raynel D. // Conference: Simposio Brasileiro de Sistemas Eletricos. SBSE2020. - 2020.

111. Applying IGBTs : Application Note / Backlund B., Schnell R., Schlapbach U., Fischer R., Tsyplakov E. ABB Switzerland Ltd. Semiconductors, 2009. - Doc. No. 5SYA2053-03. - 37 p.

112. Garcia J., Quillo S. Predictive Controller for PMSM Drive : Master Thesis. Department of energy technology. - Aalborg University. 2013. - 109 p.

113. Bhardwaj M. Software phase locked loop design using C2000 microcontrollers for three phase grid connected applications. Application Report, SPRABT4A, Digital Signal Processing Solutions. - 2013. - 27 p.

114. Bystrov A., Lantsev D. Pulse generator of polygonal design with a high rate of voltage // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. - 2019. - Vol. 643, Article ID 0120. - 5 p.

115. Comparative Analysis of Low-pass Output Filter for Single-phase Grid-connected Photovoltaic Inverter / Hanju Cha, Trung-Kien Vu // Conference: Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2010 Twenty-Fifth Annual IEEE. -2010. - P. 1659 - 1665.

116. Decoupled double synchronous reference frame PLL for power converters control. / P. Rodriguez, J. Pou, J. Bergas, [et al]. // IEEE Trans. Power Electronics. 2007. Vol. 22, No.2, P. 584-592.

117. Drishya. R. N., Karthika J., Manju Dr. P. Modelling and Synchronization of Wind/PV Hybrid System with the Grid Using PLL // International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. - 2015. - Vol. 4, Special Issue 6. -P. 1216-1221.

118. Fault ridethrough capability implementation in wind turbine converters using a decoupled double synchronous reference frame PLL. / P. Rodriguez, A. Lunar, R. Teodorescu, et al. // European Conference on Power Electronics and Applications. -2007. - P.1-10.

119. IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Controlin Electrical Power Systems, IEEE Std. 519-1992

120. IEEE 1588 precision time protocol demonstration for STM32F107 connectivity line microcontroller: Application note. STMicroelectronics. AN3411. 2011. 37 p.

121. Implementation of SVPWM in FPGA through MATLAB/SIMULINK / Lotfi E., El Haroussi M., Elhassane A. // Conference: International conference on computing, wireless and communication systems, ICCWCS. - 2016.

122. Indirect current control in active DC railway traction substations / Popescu M., Bitoleanu A., Suru V. // Conference: 2015 Intl Aegean Conference on Electrical Machines & Power Electronics (ACEMP), 2015 Intl Conference on Optimization of Electrical & Electronic Equipment (OPTIM) & 2015 Intl Symposium on Advanced Electromechanical Motion Systems (ELECTROMOTION). - 2015. - p.192-197.

123. Investigation of communication standard IEC 60870 used to create substations remote control systems / A. V. Belousov; Y. A. Koshlich; I. V. Bashkatov; A. G. Grebenik // Conference: 2017 IEEE 58th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON). - 2017. - 4p.

124. Kuznetsov S.M., Khamidullin R.I., Alchinov A.I., Avetisyan K.R. Features of the calculation of digital protection of managed rectifier from external and internal damage // Journal of Physics. Conference Series. - 2019. - Vol. 1333(6) Article ID 062017. - 6 p.

125. Lantsev D., Frolov V. Methods of increasing the reliability of external memory of digital substation bay controllers // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. - 2019. - Vol. 643, Article ID 012117. - 5 p.

126. Lantsev D., Frolov V., [et al] Thermal protection implementation of the contact overheadline based on bay controllers of electric transport traction substations in the mining industry // Journal of Mining Institute. - 2021. - № 251. - P. 738-744

127. Lantsev, D. Y. Clarifications on Digitalization of Traction Substations of Urban Electric Transport Using Iec 61850 / D. Y. Lantsev, V. Y. Frolov // Proceedings of the 2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2022, St. Petersburg, 25-28 января 2022 года. - St. Petersburg. 2022. - P. 731-734.

128. LCL Filter Design for Grid Connected Three-Phase Inverter / Dursun M., Dosoglu M. // Conference: 2018 2nd International Symposium on Multidisciplinary Studies and Innovative Technologies (ISMSIT). - 2018. - 4 p.

129. LCL filter design for photovoltaic grid connected systems / Kahlane A.E.W.H., Hassaine L., Kherchi M. // Revue des Energies Renouvelables SIENR'14 Ghardaia. -2014. - P. 227 - 232

130. Matousek P. Description and analysis of IEC 104 Protocol : Technical Report / Faculty of information technology. Brno University of Technology. - 2017. - no. FIT-TR-2017-12. - 38 p.

131. Matousek P. Description of IEC61850 Communication : Technical Report. Faculty of Information Technology. Brno University of Technology. - no. FIT-TR-2018-01. - 2018. - 88p.

132. Research on deadbeat Current Control Strategy of Three-Phase PWM Voltage Source Rectifier / Wen Q., Zhu L., Fu C. // Proceedings of the 2nd International Conference on Computer Science and Electronics Engineering (ICCSEE 2013). - 2013. - P. 1769-1772.

133. Sanjuan S.L. Voltage Oriented Control of Three-Phase Boost PWM Converters Voltage Oriented Control of Three-Phase Boost PWM Converters. Chalmers University of Technology, 2010. - 105 p.

134. The Implementation of IEEE 1588-2008 Precision Time Protocol on the STM32F107 / Y. Guang, Z. Yi, M. Zhi, H. Xin Key // Engineering Materials. - 2012, - Vol. 522. P. 868-873

135. Volskiy S., Skorokhod Yu., Sorokin D. High-Voltage Converter for the Traction Application // Advances in Power Electronics / Hindawi Publishing Corporation. Volume 2016. Article ID 4705709. - 10 p.

136. Wang, Li, [et al] Research on the Flash Translation Layer Based on Grouping Pages. 2016 Sixth International Conference on Instrumentation & Measurement, Computer, Communication and Control (IMCCC). 2016. P.121-126.

137. Xiao-Qiang G.U.O, Wei-Yang W.U., He-Rong G.U. Phase locked loop and synchronization methods for gridinterfaced converters: a review // Przegl^d Elektrotechniczny (Electrical Review), R. 87 NR 4/2011. - P. 182-187.

138. Zarif M., Monfared M. Electrical Power and Energy Systems Step-bystep design and tuning of VOC control loops for grid connected rectifiers // Int. J. Electr. Power Energy Syst. Elsevier Ltd. - 2015. - Vol. 64. - P. 708 - 713.

139. Zhenyu Yu. Space-Vector PWM With TMS320C24x/F24x Using Hardware and Software Determined Switching Patterns. Application Report, SPRA524, Digital Signal Processing Solutions. - 1999. - 44 p.

Диплом победителя конкурса грантов Санкт-Петербурга для студентов и аспирантов, молодых ученых, молодых кандидатов наук 2021

На Рисунке А.1 приводится образ диплома победителя конкурса.

Рисунок А.1 - Диплом победителя конкурса грантов Санкт-Петербурга

На Рисунке А.2 приводится образ уведомления о выйгрыше конкурса грантов с дополнительной расшифровкой и указанием темы исследования.

В соответствии с распоряжением Комитета по науке и высшей школе от 05.10.2021 № 200 «О присуждении в 2021 году премий Правительства Санкт-Петербурга победителям конкурса грантов для студентов вузов, расположенных на территории Санкт-Петербурга аспирантов вузов, отраслевых и академических институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга»

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет

Петра Великого»

является победителем конкурса грантов для студентов вузов, расположенных на территории Санкт-Петербурга, аспирантов вузов, отраслевых и академических институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга, 2021 года

ш

ПРАВИТЕЛЬСТВО САНКТ-ПЕТЕРБУРГА КОМИТЕТ ПО НАУКЕ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ

191144, Сщкт-Пстербург, Ношоридсквя ул., д. 20,лнтср> А. те.1. (»] 2) 576-7160, фякс |Я12) 576-7704 К-111« И: кн^ьИ » .Mib.i i:, Ь111>: и ^ п .[;;>•> .

Ланцев Дмитрий Юрьевич

категория: Аспирант

тема проекта:

Модернизация и иифровизации тяговых электрических подстанций для городского электротранспорта

Председатель Комитета но науке и высшей школе

А.С. Максимов

Рисунок А.2 - Уведомление победителя конкурса грантов Санкт-Петербурга

Справка о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы

На Рисунке Б.1 приводится образ справки о внедрении результатов работы.

Рисунок Б.1 - Справка о внедрении результатов работы

Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ

На Рисунке В.1 приводится образ свидетельства о регистрации программы.

Рисунок В.1 - Свидетельство о государственной регистрации

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

(обязательное)

Исходные коды некоторых алгоритмов используемых в работе

Код алгоритма ограничения выходного воздействия по осям dq

function [dout, qout] = fcn(din,qin) if qin <= -1

qout = -1; elseif qin >= 1 qout = 1;

else

qout = qin;

end

if din <= -1

dout = -1; elseif din >= 1 dout = 1;

else

dout = din;

end

dmax = sqrt(1 - (qout*qout)); dmin = -1*dmax; if dout < dmin

dout = dmin; elseif dout > dmax dout = dmax;

end end

Код алгоритма расчета температуры контактного провода по току /**

* @brief calculate_wire_temperature - расчет температуры нагрева провода

* @param last_temperature - температура на прошлом цикле расчета

* @param current - true rms value

* @return wire_temperature */

float calculate_wire_temperature (float last temperature, float current {

:e ; /* Расчетная температура нагрева провода в

предыдущем цикле вычисления */

float Id = current; /* Действующее значение тока фидера

в текущем цикле вычислений */

float R; /* Омическое сопротивление 1

м провода */

if (Read_Register( IRE_TYPE_REGISTEF) == WIRE_TYPE_MF85) { = WIRE_RESISTENCE_MF8 5;

}

else if (Read_Register(WIRE_TYPE_REGISTEF) == WIRE_TYPE_MF100) { = WIRE_RESISTENCE_MF10 ;

}

= get Ks(); = get Kizn(); = get K(); = get tau(); = get Tv();

/* Расчитываем температуру провода */

return T + (pow(( d*Ks) , 2) * R / (;izn * ) - ') * (1 - exp( 1 tau));}

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

(обязательное)

Схема имитационной модели электротехнического комплекса сеть-трансформатор-управляемый выпрямитель-трамвай

На Рисунке Д. 1 приводится схема имитационной модели электротехнического комплекса.

Рисунок Д. 1 - Схема модели электротехнического комплекса